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Introducción al Diseñador de filtros

En este ejemplo se 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 el cuadro de herramientas de procesamiento de señales™ para diseñar y analizar filtros.

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

Empezar

Escriba filterDesigner en el símbolo del sistema de MATLAB:

>>filterDesigner

Aparece un cuadro de diálogo con sugerencias para usar el Diseñador de filtros.Consejo del día Entonces, las visualizaciones GUI con un filtro predeterminado.

La GUI tiene tres regiones principales:

  • La región Información de filtro actual

  • La región de visualización del filtro 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 Información de filtro actual, en la parte superior izquierda, muestra las propiedades del filtro, a saber, 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 filtros para trabajar con varios filtros.

La región Visualización de 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 mediante los botones de la barra lateral.

La herramienta incluye ayuda contextual. Puede hacer clic con el botón derecho o hacer clic en el botón para obtener información sobre las diferentes partes de la herramienta.¿Qué es esto?

Diseño de 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 atenuaremos las frecuencias mayores o iguales al 50% de la frecuencia Nyquist. Utilizaremos un filtro FIR Equiripple con estas especificaciones:

  • Atenuación de la banda de paso 1 dB

  • Atenuación de banda de parada 80 dB

  • Frecuencia de banda de paso 0.2 [Normalizado (0 a 1)]

  • Frecuencia de banda de parada 0,5 [Normalizada (0 a 1)]

Para implementar este diseño, utilizaremos las siguientes especificaciones:

1. Seleccione en el menú desplegable debajo y debajo de .PasabajosTipo de respuestaEquirippleMétodo de diseño FIR En general, al cambiar el tipo de respuesta o el método de diseño, los parámetros de filtro y la región de visualización del filtro se actualizan automáticamente.

2. Seleccione en el área e introduzca .Especificar ordenOrden de filtro30

3. El filtro FIR Equiripple tiene una opción que controla la densidad de la cuadrícula de frecuencias.Factor de densidad Al aumentar el valor, se crea un filtro que se aproxima más a un filtro equisiosionideal 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.Normalizado (0 a 1)Especificaciones de frecuencia

5. Introduzca para y para en el área.0.2wpass0.5wstopFrequency Specifications

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

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

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

Visualización de 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

  • Respuesta de fase

  • Respuestas de magnitud y fase

  • Respuesta de retraso del grupo

  • Respuesta de retardo de fase

  • Respuesta de impulso

  • Respuesta escalonada

  • Parcela Polo-cero

  • Coeficientes de filtro

  • Filtrar información

Comparación del diseño con las especificaciones del filtro

El Diseñador de filtros le permite medir la proximidad con la que su diseño cumple con las especificaciones del filtro mediante máscaras de especificación que superponen las especificaciones de filtro en el trazado de respuesta. En la región de visualización, cuando se muestre el trazado Demagnitude, haga clic con el botón derecho en la etiqueta del eje Y 'Magnitude (dB)' y seleccione .Magnitud A continuación, seleccione en el menú para superponer las especificaciones del filtro en el trazado de respuesta.Máscara de especificaciónVista

La respuesta de magnitud del filtro con máscara de especificación se muestra a continuación:

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 Visualización, puede hacer clic en cualquier punto del trazado para agregar 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.

Optimización del diseño

Para minimizar el costo de implementación del filtro, intentaremos reducir el número de coeficientes utilizando la opción en el panel de diseño.Pedido mínimo

Cambie la selección en la región de diseño y deje los demás parámetros tal como están.Orden de filtroPedido mínimo

Haga clic en el botón para diseñar el nuevo filtro.Filtro de diseño

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

Cambio de los 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 .Guardar como predeterminado Para restaurar los valores predeterminados definidos por MATLAB, haga clic en .Restaurar valores predeterminados originales

Exportación del filtro

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

  • Espacio de trabajo de MATLAB

  • MAT-archivo

  • Archivo de texto

Seleccione en el menú.exportarArchivo

Cuando elige exportar al espacio de trabajo de MATLAB o a un archivo MAT, puede exportar el filtro como coeficientes. Si hay disponible un cuadro de herramientas de DSP System Toolbox™ también puede exportar el filtro como un objeto System.

Generación de 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 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 MATLAB.Generar código MATLABArchivoFunción de diseño del filtro

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

Cuantificación de un filtro

Si tiene instalada la caja de herramientas del sistema DSP™, el panel está disponible en la barra lateral:Establecer parámetros de cuantificación

Puede utilizar este panel para cuantificar y analizar filtros de doble precisión. Con DSP System Toolbox puede cuantificar de doble precisión a precisión única. Si tiene el Diseñador de punto fijo, puede cuantificar los filtros con precisión de punto fijo. Tenga en cuenta que no puede mezclar la 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 XILINX (COE) (con LA caja de herramientas del sistema DSP) y VHDL, Verilog junto con bancos de pruebas (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 bloques equivalentes para el filtroDSP System Toolbox

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

  • - Genera código sinisizable vhdL o Verilog para filtros de punto fijoFilter Design HDL Coder

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