原创 基于Simulink的FIR滤波器设计与仿真--初识matlab

一直对信号分析与处理有着比较浓厚的兴趣，只可惜数学水平挺一般，难以将兴趣发展为job，因此就蜻蜓点水了。

公司里的几乎人人都会simulink，而我是十足的门外汉。看别人用得行云流水总是挺眼馋的，于是也班门弄斧试试。

实现的功能是将三个幅度都为1初相位0，频率分别为10Hz、20Hz、30Hz的正弦信号叠加在一起，将混叠后的信号通过一个带通滤波器，只剩下20Hz的正弦信号，用示波器显示滤波前与滤波后的效果。

首先从matlab主界面启动simulink，new一个model，找到signal procesing blockset->filter designs,添加一个FDATool模块，如图所示：

 然后找在simulink->sources往model中添加三个sine wave模块，如下图所示：

接着在simulink->math operations下添加一个add模块，如图：

最后再simulink->sinks下添加两个scope模块：

添加完成后，我们先要做必要的参数设置，对sine wave模块的设置方法是双击该模块，10Hz信号发生模块参数设置为如下图所示：

这里频率是以归一化角频率出现，我们应该设置的值为w=f*2*pi。还有采样周期我设置的是0.001s,远高于奈奎斯特采样率，理论只需大于60Hz，我这样做的原因是使后面的波形显示更平滑，因为后面滤波器的显示输出采用的是零阶保持输出，采样过低导致显示效果很差。

另外两个sine wave模块的设置类似。

然后还要设置add模块的参数。因为默认只有两个输入端，我这有三个。双击add模块，将++改为+++即可。设置如下：

然后就是scope模块的设置，默认只有一个输入，我将一个设置为两个输入，对比滤波前后的信号波形，另一个设置为三输入，分别检测三个信号源。

设置scope的方法是先双击，然后找到参数设置按钮，如下所示：

点击参数标签，如下：

将里面number of axes设置成需要的输入通道数目即可。

接下来就是滤波器核心模块设置了，双击FDATool模块，配置成为如下：

这里面有很多参数我现在还没搞懂是什么作用，比如那个Density Factor，不过先放一边吧。注意采样频率设置为1KHz，阻带衰减我都只设置为20分贝，因为是仿真嘛，实际肯定是不够的。让后点击DesignFilter生成滤波器，发现滤波器阶数是216，高得挺吓人的啦，都知道FIR滤波器阶数比IIR要高，但如此高还是让我惊讶得厉害，认真想想，由于我是从10Hz~30Hz中间滤出20Hz，滤波器肯定是很痛苦的嘛。况且我的采样率设置得那么高，所以216阶也就不足为怪了。

最后的model线路连接如下：

仿真前最后还有一步，就是设置simulink的求解器，在菜单中选择simulation->configuration parameters，如下图：

仿真时间设置为2s就够了，那个solver选项选为discrete(XXXX)一项，虽说是仿真离散系统，但具体为甚么要这样我还不清楚。

完了就可以开始仿真了，仿真的结果如下：

第一个是滤波器输出信号，第二个是混叠信号。

可以看到，滤波器从混叠信号中还原出了20Hz的信号，效果还挺不错的，呵呵！

这里有个小细节，有人可能会问为啥滤波器输出信号开始有一段很不规整？我想是因为滤波器的初始状态值不确定（软件可能设为0吧，反正我是不知道），由于是216阶的，那么滤波器必须要采样216个数据后才能输出稳定的值。