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Introducción al diseñador de filtros

Este ejemplo muestra cómo utilizar el diseñador de filtros como una alternativa conveniente a las funciones de diseño de filtro de línea de comandos.

Filter Designer es una potente interfaz gráfica de usuario (GUI) en la caja de herramientas de procesamiento de señal™ para diseñar y analizar filtros.

Filter Designer le permite diseñar rápidamente filtros de FIR o IIR digitales estableciendo especificaciones de rendimiento de filtro, importando filtros desde su espacio de trabajo de MATLAB® o agregando, moviendo o eliminando polos y ceros. Filter Designer también proporciona herramientas para analizar filtros, como parcelas de respuesta de magnitud y fase y trazados de polos cero.

Empezar

Escriba filterDesigner en el símbolo del sistema de MATLAB:

> > filterDesigner

Se muestra un cuadro de diálogo con sugerencias para usar el diseñador de filtros.Tip of the Day Entonces, el GUI visualiza con un filtro predeterminado.

La GUI tiene tres regiones principales:

  • La región información de filtro actual

  • La región filtro de visualización y

  • El panel diseño

La mitad superior de la GUI muestra información sobre las especificaciones del filtro y las respuestas para el filtro actual. La región de información de filtro actual, en la parte superior izquierda, muestra las propiedades del filtro, es decir, la estructura del filtro, el orden, el número de secciones utilizadas y si el filtro es estable o no. También proporciona acceso al administrador de filtro para trabajar con varios filtros.

La región de visualización del filtro, en la parte superior derecha, muestra varias respuestas de filtro, como la respuesta de magnitud, el retardo de grupo y los coeficientes de filtro.

La mitad inferior de la GUI es la parte interactiva del diseñador de filtros. El panel de diseño, en la mitad inferior es donde se definen las especificaciones del filtro. Controla lo que se muestra en las otras dos regiones superiores. Otros paneles se pueden mostrar en la mitad inferior utilizando los botones de la barra lateral.

La herramienta incluye ayuda contextual. Puede hacer clic derecho o hacer clic en el botón para obtener información sobre las diferentes partes de la herramienta.What's This?

Diseñar un filtro

Diseñaremos un filtro de paso bajo que pase todas las frecuencias menores o iguales al 20% de la frecuencia Nyquist (la mitad de la frecuencia de muestreo) y atenúa frecuencias mayores o iguales al 50% de la frecuencia Nyquist. Usaremos un filtro de Equiripple FIR con estas especificaciones:

  • Atenuación de banda de paso 1 dB

  • Atenuación de banda de stopband 80 dB

  • Una frecuencia de banda de paso 0,2 [normalizado (0 a 1)]

  • Una frecuencia de banda de detención 0,5 [normalizado (0 a 1)]

Para implementar este diseño, utilizaremos las siguientes especificaciones:

1. Seleccione en el menú desplegable debajo y debajo.LowpassResponse TypeEquirippleFIR Design Method En general, al cambiar el tipo de respuesta o el método de diseño, los parámetros de filtro y la región de visualización de filtro se actualizan automáticamente.

2. Seleccione en el área y entre.Specify orderFilter Order30

3. El filtro de Equiripple FIR tiene una opción que controla la densidad de la rejilla de frecuencias.Density Factor Al aumentar el valor se crea un filtro que se aproxima más estrechamente a un filtro de equiripple ideal, pero se requiere más tiempo a medida que aumenta el cálculo. Deje este valor en 20.

4. Seleccione en el menú desplegable unidades del área.Normalized (0 to 1)Frequency Specifications

5. Ingrese para y para en la zona.0.2wpass0.5wstopFrequency Specifications

6. y, en el área son pesos positivos, uno por banda, utilizado durante la optimización en el filtro de Equiripple FIR.WpassWstopMagnitude Specifications Deje estos valores en 1.

7. Después de configurar las especificaciones de diseño, haga clic en el botón en la parte inferior de la GUI para diseñar el filtro.Design Filter

La respuesta de magnitud del filtro se muestra en el área análisis de filtro después de calcular los coeficientes.

Ver otros análisis

Una vez que haya diseñado el filtro, puede ver los siguientes análisis de filtro en la ventana de visualización haciendo clic en cualquiera de los botones de la barra de herramientas:

En orden de izquierda a derecha, los botones son

  • Respuesta de magnitud

  • La respuesta de fase

  • Las respuestas de magnitud y fase

  • Respuesta de retardo de grupo

  • Respuesta de retardo de fase

  • Respuesta impulsiva

  • Respuesta de paso

  • Parcela de polo cero

  • Coeficientes de filtro

  • Filtrar información

Comparando el diseño con las especificaciones del filtro

El diseñador de filtros le permite medir cuán estrechamente su diseño cumple las especificaciones del filtro utilizando máscaras de especificación que superponen las especificaciones del filtro en la gráfica de respuesta. En la región de visualización, cuando se muestra la gráfica de magnitud, haga clic con el botón derecho en la etiqueta del eje y ' magnitud (dB) ' y seleccione.Magnitude A continuación, seleccione en el menú para superponer las especificaciones de filtro en la gráfica de respuesta.Specification MaskView

A continuación se muestra la respuesta de magnitud del filtro con la máscara de especificación:

Cambio de unidades de ejes

Puede cambiar las unidades del eje x o y haciendo clic con el botón derecho del ratón en una etiqueta de eje y seleccionando las unidades deseadas. Las unidades actuales tienen una marca de verificación.

Marcar puntos de datos

En la región de visualización, puede hacer clic en cualquier punto del trazado para añadir un marcador de datos, que muestra los valores en ese punto. Al hacer clic con el botón derecho en el marcador de datos se muestra un menú en el que puede mover, eliminar o ajustar el aspecto de los marcadores de datos.

Optimizar el diseño

Para minimizar el costo de implementación del filtro, intentaremos reducir el número de coeficientes usando la opción en el panel de diseño.Minimum Order

Cambie la selección a en la región de diseño y deje los otros parámetros tal como están.Filter OrderMinimum Order

Haga clic en el botón para diseñar el nuevo filtro.Design Filter

Como puede ver en el área información de filtro actual, el orden de filtro disminuyó de 30 a 16, el número de ondulaciones disminuyó y el ancho de transición se hizo más ancho. La banda de paso y las especificaciones de la banda de suspensión todavía cumplen con los criterios de diseño.

Cambio de parámetros de análisis

Al hacer clic con el botón derecho en el trazado y seleccionar parámetros de análisis, puede mostrar un cuadro de diálogo para cambiar los parámetros específicos del análisis. (También puede seleccionar parámetros de análisis en el menú análisis.)

Para guardar los parámetros mostrados como valores predeterminados, haga clic en.Save as Default Para restaurar los valores predeterminados definidos por MATLAB, haga clic en.Restore Original Defaults

Exportar el filtro

Una vez que esté satisfecho con su diseño, puede exportar su filtro a los siguientes destinos:

  • Área de trabajo de MATLAB

  • MAT-File

  • Text-File

Seleccione en el menú.ExportFile

Si decide exportar al espacio de trabajo de MATLAB o a un archivo MAT, puede exportar el filtro como coeficientes. Si un DSP System Toolbox™ está disponible, también puede exportar el filtro como un objeto System.

Generar un archivo MATLAB

El diseñador de filtros le permite generar código MATLAB para volver a crear el filtro. Esto le permite incrustar el diseño en el código existente o automatizar la creación de los filtros en un script.

Seleccione en el menú, elija y especifique el nombre de archivo en el cuadro de diálogo generar código de MATLAB.Generate MATLAB codeFileFilter Design Function

El código siguiente se generó a partir del filtro de pedido mínimo que diseñamos anteriormente:

Cuantización de un filtro

Si usted tiene el DSP System Toolbox™ instalado, el panel está disponible en la barra lateral:Set quantization parameters

Puede utilizar este panel para cuantificar y analizar filtros de doble precisión. Con el DSP System Toolbox puede cuantizar de doble precisión a precisión simple. Si tiene el diseñador de punto fijo, puede cuantizar los filtros a precisión de punto fijo. Tenga en cuenta que no puede mezclar aritmética de punto flotante y de punto fijo en el filtro.

Objetivos

El menú del diseñador de filtros le permite generar varios tipos de código que representan el filtro.Objetivos Por ejemplo, puede generar archivos de encabezado C, archivos de coeficientes de XILINX (COE) (con DSP System Toolbox) y VHDL, Verilog junto con bancos de prueba (con Filter Design HDL Coder™).

Características adicionales

El diseñador de filtros también integra funcionalidad adicional de estos otros productos de MathWorks™:

  • -Añade técnicas avanzadas de diseño FIR e IIR (es decir, transformaciones de filtro, filtros Multirate) y genera un bloque equivalente para el filtroDSP System Toolbox

  • -Genera, construye e implementa código para los procesadores Texas Instruments C6000.Embedded Coder™

  • -Genera un código VHDL o Verilog sintetizable para filtros de punto fijoFilter Design HDL Coder

  • -Genera filtros a partir de bloques atómicos de SimulinkSimulink®