武汉理工大学《MATLAB原理与应用》课程设计

课程设计任务书

学生姓名： xxx 专业班级： 信息xxx班 指导教师： xxx 工作单位：信息工程学院 题 目:MATLAB课程设计 要求完成的主要任务:

1. 在数字信号处理平台上（PC机﹑MATLAB仿真软件系统）进行软件仿真设计，并进行调试和数据分析。

2. 利用MATLAB仿真软件系统结合频率取样法设计一个数字高通FIR滤波器。

课程设计的目的：

1．理论目的

课程设计的目的之一是为了巩固课堂理论学习，并能用所学理论知识正确分析信号处理的基本问题和解释信号处理的基本现象。

2．实践目的

课程设计的目的之二是通过设计具体的图像信号变换掌握图像和信号处理的方法和步骤。

时间安排：

序 号 1 2 3 4 阶段内容 方案设计 软件设计 系统调试 答辩 所需时间 2天 3天 2天 1天 8天 合 计 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签字： 年 月 日

武汉理工大学《MATLAB原理与应用》课程设计

目 录

1 引言............................................................................................................................ 1

1.1MATLAB介绍 ................................................................................................... 1 1.2MATLAB信号处理工具箱函数介绍 ............................................................... 1 1.3滤波器的介绍 ............................................................................................... 2 2 FIR数字滤波器设计原理......................................................................................... 3 3 FIR数字滤波器设计方法......................................................................................... 4

3.1窗函数法 ....................................................................................................... 4 3.2频率取样法 ................................................................................................... 5 4 频率采样法实际FIR高通滤波器............................................................................ 7

4.1设计原理 ....................................................................................................... 7 4.2设计步骤 ....................................................................................................... 9 5 MATLAB环境下设计FIR数字高通滤波器............................................................... 9

5.1设计要求 ....................................................................................................... 9 5.2 FIR数字高通滤波器程序设计 ................................................................. 10 5.3调试结果 ..................................................................................................... 11 5.4 高通FIR数字滤波器的进一步设计 ........................................................ 12 6 高通FIR数字滤波器性能测试.............................................................................. 14

6.1高通FIR数字滤波器性能测试程序 ......................................................... 14 6.2 性能测试结果 ............................................................................................ 15 7 FDATOOL工具箱设计高通FIR滤波器................................................................... 16

7.1 FDATOOL工具箱 ......................................................................................... 16 7.2 FIR滤波器参数设置 ................................................................................. 17 8心得体会................................................................................................................... 19 参考文献...................................................................................................................... 20 附件：MATLAB程序 ................................................................................................ 21

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武汉理工大学《MATLAB原理与应用》课程设计

摘 要

数字滤波是语音和图象处理、模式识别、频谱分析等应用中的一个基本处理算法，数字滤波技术是信号消噪的基本方法。根据噪声频率分量的不同，可选用具有不同滤波特性的数字滤波器。当噪声的频率低于信号的频率时，就应该选用高通滤波器。本设计采用了频率抽样法设计的FIR高通数字滤波器，其目的是为了让中高频率的信号通过，而且利用频率抽样法的优点是可以在频域直接设计，并且适合最优化设计。FIR滤波器为有限长冲激响应滤波器，因其在线性相位特性方面具有独特的优点，因此也越来越受到广泛的重视。

MATLAB是一种面向科学和工程计算的语言，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，具有编程效率高、调试手段丰富、扩展能力强等特点，MATLAB的信号处理工具箱具有强大的函数功能，它不仅可以用来设计数字滤波器，还可以使设计达到最优化，是数字滤波器设计的强有力工具。

关键词： FIR数字滤波器 频率抽样 高通 MATLAB

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Abstrct

The digital filter is the voice and image processing, pattern recognition, spectrum analysis in the application of a basic algorithm, digital filtering technology is the basic method of signal denoising. According to different frequency components of noise, can be used with different filtering characteristics of digital filter. When the noise of high frequency below the signal frequency, should choose a high-pass filter. This design uses the frequency sampling design method of FIR high pass digital filter, its purpose is to make the high frequency signal through, and by using the frequency sampling method can be directly in the frequency domain design, and is suitable for optimization design. FIR filter for finite impulse response filters, due to its linear phase characteristic has unique advantages, so it attracts more and more attention.

MATLAB is a science and engineerin-oriented computing language,which set numerical analysis,matrix xomputing,graphics and signal processing in one,the program has a highly efficient means of debugging a rich,strong,and other characteristics of the expansion,MATLAB signal processing tools Box features a powerful function,which not only can be used to design is a powerful tool.

Key word: FIR digital filter Frequency sampling High passt. MATLAB

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1 引言

1.1MATLAB介绍

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

1.2MATLAB信号处理工具箱函数介绍

以下就本课程设计所用到的MATLAB函数进行简要介绍。 1、freqs 求模拟滤波器Ha(s)的频率响应函数。

H=freqs(B,A,w) 计算由向量w(rad/s)指定的频率点上模拟滤波器Ha(s)的频

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