MATLAB-GUI设计FIR滤波器(窗函数)

1 数字滤波器的概述 ................................................................................................ 错误!未定义书签。

1．1 FIＲ数字滤波器设计原理 ........................................................................ 错误!未定义书签。 1.2 FＩR数字滤波器的特性ﻩ错误!未定义书签。

1.3 窗函数的介绍............................................................................................ 错误!未定义书签。 2 FＩR数字滤波器设计及实现ﻩ错误!未定义书签。

2．1 低通滤波器的设计 ................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2 高通滤波器的设计 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 2．3 带通滤波器的设计ﻩ错误!未定义书签。 2.4 带阻滤波器的设计 .................................................................................... 错误!未定义书签。 3基于MAＴLAB GUＩ的FIR滤波器的仿真 ....................................................... 错误!未定义书签。

3.1 FＩR数字滤波器设计所实现的任务 ......................................................... 错误!未定义书签。 ３.２ FIR数字滤波器界面设计ﻩ错误!未定义书签。 3.3 FIR数字滤波器函数的编写ﻩ错误!未定义书签。

3.3.1 菜单ＦiｌtｅrType的回调函数 ...................................................... 错误!未定义书签。 ３．3．2 显示类型DispTyｐe的函数 ................................................. 错误!未定义书签。 3.3．３ 阶数N和最小阶数Ｎ按钮的函数 ........................................... 错误!未定义书签。 3．３.4 文本编辑框的回调函数ﻩ错误!未定义书签。

3.3．5 滤波器波形按钮的回调函数 ........................................................ 错误!未定义书签。 ３．3．6 文本框Ｒp和Rs的函 数........................................................ 错误!未定义书签。 ３.３.7 产生信号按钮的回调函数18ﻩ

3.3.8 滤波后的信号按钮的回调函数 ....................................................... 错误!未定义书签。 ３.３.9 按钮Qｕit的回调函数 ................................................................ 错误!未定义书签。 3.4总程序的编写ﻩ错误!未定义书签。 ４ 实验结果与显示ﻩ错误!未定义书签。

5 结束语 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。 6 感谢 ........................................................................................................................ 错误!未定义书签。 7 参考文献 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。 附录ﻩ错误!未定义书签。

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基于ＭＡTＬＡＢ的FIR数字滤波器的设计与仿真

李宏华

湛江师范学院信息科学与技术学院,湛江 ５24048

摘 要：本文从ＦIR数字滤波器的设计原理和特性入手,实现了用ＭATLAB设计ＦIR数字滤波器的功能,重点阐述了通过ＭATLAB GUI实现了FIR数字滤波器的仿真。详细介绍了MATLAB ＧＵI界面的构建与回调函数的程序编写与调试。

关键词：MAＴLAB;GUI；FIＲ滤波器

The Desｉgｎ and Ｓiｍulaｔｉoｎ ｏf FIR Diｇitaｌ Fil

ｔer baｓｅ ｏn ATLAB

LI Ｈonｇhua

Informａｔioｎ Scieｎce & Tｅｃhnology School, Zhaｎｊｉang Normａｌ Ｕniｖｅｒsity， zh

ａnjiaｎｇ, 52４0４８ Chinａ

Abstｒact:Ｔhｉｓ paｐeｒ ｓｔarts wｉth thｅ desｉgn ｐｒinｃipleｓ and ｃharacteristics ｏf ｔｈｅ ＦIR digｉtal filｔer， Aｃhieve thｅ ｔask of usｉng ＭAＴLAB software to desｉgｎ the FIR diｇital ｆiｌtｅr, in ｐarticｕlａr introduｃtioｎ ｔｏ complete the sｉmｕｌation ｏf the ＦIR digitａl filter base oｎ ＭATLAＢ GUI ｓoftware. Comprehｅnsive inｔｒoduce to thｅ ｂuildiｎg of ＧUI inｔｅrfａce anｄ the progｒａm ｃomｐiｌed wiｔh debugｇing of ｔhe callback fｕnｃtiｏｎ.

Key ｗｏｒｄ：ＭATLAB； ＧＵI; ＦIR Ｆilter

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1 数字滤波器的概述

1．1 FIR数字滤波器设计原理

［１］中介绍了数字滤波器冲激响应的时域特征,可将数字滤波器分为２种，即无限长冲激响应滤波器（ IＩR)和有限长冲激响应滤波器(FＩＲ) 。ＦIR具有突出的优点:系统总是稳定的、易于实现线性相位、允许设计多通带(或多阻带)滤波器。但与IＩR相比，在满足同样的阻带衰减的情况下需要较高的阶数。FIR的冲激响应h(k）是有限长的Ｍ 阶FIR系统函数可表示为

H(z)h(k)zkk0M

M滤波器的输出：y(k)h(k)x(k)h(i)x(ki)i0

它的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数问题,[２]中给出的设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。

在这里我们利用窗函数法设计FIR滤波器。给定所要求的滤波器的频率响应Hd ( ｅjｗ) ， 要求设计一个FIR 滤波器的频率响应H( ｅjw) 来逼近Ｈd( ejw) ．设计是在时域进行的, 首先由傅立叶变换导出无限长的序列ｈd( ｎ) , 然后用窗函数截断hd （ n) ,即: h( ｎ) = ｈｄ( n) w（ ｎ)。 1.2 FIR数字滤波器的特性

ＦIR滤波器有以下特点:

(1） 系统的单位冲激响应h(n）在有限个ｎ值处不为零；

(２) 系统函数H(z)在|z｜>0处收敛，极点全部在z ＝ 0处(因果系统）; (3) 结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，但有些结构中(例如频率抽样结构）也包含有反馈的递归部分。

因为FIR数字滤波器的单位冲激响应是有限长的,所以它永远都是稳定的。［3]说明了达到具有线性相位这一要求，仅需要对FＩR数字滤波器的冲激响应h(n)施加一

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定的约束。令zejw,就可由H(z)得到FIR数字滤波器的频率响应:

H(e)H(z)|zejh(n)ejnH()ej()jn0N1

（1-2-1)

式中H()是H(ej)的幅频特性，()是H(ej)的相频特性

Im(H(ej))()arctan()RE(H(ej))

(1-2－2)

ﻩ［4]中讨论了由于h（n)的长度N取奇数或偶数时对H(w)的特性有影响， FＩＲ滤波器的幅频特性可以分为以下４种情况：

(1）第Ⅰ种类型:h(n)为偶对称，且N为奇数 根据式:H()h(n)cos[(n0(N1)/2N1N1n)]可以得到滤波器的幅频函数为： 2H()n0a(n)cos(n)

(1-2-３） 其中a(0)h(呈偶对称。

(２)第Ⅱ种类型：h(n)为偶对称,且N为偶数 根据式:H()h(n)cos[(n0N/2N1N1NN1。幅度函数H()对0,,2)，a(n)2h(n),n1,2,…,222N1n)]可得滤波器的幅频函数为: 21H()b(n)cos(n)2n1

（1-2-４) 其中:b(n)2h(NNn),n1,2,…，。幅度函数H()对于0或2呈偶对称。如果22数字滤波器在处不为零,如本文设计的高通滤波器和带阻滤波器则不能用这一类型。

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(3)第Ⅲ种类型:h(n)为奇对称,且N为奇数

N1n)可得滤波器的幅频函数为: 根据式：H()h(n)sin(2n0(N1)/2N1H()n1c(n)sin(n)

（1－2-5)

N-1N其中c(n)2hn,n1,2,…,。数字滤波器在=0，,2处不为零如低

22通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器,则不适合用这类滤波器来设计。 （４)第Ⅳ种类型:h(n)为奇对称，且N为偶数

N1n)可得滤波器的幅频函数可表示为: 根据式:H()h(n)sin(2n01H()d(n)sin(n)2n1N/2N1

(1-２-6)

NN其中:d(n)2hn,n1,2,…,。幅度函数H()对于呈偶对称。如果

22数字滤波器在0,2处不为零如低通滤波器、带阻滤波器，则不适合用这类数字滤波器来设计。 1.3 窗函数的介绍

设计滤波器尽量要求窗函数满足以下两项要求:

(1)窗谱主瓣尽可能地窄,以获取较陡的过渡带。

(2)尽量减少窗谱的最大旁瓣的相对幅度。也就是能量尽量集中于主瓣,这样使尖峰和波纹减小，就可增大阻带的衰减。

但是这两项要求是不能同时满足的。当选用主瓣宽度较窄时，虽然得到陡峭的过渡带，但通带和阻带的波动明显增加;当选用最小的旁瓣幅度时,虽能得到平坦的幅度响应和较小的阻带波纹，但过渡带加宽，即主瓣会加宽。因此,实际所选用的窗函数往往是它们的折中。设计ＦIR滤波器常用的窗函数有：矩形窗、三角窗、汉宁窗、海明窗、布拉克曼窗、凯塞窗等。

以下是几种窗函数的性能比较:

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窗函数 旁瓣峰值衰等效凯塞尔主瓣过渡带精确过渡带最小阻带衰减（ｄB) 矩形窗 三角窗 汉宁窗 海明窗 -13 -２5 -31 -41 窗(） 0 1.33 3.86 ４.86 7．０４ ７.865 宽(） 4/N 8/N 8/N 8/N 12/N １0/N 宽(） 1.8/N 6.1/N ６.2/N 6.6/N 11/N 10/N 减(Db) -21 -2５ -44 -53 －74 -80 布莱克曼窗 -57 凯赛尔窗 -5７ 想详细了解以上几个窗函数请查阅参考文献[４]或者用命令ｗvtｏｏｌ（wｉnｄoｗs(N))查看。

2 ＦIＲ数字滤波器设计及实现 ２.1 低通滤波器的设计

ﻩ低通滤波器允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声。 程序如下：

％%%%%%%%%%%％%%%%%%%%％%％%%％%%%%％%%%%％%%%％%%%

%fp1=1０;fs1=15;fs＝10０；boxcar window

%％%%%％%％%%%％%%％%％％%%%％%％％%%%%％%%%%％%%%%％%%%

fp1＝10； %低通通带模拟截止频率 fｓ1＝15； ％低通阻带模拟截止频率 fs＝１00; %采集频率

wp1＝2*ｐi*ｆp1/fs; ％模拟转变为数字域的截止频率 ws1=2*pi*ｆs1/fs；

deｌta＿w=ws1-wｐ1； ％过渡带宽 N=ceil(1．8*ｐi/dｅlta＿w)+1；%最小阶数N ｗｉndoｗ=ｂoxcar(N)＇；

％N=ceil(6.1*pｉ/dｅlta_ｗ)＋１；%最小阶数N

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%winｄoｗ＝bａrtｌett(Ｎ)'；%注意要改一下过渡带宽的系数 ％Ｎ=ceｉｌ(6.2*pi/delta_w)+1;%最小阶数Ｎ %window=hanｎing(N)'；

%N=ceil（6.6*ｐi/deｌta_w)+1;%最小阶数Ｎ %ｗindoｗ＝hａmｍinｇ(N)';

％N=ceiｌ(11*pi/deltａ_w)+１;％最小阶数N ％window=blackｍan(Ｎ)';

%Ｎ=ceil(1０*pi/deｌtａ＿w)+1;%最小阶数N %wiｎdow=kaisｅr(Ｎ+1)';

Wn=（ｆｐ1＋fs１)/fs; ％理想ＬPF的截止频率 [b，a]=fｉｒ1(N－１，Wn,window）； [H,w］＝ｆreqz(b,１,５12);

db=20＊lｏg１０(abs(H)); %db imagine t=（0:２00)／fs；

Signaｌ=ｓin(2*pｉ*t*5)+siｎ(2*pi*t＊１５)+siｎ(２*pｉ*t*30）; %输入信号

FilｔｅrSｉgnal=filｔer(b,1,Siｇnal)； ｓuｂｐloｔ(2,2，1);

plｏｔ(ｗ*ｆｓ/(2＊pi),db)；ｘlａbｅｌ('频率')；yｌａbｅl（'db'）;tiｔle('滤波器的相对振幅');grid on; subplot（2,2,2）；

ploｔ(w*fｓ/(2＊pｉ）,aｎgle（H));xｌabel('频率')；yｌabｅl('angｌe(H)');titｌｅ('滤波器相位响应')；gｒid on; suｂｐｌot(2,2,3);

ｐlot(t,Ｓignal）;ｘｌａbel('ｔ');ylabel（'Sｉgnal＇)；titｌｅ（'滤波前的信号波形＇);grid on；

sｕbｐlot(2,2,4）;

pｌoｔ（t，ＦilterSiｇnal）；ｘlabeｌ('t');yｌabｅl（'FｉlｔeｒSignaｌ');tiｔle('滤波后的信号波形'); grid on;

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2.2 高通滤波器的设计

高通滤波器允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。程序如下:

%%%％％％%%％％%%%％％%%%%%%%%%%％%%%%%％%%％%％%%%%%%

%fs１=10,fp1=15;ｆs=１00(wｐ1＝0.3pi;ws１=0.2pi)

%%%％％%%%%％%%％%%%%％％%%%%%%％%％%%％％%%%％%％%%%%%

ｆs１=1０; %高通阻带模拟截止频率 fp1=1５; %高通通带模拟截止频率 fs=100; %采用频率

wｐ1=2＊ｐi*fp1/fｓ; %模拟转变为数字域的截止频率 ws１=2*ｐｉ*fｓ１/fｓ;

dｅlta＿w=ｗp1-ｗs1; ％过渡带宽

N=ceｉl（1．8＊pi/deltａ_w)+1；N＝N+rｅｍ(Ｎ,2)； wｉndow=boｘcar（N+1)';

％N＝cｅil（６.1*pｉ／ｄeｌta_w)+1;N＝N+rem(N,2)； %wiｎdow＝ｂartlett（N＋1)';

％N=ceiｌ(6.2*pi/delta＿ｗ）+１；N=Ｎ＋rem(Ｎ，2）； %windｏｗ=haｎniｎg(N+１)＇;

%N=ceｉl(6．6＊pi/delta_w)+１;N=N+reｍ(N,2); ％wｉndoｗ=hamｍing(N＋１)＇；

%N=ceｉl（11*pi／ｄeltａ＿ｗ)+1;Ｎ＝N+rｅｍ（N，2); ％window=blａckman(Ｎ+1)';

%N＝ceil(10*pi/dｅlｔa_ｗ)+1;N＝N＋rｅm(N,2); %winｄow=ｋaiser(N+1)'；

Ｗｎ=(fp1+ｆｓ1）／fs; %理想ＬPF的截止频率 ［ｂ，a］＝fir1(Ｎ,Wn,'higｈ＇,ｗinｄow); [H,w］=freｑｚ(b,1,5１2)；

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ｄb＝２0*ｌog10(abs(H））; %db ｉmａginｅ t＝（0:２00)/fｓ;

Ｓｉｇnal=sin(2*pｉ＊ｔ*５)+ｓiｎ（2*pi＊t*15)+siｎ(２*pi＊ｔ＊30)； %输入信号

ＦilterSignａl=filter(b,1,Siｇnaｌ); sｕbplｏt(２,2,1);

plot(ｗ*fs/(２*pｉ），db）；xlａbel('频率'）；ylabel('db＇)；title（'滤波器的相对振幅')；griｄ on; subplot（2,2，2);

plot(w*fs/(２*pｉ),angle（Ｈ）);xlａbel(＇频率');yｌabeｌ('ａngｌe（Ｈ）'）;title(＇滤波器相位响应')；ｇriｄ oｎ; subplｏｔ(2,2,3）;

plｏt(t,Ｓignａl)；ｘlabｅl(＇ｔ＇);ylabel(＇Siｇｎal'）;titｌe('滤波前的信号波形＇）;gｒiｄ on； sｕｂｐｌｏt(2,2,4);

plot（t,FilｔeｒＳignａl）；xlabel('t');ylａbel（'FｉlterSignaｌ＇);ｔitlｅ('滤波后的信号波形');

ｇriｄ ｏｎ; ２.3 带通滤波器的设计

ﻩ带通滤波器允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。程序如下:

％%％%%%％%％％％%%％％％％％%%％%％％%%%%％%％%％％%%%%%%%%

％fp１=20;fｐ2＝３0;fｓ1=10;ｆs４＝４0；fs=1００

%%％%%%％%%%%％％％%%%％％%%%%%%％%%%%%%％％%%％%%%%%%

%[ｎ，Wn,beta,ftypｅ]=ｋaiserｏｒd([7 1３ 17 23],［0 1 0］，[0．01 0.０1 0.01］，10０)；

fp１=２0; %带通通带模拟截止频率

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fp2＝３0; ％带通通带模拟截止频率 fｓ1=10; ｆs2=4０; ｆs=100;

wｐ1=2*pi＊ｆp1/fｓ;%数字域的截止频率 wp2=２*pi＊fｐ2／fs; ws1=２*pｉ＊fs1/fs； ｗｓ2=2*pi＊fs２/fs;

dｅｌｔａw1=ｗp1-ws1; %Ｔｒａnsｉtｉｏｎ ｂandwｉdｔh deltaw2=ws２-wp2；

deｌta_w=min（deltａw１，dｅltａw2); N=ceil(１.8＊pi/delta_w)+1; wiｎdｏw=boxｃar(N+1);

%Ｎ=ｃeｉl（6.１*ｐi/deltａ_w)+1; %ｗindow=bartｌｅtt（N+1); %N＝cｅiｌ（6.2＊pi／delta＿w)+１; %ｗinｄow=hanｎing(N+１); %N=cｅｉl(6.6*ｐｉ/delta_w）+1; %ｗindow=ｈamming(N＋1）; %N=ceil(11＊pi/ｄelｔa_w)+1; %wiｎdow=blacｋｍａn(N＋1); %Ｎ=ceｉl(1０＊ｐi／delta_w)+1； %wiｎdｏw＝kaｉｓer(N+１);

b=fiｒ1(N，［ｗp1/ｐi ｗp2/pｉ],wｉｎdｏw）; ［H，ｗ]=ｆｒeqz(b,1,512); db＝20*log（aｂｓ(H))； t=(0:200)/fｓ;

Sｉgnal=ｓin(2*pｉ*ｔ*５）＋sin(２*pi*ｔ*１5)＋ｓｉｎ(２＊pi*t*30）;%输入信号 FilｔerSigｎａl=fｉlteｒ（b,1,Ｓignal); sｕbplｏt（２,2,1）;

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plｏt（w*ｆs/(2*ｐi),db);xlａbel（'频率')；ylａｂel（'dｂ'）;tｉtle('滤波器的相对振幅'）；grid on； subpｌot（2,2，2）;

ｐloｔ(w*fs/(2*pi）,angle(Ｈ))；xｌabeｌ('频率');ｙlabel('angle（Ｈ）');titｌe（'滤波器相位响应'）;grid on; sｕbｐlｏｔ(2,2,3）;

plot(t,Ｓｉgnal）;ylabel('Sｉgnal');title(＇滤波前的信号波形');grｉd oｎ; ｓuｂploｔ(２,2,4)；

pｌoｔ（t,FilteｒＳignal);xlabｅl('t');ylａｂel('FilterSignａｌ＇）；tｉtｌe（'滤波后的信号波形＇）;grid on; 2.4 带阻滤波器的设计

带阻滤波器抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。程序如下:

%%％%％%%%%%％%%%%%%%％％%%％%％%%%%%％%％%%%%%%%%%%

％fp1=10;fp2=4０;fs1=２０;ｆs2=3０;fs=100;

％%%%％％%%%%%%%%%%％%%%％％％%%％%％%%%％%%%%％%%%%%％

%［n,Wn,ｂeta,ftype]＝kaiseｒord([7 13 １7 ２3]，［0 1 ０]，[0．0１ 0.０1 0.01],100）；

fp1=１0; %带通通带模拟截止频率 fp2＝４0; %带通通带模拟截止频率 fs1=20; fs2=30; fｓ=100;

wp1=２＊pi＊fｐ1／ｆs; wp2＝2*ｐi＊fp２/fs;

wｓ1=2*pi*fｓ1／fs；%数字域的截止频率 ｗs２＝2＊pi*fs2／fs; delta1=wｓ１-wｐ1;

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deｌta2=wp２－wｓ2;

delta_ｗ=min(dｅｌtａ1，ｄeｌtａ2）; %过渡带宽 N=ｃeｉｌ(1.8*pi/delｔa_w）+1;Ｎ＝Ｎ+rem(N，2)； windｏw=bｏｘcaｒ(N+1）;

%N=ｃｅｉl(6．1*pi/delta_w)+1;N=N+rem(Ｎ,2); %wiｎｄow=baｒｔlett(Ｎ＋1）；

%N＝ｃeil(6.2*pi/ｄelta＿w）+1;Ｎ=N+ｒem(N,2); %windｏｗ=hannｉng（N＋１);

%N=ｃｅil（6．6*pi／deｌta_w)+1；N＝N+rｅm(Ｎ,２); %winｄow=hamminｇ(Ｎ+１）;

％N=ceｉｌ（1１*ｐi/delta＿w）+1；N=N+rｅｍ(N,2）; %wｉndｏw＝ｂｌaｃkｍan(N+1);

%Ｎ=ｃeil(10*pi/deｌta_w)＋１;Ｎ=N+reｍ（N，２); ％wiｎdoｗ＝kａiｓer(N+1);

b＝ｆｉr1（N,[ws1/pｉ ws２／ｐi],'stop＇,wiｎdoｗ); ［H,w]＝freqz（b，1,512); dｂ=20*lｏg(abｓ(Ｈ)); t＝(0:２0０)／ｆｓ;

Sｉgｎaｌ=sin(2＊pi*t*5）＋sin(2＊ｐi＊t＊15）＋sｉn(２＊pi*t＊30)；%输入信号 FiltｅrSignaｌ=filｔer(b，1，Signal); subｐlot(2，2,1);

plｏt(w*fs／(２*pi),dｂ）;xlabｅl(＇频率＇）;ylabel('ｄb');title（＇滤波器的相对振幅');griｄ on；

sｕbplot（2,2,2)；

plot(w*fs/(2*ｐｉ),angle（H));xlａｂel('频率＇）;ｙｌabeｌ('angle（H)');titlｅ('滤波器相位响应');grｉd oｎ; subplot(2,２,３)；

ｐloｔ（ｔ，Signａl);ｙlaｂeｌ('Signaｌ＇)；titｌe('滤波前的信号波形')；griｄ on； subploｔ（２,２,4)；

plot(ｔ,FｉlｔerSignａl）；xlａbel（'t'）;ｙlａbｅｌ(＇FilｔeｒSｉｇnaｌ'）;ｔitｌe('

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滤波后的信号波形'）；grid ｏｎ;

3基于MＡTＬAB GUI的FIR滤波器的仿真 3.１ FIＲ数字滤波器设计所实现的任务

[6]中介绍了GUI设计工具应用的平台。应用MＡＴLAB GＵI设计一个界面友好的仿真软件,完成GＵI界面的设计和回调函数的编写。它所能实现的任务有: (１)、能够实现人机交换。

（2)、能够选择Ｂｏxaｒ、Bａｒｔlett、Hanｎinｇ、Hamｍｉnｇ、Bｌackｍan、Kaｉｓer窗设计 滤波器。

(3）、在ＦilterTypｅ中能够选择Loｗｐaｓs、Hｉghｐass、Baｎdpaｓs、Ｂａndstop。

(4)、在ＤisplayＴｙｐe中能够选择Lineaｒ、Ｌoｇarｉthｍiｃ两种不同的图形显示类型。

(5）、根据输入的数据计算并显示系统的最小阶数。

(６)、根据输入的参数,得到通带波动系数Rp、最小阻带衰减系数Rs。 3.２ FIＲ数字滤波器界面设计

［7]中给出了GUＩ有以下四种启动方式: （１)、在命令行窗口中输入guｉde; （２)、点击ｍatｌab界面上面的菜单中的

图标；

（3）、在START菜单中选MAＴＬAＢ|GＵIＤＥ（GUＩ Buｉldeｒ)； (4）、在MＡＴＬAB File菜单中选New|GＵI。

本设计用的第一种方式设计ＧＵI界面。点击ｇuidｅ界面上方的Rｕn按钮，会生成一个ｆig文件，一个m文件，其中ｆｉｇ文件就是界面的图形,ｍ文件是界面的回调函数，在ｍ文件里完成回调函数的编写。设计如下图3-1所示的图形主面板，共包括4个区域：

（１）图形区：用于显示各模块的仿真曲线。

(2)参数设区:由静态文本框和编辑框以及类型选择按纽组成， 实时的进行系统

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参数的设定和滤波器原型的选定。

(3)对象模型区：实现设计结果的实时刷新与显示。 （4）数据显示区:对应于图形显示结果。

图3－1

3．3 FIR数字滤波器函数的编写 ３.3.１ 菜单FｉlterTｙpｅ的回调函数

在下拉菜单FｉlterTyｐｅ中选择滤波器类型

因为界面FilｔｅrTｙｐe默认的是lowpａss选项，所以GＵI初始化时把第二个临界频率控件隐藏起来，Fｐ2、Fs2控件的viｓiｂｌe设置为oｆf状态,选择带通或带阻滤波器时就把这几个控件显示出来，选择低通或者高通滤波器时,隐藏相应的带通和带阻的第二个临界频率,使其频率参数不能输入，程序和效果如图3-２、３－3所示:

functioｎ FiｌtｅrＴyｐe＿Ｃallｂaｃk(hObjecｔ, eｖｅnｔdatａ， ｈanｄles） FilterType＿ｖａlue＝get(haｎdｌes.ＦilterＴype,'Ｖａlｕe');% if (FｉlｔｅrＴｙpe_value==1）||(FilterＴｙｐe_vaｌuｅ==２)

set(hａndles．Ｆｐ2Value,'vｉｓible','ｏff＇）；set(hａnｄles.Fｓ2Ｖalue,'ｖisibｌe','ｏff');

set(haｎdles．Fp２,＇visiblｅ＇,'off')；set(ｈａｎdles.Fｓ2,'visｉble','ｏｆｆ'）;%Fp2 seｔ(ｈaｎｄlｅｓ.teｘt37,'visiｂle','ｏff')；set(handｌeｓ．teｘt39,'vｉsible','ｏｆ

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f');％Fs2

ｅlｓe if (FilteｒType＿vaｌue=＝3)|｜(FｉlterTｙpｅ_vaｌｕe＝=4)

sｅt(haｎｄlｅs.Fp2Ｖａlue,＇visｉｂle','on');set（handleｓ.Ｆs2Vaｌue,'ｖisｉble＇,'on');

set(hａndles.Fp２,'vｉsiblｅ'，'ｏn＇)；set(handles.Fｓ２,'visibｌｅ'，'oｎ')；%Ｆp２

seｔ（ｈanｄlｅs．ｔeｘｔ３7,＇visible','oｎ');set(ｈａndles.text39,'visibｌe','oｎ');%Ｆｓ2 ｅnｄ eｎｄ

图3-2 初始化或选择lowｐａss、ｈiｇhpass 图3－３ 选择bａndpass、bandstop

３.3．2 显示类型ＤｉspTyｐe的函数

滤波器的幅度特性有两种方式显示，设计的程序如下: if (DisｐｌａyTypeValue＝=1) %sｅlｅct Linear

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ﻩaxｅs（handles.Magｎｉtude);

plot(w*FsValue/（2*pi),aｂs(Ｈ)); gｒid on；

else ％selｅct Lｏｇａｒｉthｍic ﻩaｘes（hanｄleｓ．Maｇnituｄe)；

plｏt(w＊FsValue/(2*pi),db);

ﻩgrid on； ％set（gca，'ＸTiｃkMoｄe','ｍａｎual','XTick',[０，３,5,10]）; end

3.3.3 阶数N和最小阶数N按钮的函数

在设计滤波器阶数时，在输入用户所希望的设计滤波器的阶数后系统自动计算并显示最小阶数Ｎ。为了防止用户自动输入该最小参数N，在文本框属性的：Eｎablｅ项设为off，禁止输入参数。涉及的程序如下：ﻩN_Value=str2doubｌe(get(handles.N_Vａｌue,＇Strinｇ'));%读取N值 N＝N_Ｖａlue;

b=fiｒ1(Ｎ-1，Wn,wｉnｄows); %Fir1 ｔo cacuｌａte ｔhe ｂ sｅt（hanｄｌes.miｎ＿N_Ｖａlｕe,＇ｓｔring',ｎｕｍ2sｔr(Ｍ)）；％将得到的滤波器的最小阶数显示在“最小阶数N”框上。 3.3.4 文本编辑框的回调函数

参数输入时,在输入抽样频率Fs的前提下,判断滤波器通带临界频率(Fp1、Fp2）、滤波器阻带临界频率（Fs1、Fs２)的归一化频率ｗｐ１、 wｐ2、ｗs1、wｓ１是否在[０,1]之间,如不正确显示错误对话框，其程序和效果如图3-4所示: fuｎctiｏn Fp1Value_Ｃａllback(hObject, evｅntｄata, handles) ＦｓＶalue=str2double（gｅt(handles.FsValue,'String'));

Ｆp1Value=sｔr2douｂle(ｇet(ｈanｄles.Fp1Ｖaｌuｅ,'String'))； ｗp１=２＊Fp1Ｖalｕe/FsVaｌuｅ； if （wp1＞=1)

errordlg（'wp1=２*Ｆp１/Fs ｉｓ nｏｔ in ［0，１],pleａｓe ｃheck ｉｎpｕt nｕmber');

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end

图3-４ 输入参数错误信息框显示 Fp２、Fｓ１、Fs2的回调函数同理编程。 3.3.5 滤波器波形按钮的回调函数

根据输入的参数显示设计的滤波器的幅频特性和相频特性图,其程序如下： ｆunctｉon FilｔerWave_Cａllback(hObjecｔ, evｅntdaｔａ， hanｄlｅs） FilterWaｖe(hａnｄles) ％点击该按钮后自动运行ＦiｌtｅrWave.m文件。 3．3．6 文本框Rｐ和Rs的函 数

ﻩ系统根据输入的参数自动计算滤波器的通带波动和最小阻带衰减并显示在文本框中，为了防止用户自动输入该两个参数,在文本框属性的:Enablｅ项设为ofｆ,禁止输入参数。以下程序为低通滤波器部分,其他的详情请查看附录程序。 ｄelta_w=2*ｐi／10０0; %wｈy is 1０00 wpi=fｌoｏr（wｐ1/ｄeltａ_w)+1; %对wｐ1／delｔａ_ｗ取最近的整数

Rp=-min(dｂ(1:1:wｐi)）; %Pasｓband Riｐple 实际通带波动

set(hａｎdleｓ.RpVaｌｕｅ,'string＇,num2stｒ(Ｒp）);%disｐlay Ｐａssbanｄ Ripｐle wｓｉ=floｏｒ（ws1/deｌtａ_ｗ)+1； %对wｓ１/delｔa_w取最近的整数

Rs=-rｏｕnd（maｘ(db(wsi:1:5０1)）); %MｉnSｔopbａnd ａttenｕatｉon 最小阻带衰减

seｔ(haｎｄｌes.RｓValｕe,'string',num2ｓtr(Ｒｓ));％ｄiｓplay MiｎStｏｐbaｎｄ attｅnｕatiｏn

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3.3.7 产生信号按钮的回调函数 回调函数程序如下: fs=100； t=(0：２00)／fｓ;

Siｇnａl=sin(2＊pi＊t*5）+sｉn(2＊pi*t＊１5)+sin（2*pi*ｔ*3０)； ％•••••••• ａxes(hａｎdlｅs.SignalＤｉsplａy); plｏｔ(ｔ，Signal)； gｒid oｎ;

3.3.8 滤波后的信号按钮的回调函数

fｕnｃtion FｉlterSignaｌ_Callbaｃk(hOｂjeｃt, evenｔdaｔa, handｌes) ＦilｔerSignal(handｌｅｓ)

当点击该按钮后运行ＦｉlｔeｒSignal.m程序，该程序在FiltｅｒＷaｖｅ．m的

基础上加上了产生信号的程序滤波后显示在界面上。 ３.3.9 按钮Quit的回调函数

退出滤波器设计窗口，其程序如下：

fuｎｃtioｎ Qｕiｔ_Caｌlback(hObjｅｃt, evｅntdaｔa, handlｅs) cｌｏｓｅ 3.４总程序的编写

ﻩ［7]给出了附件1、附件2的程序,见附件 4 实验结果与显示 1 运行和结果显示

在图形界面下，选择要设计的滤波器选项,编辑框中输人要求设计的数字滤波器的性能指标, 选择“滤波器波形”命令按钮, 出现响应类型的滤波器的图形。 2显示不同窗函数的显示结果

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5 结束语

GUI是实现人机交互的友好界面,具有强大的功能，［8］中说明了GUＩ可以完成许多复杂的程序模块。对于GUI在数字信号处理中的应用中,数字信号处理这门学科的知识是基础，要掌握数字信号处理的相关知识的原理后，并用代码来实现，才能很好地结合MAＴＬAB进行GUI编程。 6 感谢

本文从资料的搜集、文章的修改到最后的定稿,自始至终都得到了导师魏武老师

的悉心指导，很感谢魏武老师对我的毕业设计给予时间宽限上的支持,在毕业设计中给予无私的指导与帮助才使我能够在有限的时间里完成了毕业设计任务。同时感谢在我完成毕业设计过程中给予我关心以及帮助的同学们。 7 参考文献

［１］ 张志田、何其文.基于窗函数法的FIR 数字滤波器的设计[J］.湖南科技学

院学报.2007年第９期

[2] 张登奇、李望移.基于ＭＡＴLAB的ＦIＲ数字滤波器设计[J].计算机时代.2０

0７年第１１期

[３] 用mａｔlａb实现ｆiｒ滤波器的设计[Ｊ］. htｔp:/／wｅｎkｕ.baid

ｕ.com/ｖiew/dfa113２2aａea9９８ｆcｃ220e７8．ｈtｍｌ

[４] 王艳芬等.数字信号处理原理及实现[Ｍ].北京．清华大学出版社,２008 [5] 曹弋．MAＴＬAB教程及实训[M].北京．机械工业出版社，20０8．0５ [６］ 基于MＡTLAB＿ＧＵI_的滤波器设计软件[J］.

hｔtp:/／wenｋu.bａｉｄu.com/view/b１０2840d6c85ec3a８7c2ｃ５3１.htm

ｌ

[７] 陈垚光等.精通MＡTLＡB GUI设计.北京.电子工业出版社，２００8.０2 ［8] 飞思科技产品研发中心.ＭＡTLAB ７辅助信号处理技术与应用．北京.电子工

业出版社,2０05 附录

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