基於Simulink的FIR濾波器設計與模擬--初識matlab
一直對訊號分析與處理有著比較濃厚的興趣,只可惜數學水平挺一般,難以將興趣發展為job,因此就蜻蜓點水了。
公司裡的幾乎人人都會simulink,而我是十足的門外漢。看別人用得行雲流水總是挺眼饞的,於是也班門弄斧試試。
實現的功能是將三個幅度都為1初相位0,頻率分別為10Hz、20Hz、30Hz的正弦訊號疊加在一起,將混疊後的訊號通過一個帶通濾波器,只剩下20Hz的正弦訊號,用示波器顯示濾波前與濾波後的效果。
首先從matlab主介面啟動simulink,new一個model,找到signal procesing blockset->filter designs,新增一個FDATool模組,如圖所示:
然後找在simulink->sources往model中新增三個sine wave模組,如下圖所示:
接著在simulink->math operations下新增一個add模組,如圖:
最後再simulink->sinks下新增兩個scope模組:
新增完成後,我們先要做必要的引數設定,對sine wave模組的設定方法是雙擊該模組,10Hz訊號發生模組引數設定為如下圖所示:
這裡頻率是以歸一化角頻率出現,我們應該設定的值為w=f*2*pi。還有采樣週期我設定的是0.001s,遠高於奈奎斯特取樣率,理論只需大於60Hz,我這樣做的原因是使後面的波形顯示更平滑,因為後面濾波器的顯示輸出採用的是零階保持輸出,取樣過低導致顯示效果很差。
另外兩個sine wave模組的設定類似。
然後還要設定add模組的引數。因為預設只有兩個輸入端,我這有三個。雙擊add模組,將++改為+++即可。設定如下:
然後就是scope模組的設定,預設只有一個輸入,我將一個設定為兩個輸入,對比濾波前後的訊號波形,另一個設定為三輸入,分別檢測三個訊號源。
設定scope的方法是先雙擊,然後找到引數設定按鈕,如下所示:
點選引數標籤,如下:
將裡面number of axes設定成需要的輸入通道數目即可。
接下來就是濾波器核心模組設定了,雙擊FDATool模組,配置成為如下:
這裡面有很多引數我現在還沒搞懂是什麼作用,比如那個
最後的model線路連線如下:
模擬前最後還有一步,就是設定simulink的求解器,在選單中選擇simulation->configuration parameters,如下圖:
模擬時間設定為2s就夠了,那個solver選項選為discrete(XXXX)一項,雖說是模擬離散系統,但具體為甚麼要這樣我還不清楚。
完了就可以開始模擬了,模擬的結果如下:
第一個是濾波器輸出訊號,第二個是混疊訊號。
可以看到,濾波器從混疊訊號中還原出了20Hz的訊號,效果還挺不錯的,呵呵!
這裡有個小細節,有人可能會問為啥濾波器輸出訊號開始有一段很不規整?我想是因為濾波器的初始狀態值不確定(軟體可能設為0吧,反正我是不知道),由於是216階的,那麼濾波器必須要取樣216個數據後才能輸出穩定的值。
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