数字滤波器与模拟滤波
器设计比较
-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
目录
摘要................................................................................................................................................. I ABSTRACT .................................................................................................................................... II 1绪论.. (1)
滤波器的应用 (1)
滤波器的发展现状 (1)
2 模拟滤波器设计 (3)
低通滤波器设计 (3)
巴特沃思型低通滤波器设计 (3)
切比雪夫型低通滤波器设计 (5)
高通滤波器设计 (8)
巴特沃思型高通滤波器设计 (8)
带通滤波器设计 (10)
切比雪夫型带通滤波器设计 (13)
带阻滤波器设计 (15)
巴特沃思型带阻滤波器设计 (16)
3 数字滤波器设计 (19)
数字滤波器概述 (19)
数字滤波器的基本结构 (21)
数字滤波器的设计原理 (24)
有限冲激响应滤波器设计 (25)
无限冲激响应滤波器设计 (27)
4 模拟滤波器与数字滤波器比较 (28)
模拟滤波器和数字滤波器优缺点 (28)
模拟滤波器与数字滤波器比较 (28)
结束语 (31)
致谢 (32)
参考文献 (33)
数字滤波器与模拟滤波器设计比较
摘要
模拟滤波器的设计方法已经比较成熟，在实际电路应用中常用于滤波精度不是很高的场合。模拟滤波器所要解决的主要问题是怎样设计出比较准确的截止频率和通频带。当一个混合信号通过模拟滤波器时，在滤波器通频带内的信号如何能够完整通过。上述的问题可以以模拟滤波器的归一化标准设计数据为基础来设计，设计中主要是对滤波器截止频率和特征阻抗的变换。模拟滤波器的归一化设计法比较简单，但截止频率特性与理想滤波器还是有一些偏差。数字滤波器的设计主要是解决如何获得离散的时间系统函数，要解决此问题可以采用脉冲响应不变法和窗函数法。用窗函数法设计的数字滤波器的相位特性要比脉冲响应不变法好些，而采用脉冲响应不变法可能会造成数字滤波器频率响应的失真。
关键词数字滤波器/模拟滤波器/截止频率/窗函数
DIGITAL FILTER ANALOG FILTER DESIGN AND
COMPARISON
ABSTRACT
Analog filter design method is relatively mature,often used in the actual circuit application filtering accuracy is not high occasions.Analog filter main problem to be solved is how to design a more accurate cutoff frequency and passband.When a mixed-signal through the analog filter,the filter passband signal how to complete pass.These problems can be an analog filter, the normalized standard design data as a basis for the design, the design of the filter is mainly cutoff frequency and characteristic impedance transformation.The normalized analog filter design method is relatively simple, but the ideal filter cutoff frequency characteristics and there are some deviations.Digital filter design is to solve how to obtain a discrete-time system function can be used to solve this problem impulse response method and the window function method.With a window function design phase characteristics of the digital filter method better than the impulse response,while the use of impulse response method may cause distortion of the frequency response of the digital filter.
KEY WORDS Digital filter，Analog filter，Cutoff frequency，Window function
1 绪论
滤波器的应用
滤波器顾名思义，就是能够滤除波动及噪声的一种工具。在电路中滤波器可以用来提取混合信号中的有用信息和抑制无用信息，然而对于消除信号噪声的方法最基础的就是滤波技术。不同的滤波器其滤波特性也不会完全一样，而滤除的噪声也不尽相同。当选择使用低通滤波器时，信号的频率应该小于滤波器的截止频率。如果选择使用滤波器时，噪声的频率低于信号的频率就使用高通滤波器。当选择使用带通滤波器时，这时噪声的频率就应该满足既有低于信号频率的成分又有高于信号频率的成分。当要使用带阻滤波器时，噪声频率应该包含在信号频率的某个范围内。滤波器包含数字滤波器与模拟滤波器两种类型，在滤波器的应用中数字滤波器主要用于语音处理，消除信号噪声，电视制造技术，提取不同频带的信号。而模拟滤波器的作用主要有衰减特定频率的信号，去除信号噪声，在模数转换器前起到抗混叠，在模数转换器后起到平滑波形的作用。另外在测试系统和专用仪器仪表的使用中模拟滤波器则是一种重要的的变换装置[1]。通常收音机的选频装置中就使用了带宽不变的带通滤波器，这样滤波器便在每一个频率段中的频率分辨率力都可以达到相应的指标。通常情况下滤波器的分辨力与带宽是成反比的，当要提高滤波器的分辨力时频带宽度就会变窄。这时如果要所有频率的范围都被包含在整个检测范围内，就要使用更多的滤波器。
滤波器的发展现状
美国与德国的科学家在1917年各自发明出LC滤波器，在1918年导致在美国获得第一个多路复用器系统，1950年以来无源滤波器技术逐渐的成熟完善。1960年以来,由于计算机技术的发展，集成的流程和材料工业得到快速发展，滤波器发展到一个新的水平，向低能耗、高精度、小尺寸、多功能、可靠稳定、廉价的方向发展，体积小，多功能，高精度，稳定和可靠的特点是1970年之后主要的方向[2]。发展较快的有RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移滤波器，在1976年左右，单片集成的几个滤波器已经被开发出来并应用[3]。在1980年以来，人们对新型滤波器进行研究，目的是提高滤波器性能并逐步扩大应用。1990年以来，人们侧重于各种类型的滤波器用于研究和开发各种产品。
东北大学 研究生考试试卷 考试科目： 课程编号： 阅卷人: 考试日期： 姓名：xl 学号： 注意事项 1.考前研究生将上述项目填写清楚. 2.字迹要清楚,保持卷面清洁. 3.交卷时请将本试卷和题签一起上交. 4.课程考试后二周内授课教师完成评卷工作,公共课成绩单与试卷交研究生院培养办公室, 专业课成绩单与试卷交各学院,各学院把成绩单交研究生院培养办公室. 东北大学研究生院培养办公室
数字滤波器设计 技术指标： 通带最大衰减： =3dB ， 通带边界频率： ＝100Hz 阻带最小衰减： ＝20dB 阻带边界频率： ＝200Hz 采样频率：Fs=200Hz 目标： 1、根据性能指标设计一个巴特沃斯低通模拟滤波器。 2、通过双线性变换将该模拟滤波器转变为数字滤波器。 原理： 一、模拟滤波器设计 每一个滤波器的频率范围将直接取决于应用目的，因此必然是千差万别。为了使设计规范化，需要将滤波器的频率参数作归一化处理。设所给的实际频 率为Ω（或f ），归一化后的频率为λ，对低通模拟滤波器令λ＝p ΩΩ/，则1 =p λ， p s s ΩΩ=/λ。令归一化复数变量为p ，λj p =，则p p s j j p Ω=ΩΩ==//λ。所以巴 特沃思模拟低通滤波器的设计可按以下三个步骤来进行。 (1)将实际频率Ω规一化 (2)求Ωc 和N 11010/2-=P C α s p s N λααlg 1 10 110lg 10 /10/--= 这样Ωc 和N 可求。 p x fp s x s f
根据滤波器设计要求＝3dB ，则C ＝1，这样巴特沃思滤波器的设计就只剩一个参数N ，这时 N p N j G 222 )/(11 11)(ΩΩ+= += λλ (3)确定)(s G 因为λj p =，根据上面公式有 N N N p j p p G p G 22)1(11 )/(11)()(-+= += - 由 0)1(12=-+N N p 解得 )221 2exp(πN N k j p k -+=，k ＝1，2， (2) 这样可得 1 )21 2cos(21 ) )((1 )(21+-+-= --= -+πN N k p p p p p p p G k N k k 求得)(p G 后，用p s Ω/代替变量p ，即得实际需要得)(s G 。 二、双线性变换法 双线性变换法是将s 平面压缩变换到某一中介1s 平面的一条横带里，再通过标准变换关系)*1exp(T s z =将此带变换到整个z 平面上去，这样就使s 平面与z 平面之间建立一一对应的单值关系，消除了多值变换性。 为了将s 平面的Ωj 轴压缩到1s 平面的1Ωj 轴上的pi -到pi 一段上，可以通过以下的正切变换来实现： )21 tan(21T T Ω= Ω 这样当1Ω由T pi -经0变化到T pi 时，Ω由∞-经过0变化到∞+，也映射到了整个Ωj 轴。将这个关系延拓到整个s 平面和1s 平面，则可以得到
（科信学院） 信息与电气工程学院 电子电路仿真及设计CDIO三级项目 设计说明书 （2012/2013学年第二学期） 题目： ____低通滤波器设计____ _____ _____ _ 专业班级：通信工程 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计周数：2周 2013年7月5日 题目： ____低通滤波器设计____ _____ _____ _ (1)
第一章、电源的设计 (2) 1.1实验原理： (2) 1.1.1设计原理连接图： (2) 1. 2电路图 (5) 第二章、振荡器的设计 (7) 2.1 实验原理 (7) 2.1.1 (7) 2.1.2定性分析 (7) 2.1.3定量分析 (8) 2.2电路参数确定 (10) 2.2.1确定R、C值 (10) 2.2.2 电路图 (10) 第三章、低通滤波器的设计 (12) 3.1芯片介绍 (12) 3.2巴特沃斯滤波器简介 (13) 3.2.1滤波器简介 (13) 3.2.2巴特沃斯滤波器的产生 (13) 3.2.3常用滤波器的性能指标 (14) 3.2.4实际滤波器的频率特性 (15) 3.3设计方案 (17) 3.3.1系统方案框图 (17) 3.3.2元件参数选择 (18) 3.4结果分析 (20) 3.5误差分析 (23) 第四章、课设总结 (24) 第一章、电源的设计 1.1实验原理： 1.1.1设计原理连接图：
整体电路由以下四部分构成： 电源变压器：将交流电网电压U1变为合适的交流电压U2。 整流电路：将交流电压U2变为脉动的直流电压U3。 滤波电路：将脉动直流电压U3转变为平滑的直流电压U4。 稳压电路：当电网电压波动及负载变化时,保持输出电压Uo的稳定。 1）变压器变压 220V交流电端子连一个降压变压器，把220V家用电压值降到9V左右。 2）整流电路 桥式整流电路巧妙的利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器次级电压的极性分别导通。见变压器次级电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载的电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。单项桥式整流电路，具有输出电压高，变压器利用率高，脉动系数小。
变换模拟滤波器为数字滤波器的设计 摘要：经过研究AF(模拟滤波器)和DF(数字滤波器)的设计，根据差分近似微分，推导出一种将模拟滤波器设计为数字滤波器的变换方法，并用双线性变换来实现这个设计，结果表明该方法具有结构简单，精确和易于实现的优点。 关键字：模拟滤波器；数字滤波器；双线性变换 Abstract: through research AF (simulation filter) and DF (digital filters) the design, according to difference approximate differential is deduced, and a simulation for digital filters filter the transform method, double linear transformation and to achieve the design, and the results show that the method is simple in structure, accurate and easy to realize advantages. Key word: simulation filter; Digital filter; Double linear transformation 0.引言 数字滤波器是数字信号处理所需要的一种重要方法，它可以在各种各样交织的信号里提取我们所需要的有用信号，从而虑除掉干扰信号、噪声信号以及其他不需要的信号[4]。数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。 1.设计原理 应用模拟滤波器设计数字滤波器时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换，由于一个模拟系统可以用微分方程来表示，所以先微分方程进行拉氏变换，求出相应的系统函数，然后对原微分方程进行采样，而数字滤波器输入信号的抽样频率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，最后利用公式将转化成，通过相应的数字频率和模拟频率之间的关系式进行频率转换，从而完成由AF设计DF[2]。设计流程图如下： 2.应用实例 为了设计出满足要求的高通滤波器，这里分别设计了模拟滤波器和数字滤波器，并且比较幅频响应特性，来验证该变换方法是否满足基本要求，具体的方法
谢谢观赏 数字图像处理试验报告 实验二：数字图像的空间滤波和频域滤波 姓名：XX学号：2XXXXXXX 实验日期：2017 年4 月26 日 1.实验目的 1. 掌握图像滤波的基本定义及目的。 2. 理解空间域滤波的基本原理及方法。 3. 掌握进行图像的空域滤波的方法。 4. 掌握傅立叶变换及逆变换的基本原理方法。 5. 理解频域滤波的基本原理及方法。 6. 掌握进行图像的频域滤波的方法。 2.实验内容与要求 1. 平滑空间滤波： 1) 读出一幅图像，给这幅图像分别加入椒盐噪声和高斯噪声后并与前一张图显示在同一 图像窗口中。 2) 对加入噪声图像选用不同的平滑（低通）模板做运算，对比不同模板所形成的效果，要 求在同一窗口中显示。 3) 使用函数 imfilter 时，分别采用不同的填充方法（或边界选项，如零填 充、’replicate’、’symmetric’、’circular’）进行低通滤波，显示处理后的图 像。 4) 运用 for 循环，将加有椒盐噪声的图像进行 10 次，20 次均值滤波，查看其特点, 显 示均值处理后的图像（提示:利用fspecial 函数的’average’类型生成均值滤波器）。 5) 对加入椒盐噪声的图像分别采用均值滤波法，和中值滤波法对有噪声的图像做处理，要 求在同一窗口中显示结果。 6) 自己设计平滑空间滤波器，并将其对噪声图像进行处理，显示处理后的图像。 2. 锐化空间滤波 1) 读出一幅图像，采用3×3 的拉普拉斯算子 w = [ 1, 1, 1; 1 – 8 1; 1, 1, 1] 对其进行滤波。 2) 编写函数w = genlaplacian(n)，自动产生任一奇数尺寸n 的拉普拉斯算子，如5 ×5的拉普拉斯算子 w = [ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -24 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] 3) 分别采用5×5，9×9，15×15和25×25大小的拉普拉斯算子对blurry_moon.tif 谢谢观赏
目录 摘要................................................................................................................................................. I ABSTRACT.............................................................................................................................. II 1绪论 (1) 1.1 滤波器的应用 (1) 1.2滤波器的发展现状 (1) 2模拟滤波器设计 (3) 2.1低通滤波器设计 (3) 2.1.1巴特沃思型低通滤波器设计 (3) 2.1.2切比雪夫型低通滤波器设计 (5) 2.2高通滤波器设计 (8) 2.2.1巴特沃思型高通滤波器设计 (8) 2.3带通滤波器设计 (10) 2.3.1切比雪夫型带通滤波器设计 (13) 2.4 带阻滤波器设计 (15) 2.4.1巴特沃思型带阻滤波器设计 (16) 3数字滤波器设计 (19) 3.1数字滤波器概述 (20) 3.1.1数字滤波器的基本结构 (21) 3.1.2数字滤波器的设计原理 (24) 3.2有限冲激响应滤波器设计 (25) 3.3无限冲激响应滤波器设计 (27) 4模拟滤波器与数字滤波器比较 (28) 4.1模拟滤波器和数字滤波器优缺点 (28) 4.2模拟滤波器与数字滤波器比较 (28)
常见几款的无源滤波电路 无源滤波器缺点：带负载能力差，无放大作用，特性不理想边沿不陡峭，各级互相影响。 RC滤波1，C值的选取：C不能选的太小，否则负载电容对滤波电路的影响很大，一般IC的输入电容往往有l~lOpF的输入电容。C值选的太大，则会影响滤波电路的高频特性，因为大电容的高频特性一般都不好。 2，R值的选取：R值过小会加大电源的负载，R值过大则会消耗较多的能量。 RC滤波电路的最大缺陷就是他不仅消耗我们希望抑制的信号能量，而目也消耗我们希望保留的信号能量。另外由于受电容高频特性的限制也不能用在太高频的场合，例如数MHz 以上需要用LC滤波器。 1. 电容滤波电路 电容滤波电路 分析电容滤波电路工作原理时，主要是用到了电容器的隔直通交特性和储能特性。前面整流电路输出的脉动性直流电压可分解成一个直流电压和一组频率不同的交流电，交流电压部分就会从电容器流过到地，而直流电压部分却因电容器的通交隔直特性而不能接地才流到下一级电路。这样电容器就把原单向脉动性直流电压中的交流部分的滤去掉了。 另外电容滤波电路也可以用电容储能特性来解释，当单向脉动直流电压处于高峰值时电容就充电，而当处于低峰值电压时就放电，这样把高峰值电压存储起来到低峰值电压处再释放。把高低不平的单向脉动性直流电压转换成比较平滑的直流电压。 滤波电容的容量通常比较大，并且往往是整机电路中容量最大的一只电容器。滤波电容的容量大，滤波效果好。电容滤波电路是各种滤波电路中最常用一种。 电源滤波电容如何选取，掌握其精髓与方法，其实也不难。 1）理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少（1/jwc），但由于电容两端引脚的电感效应，这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路，自谐振频率即器件的SFR参数，这表示频率大于SFR值时，电容变成了一个电感，如果电容对地滤波，当频率超出FSR后，对
实验三滤波器设计 一、实验目的： 1、熟悉Labview的软件操作环境； 2、了解VI设计的方法和步骤，学会简单的虚拟仪器的设计； 3、熟悉创建、调试VI； 4、利用Labview制作一个滤波器，实现低通、高通、带通、带阻等基本滤波功能，并调节截止频率实现滤波效果。 二、实验要求： 1、可正弦实现低通、高通、带通、带阻等基本滤波功能，并图形显示滤波前后波形； 2、可调节每种滤波器的上限截止频率或者下限截止频率； 3、给出每种滤波器的幅频特性； 三、设计原理: 1、利用LABVIEW中的数字IIR、FIR数字滤波器实现数字滤波功能，参数可调；
2、将两路不同频率的信号先叠加，然后通过滤波，将一路信号滤除，而保留有用信号，Hz f Hz f 100,2021==； 3、叠加即将两个信号相加，用到一个数学公式； 4、信号进入case 结构，结构中有两路分支，每路分支均有一个滤波模块，其中一个为IIR 滤波器，另一个为FIR 滤波器，通过按钮可选择IIR 或是FIR.每个滤波模块都可通过外部按钮对其参数进行调整，各个过程的波形都用波形图显示出来； 5、将IIR 、FIR 滤波器的“滤波信息”接线端用控件按名称解除捆绑接入波形图，观察波形的幅度和相位； 6、用一个while 循环实现不重新启动既可以改参数。 四、设计流程： 1、前面板的设计：
2、程序框图的设计： 五、实验结果： 1、低通滤波功能：将100Hz的信号滤除，保留20Hz的信号 用IIR巴特沃斯滤波器，将低截止频率设置为25Hz。
用FIR滤波器，拓扑类型选择Windowed FIR，将最低通带设置为50。 用IIR巴特沃斯滤波器，将低截止频率设置为90Hz。
经典 无源低通滤波器的设计
团队：梦知队 团结奋进，求知创新，追求卓越，放飞梦想 队员： 日期：2010.12.10 目录 第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建 (3) 1.1理论分析 (3) 1.2电路组成 (4) 1.3一阶无源RC低通滤波电路性能测试 (5) 1.3.1正弦信号源仿真与实测 (5) 1.3.2三角信号源仿真与实测 (10) 1.3.3方波信号源仿真与实测 (15) 第二章二阶无源LC低通滤波电路的构建 (21) 2.1理论分析 (21) 2.2电路组成 (22) 2.3二阶无源LC带通滤波电路性能测试 (23) 2.3.1正弦信号源仿真与实测 (23) 2.3.2三角信号源仿真与实测 (28)
2.3.3方波信号源仿真与实测 (33) 第三章结论与误差分析 (39) 3.1结论 (39) 3.2误差分析 (40) 第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建1.1理论分析 滤波器是频率选择电路，只允许输入信号中的某些频率成分通过，而阻止其他频率成分到达输出端。也就是所有的频率成分中，只是选中的部分经过滤波器到达输出端。 低通滤波器是允许输入信号中较低频率的分量通过而阻止较高频率的分量。 图1RC低通滤波器基本原理图 当输入是直流时，输出电压等于输入电压，因为Xc无限大。当输入
频率增加时，Xc减小，也导致Vout逐渐减小，直到Xc=R。此时的频率为滤波器的特征频率fc。 解出，得： 在任何频率下，应用分压公式可得输出电压大小为： 因为在＝时，Xc=R，特征频率下的输出电压用分压公式可以表述为： 这些计算说明当Xc=R时，输出为输入的70.7%。按照定义，此时的频率称为特征频率。 1.2电路组成
低通滤波器设计实验报 告 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
低通滤波器设计 一、设计目的 1、学习对二阶有源RC 滤波器电路的设计与分析； 2、练习使用软件ORCAD （PISPICE ）绘制滤波电路； 3、掌握在ORCAD （PISPICE ）中仿真观察滤波电路的幅频特性与相频特性曲线 。 二、设计指标 1、设计低通滤波器截止频率为W=2*10^5rad/s; 2、品质因数Q=1/2; 三、设计步骤 1、考虑到原件分散性对整个电路灵敏度的影响，我们选择 R1=R2=R,C1=C2=C ，来减少原件分散性带来的问题； 2、考虑到电容种类比较少，我们先选择电容的值，选择电容 C=1nF; 3、由给定的Wp 值,求出R 12121C C R R Wp ==RC 1=2*10^5 解得：R=5K? 4、根据给定的Q ，求解K Q=2121C C R R /K)RC -(1+r2)C1+(R1= K -31 解得：K=3-Q 1= 5、根据求出K 值，确定Ra 与Rb 的值
Ra=2 K=1+ Rb Ra=Rb 这里取 Ra=Rb=10K?; 四、电路仿真 1、电路仿真图： 2、低通滤波器幅频特性曲线 3、低通滤波器相频特性曲线 注：改变电容的值：当C1=C2=C=10nF时 低通滤波器幅频特性曲线 低通滤波器相频特性曲线 五、参数分析 1、从幅频特性图看出：该低通滤波器的截止频率大约33KHz, 而我们指标要求设计截止频率 f= Wp/2?= 存在明显误差； 2、从幅频特性曲线看出，在截至频率附近出现凸起情况,这是二阶滤波器所特有的特性； 3、从相频特性曲线看出，该低通滤波器的相频特性相比比较好。 4、改变电容电阻的值，发现幅频特性曲线稍有不同，因此，我们在设计高精度低误差的滤波器时一定要注意原件参数的选择。 六、设计心得:
%IIR滤波器设计 %首先确定 %通带和阻带截止频率Wp Ws rad/s此截至频率对应下面的最大衰减与最小衰减，不要与三分贝点弄混了 %通带最大衰减与阻带最小衰减Rp Rs dB %现在设计通带截止频率10HZ通带最大衰减2dB阻带截止频率20HZ阻带最小衰减12dB的 %模拟滤波器然后将其转化为一个数字滤波器 %转化分为两种方法 %1.脉冲响应不变该法设计出的滤波器幅频特性更接近于模拟滤波器 %2.双线性法抗混叠性能更好 fp=10;fs=20; Rp=2;Rs=12; Wp=2*pi*fp;Ws=2*pi*fs; [N,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s')%注意此时为模拟滤波器 fn=Wn/(2*pi); [z0,p0,k0]=buttap(N);%注意此时是归一化的buttord %相当于去归一化以Wn做因子进行扩展 z0=Wn*z0;%零点 p0=Wn*p0;%极点 k0=Wn^N*k0;%增益 b=real(poly(z0)); b=b*k0; a=real(poly(p0));%a为直接分母系数，b为直接分子系数 [H,w]=freqs(b,a);%系统频率特性 f=w./(2*pi); figure(1) subplot(311) plot(f,20*log10(abs(H)/max(abs(H)))); title('幅频特性曲线'); xlabel('f:HZ');ylabel('abs(H)/max(abs(H)'); grid %脉冲响应不变法 %数字频率转化即为模拟频率在折叠频率内的归一化 %通带和阻带截止频率Wp Ws rad/s %Wn为3dB截止频率 d1Wp=Wp/100; d1Ws=Ws/100; w1n=Wn/100; %脉冲响应不变
DSP 设计滤波器报告 姓名：张胜男 班级：07级电信（1）班 学号：078319120 一·低通滤波器的设计 （一）实验目的：掌握IIR 数字低通滤波器的设计方法。 （二）实验原理： 1、滤波器的分类 滤波器分两大类：经典滤波器和现代滤波器。 经典滤波器是假定输入信号)(n x 中的有用成分和希望取出的成分各自占有不同的频带。这样，当)(n x 通过一个线性系统（即滤波器）后可讲欲去除的成分有效的去除。 现代滤波器理论研究的主要内容是从含有噪声的数据记录（又称时间序列）中估计出信号的某些特征或信号本身。 经典滤波器分为低通、高通、带通、带阻滤波器。每一种又有模拟滤波器（AF ）和数字滤波器（DF ）。对数字滤波器，又有IIR 滤波器和FIR 滤波器。 IIR DF 的转移函数是： ∑∑=-=-+==N k k k M r r r z a z b z X z Y z H 10 1)()()( FIR DF 的转移函数是： ∑-=-=10)()(N n n z n h z H FIR 滤波器可以对给定的频率特性直接进行设计，而IIR 滤波器目前最通用的方法是利用已经很成熟的模拟滤波器的设计方法进行设计。 2、滤波器的技术要求 低通滤波器： p ω：通带截止频率（又称通带上限频率） s ω：阻带下限截止频率 p α：通带允许的最大衰减 s α：阻带允许的最小衰减 （p α，s α的单位dB ） p Ω：通带上限角频率 s Ω：阻带下限角频率 （s p p T ω=Ω，s s s T ω=Ω）即 C p p F ωπ2=Ω C s s F ωπ2=Ω 3、IIR 数字滤波器的设计步骤：
有源滤波器实验报告文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
实验七集成运算放大器的基本应用(Ⅱ)—有源滤波器 一、实验目的 1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实验原理 （a）低通（b）高通 (c) 带通（d）带阻 图7－1 四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图7－1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。 1、低通滤波器（LPF） 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图7－2（a ）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC 滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图7－2（b ）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。 (a)电路图 (b)频率特性 图7－2 二阶低通滤波器 电路性能参数 1 f uP R R 1A + = 二阶低通滤波器的通带增益 RC 2π1 f O = 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 uP A 31 Q -= 品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 2、高通滤波器（HPF ） 与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。 只要将图7－2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图7－3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH 分析方法，不难求得HPF 的幅频特性。
MATLAB模拟与仿真数字低通滤波器 电子信息科学与技术专业学生田莎莎 指导老师孙红艳 摘要：数字滤波器因其具有精度高、可靠性好、灵活性大等优点而在工程上应用相当广泛。而MATLAB语言具有编程效率高，调试手段丰富，扩充能力强等特点，因此用MATLAB设计数字低通滤波器更方便。本文首先介绍了MA TLAB的发展、特点和主要功能，其次介绍了FIR滤波器原理、滤波器类型，IIR滤波器原理、经典设计方法。最后介绍了FIR和IIR滤波器的MA TLAB仿真。关键词：数字低通滤波器；数字滤波器；FIR；IIR；MA TLAB Simulation and Design of Low Pass Filter Based On MATLAB Student majoring in Electronic Information Science and Technology Tian Sha-sha Tutor Sun Hong-yan Abstract：The digital filter is quite extensive in engineering application because of its high precision, good reliability and flexibility. MATLAB is a kind of language which facing the science and engineering calculation. Its characteristic is high efficiency, commissioning means programming rich, strong ability to extend and so on.Therefor ,it is convenient to design the digital low pass filter based on MATLAB.This paper introduces finite impulse response digital filter (FIR) and infinite impulse response digital filter (IIR) respectively.It mainly introduces that the FIR digital filter types and MA TLAB programming design,IIR digital filter theory and simulation using MA TLAB. Key words: low pass digital filter；digital filter；FIR；IIR；MATLAB 引言当代信息技术正向着数字化、网络化和智能化的大趋势发展，而数字化是网络化和智能化的基础，实际生活中遇到的信号多种多样，例如控制信号、气象信号、生物医学信号、地震勘探信号、遥感遥测信号、机械振动信号、广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号，等等。上述这些信号大部分是模拟信号，也有小部分是数字信号。模拟信号是自变量连续的函数，自变量可以是一维的，也可以是二维或多维的。绝大多数情况下一维模拟信号的自变量是时间，通过时间上的离散化(采样)和幅度上的离散化(量化)，这类模拟信号就称为一维数字信号。因此，实际上用数字序列表示的信号就是数字信号，语音信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个一维离散时间序列；而图像信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个二维离散空间序列。数字信号处理，就是用数值计算的方法对数字序列进行各种处理，把信号变
实验七 集成运算放大器的基本应用(n )—有源滤波器 一、 实验目的 i 熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、 实验原理 (a )低通 (b )高通 (c)带通 (d )带阻 图7—1四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC 元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC 有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过， 抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。 可用在信息处理、数据传输、 抑制干扰等方面，但因受运算放 大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通 (LPF)、高通 (HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图 7— 1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的， 只能用实际的幅频特性去逼近理想的。 一般来说，滤波 器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高 ，幅频特性衰减的速率越快，但 RC 网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶 RC 有 滤波器级联实现。 1、低通滤波器(LPF ) 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号 如图7— 2 (a )所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级 RC 滤波环节与同相比例运算电路 组成，其中第一级电容 C 接至输出端，弓I 入适量的正反馈，以改善幅频特性。图 7—2 (b )为二阶低 通滤波器幅频特性曲线。 (a) 电路图 图7—2二阶低通滤波器 电路性能参数 ―1奈二阶低通滤波器的通带增益 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 (b)频率特性 1 2 T RC
数字信号课程设计 课程名称数字信号处理课程设计 实验项目模拟滤波器设计演示的软件实现实验仪器计算机 学院/系别通信工程 班级/学号 学生姓名 实验日期 成绩 指导教师
题目四模拟滤波器设计演示的软件实现 一．设计目的 ①熟悉和巩固模拟滤波器的设计方法和原理； ②熟练掌握MATLAB工具软件在工程设计中的使用； ③熟练掌握模拟滤波器的设计及由ALPF到各型模拟滤波器的幅频特性对比。二．设计内容 ①动态演示由ALPF到模拟各型滤波器幅度特性曲线； ②分析并说明由冲击响应不变法设计BSF和HPF加保护滤波器的必要性。 三、设计要求 ①理论分析B型ALPF的设计及由ALPF到模拟各型滤波器的设计过程； ②动态演示由ALPF到模拟各型滤波器幅度特性曲线； ③通带、过渡带和阻带分别用不同的颜色； ④分析并说明由冲击响应不变法设计BSF和HPF加保护滤波器的必要性。 四、实验仪器 计算机1台，安装MATLAB软件 五、实验步骤 ①设计过程详见教材相关内容； ②使用巴特沃斯滤波器，其阶数N应该根据实际参数计算（计算公式和方法如教材所述），为方便作图，这里指定阶数为N=5，并假定通带截止频率ωp=1rad，阻带截止频ωs=2 rad，； ③分别用不同颜色曲线绘制通带、过渡带和阻带。要求根据变换关系动态 演示低通滤波器和目标滤波器的幅度特性。 ④简要说明采用冲击响应不变法对AHPF和ABSF数字化时保护滤波器的作用。
摘要 MATLAB是“矩阵实验室”（MATrix LABoratoy）的缩写，是一种科学计算软件，主要适用于矩阵运算及控制和信息处理领域的分析设计，它使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富。 本课题在设计模拟滤波器的过程中，首先对设计的原理及方法做了非常详细的分析，特别是在设计高通滤波器的过程中，利用现有低通滤波器的系统函数，在经过简单的转化之后，可以直接设计出这种滤波器，但在实际手工计算中特别麻烦，所以本实验全是利用MATLAB的中设计滤波器专用工具箱，在对低通的技术指标确定之后，通过调用buttord、butter等函数，实现了对巴特沃斯模拟低通滤波器的设计，通过调用lp2hp、lp2bp、lp2bs等函数实现了从模拟低通到高通的转化，并对图形做了对比分析 关键词：MATLAB；滤波器；巴特沃斯；系统函数
数字滤波器与模拟滤波 器设计比较 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
目录 摘要................................................................................................................................................. I ABSTRACT .................................................................................................................................... II 1绪论.. (1) 滤波器的应用 (1) 滤波器的发展现状 (1) 2 模拟滤波器设计 (3) 低通滤波器设计 (3) 巴特沃思型低通滤波器设计 (3) 切比雪夫型低通滤波器设计 (5) 高通滤波器设计 (8) 巴特沃思型高通滤波器设计 (8) 带通滤波器设计 (10) 切比雪夫型带通滤波器设计 (13) 带阻滤波器设计 (15) 巴特沃思型带阻滤波器设计 (16) 3 数字滤波器设计 (19) 数字滤波器概述 (19) 数字滤波器的基本结构 (21) 数字滤波器的设计原理 (24) 有限冲激响应滤波器设计 (25) 无限冲激响应滤波器设计 (27) 4 模拟滤波器与数字滤波器比较 (28) 模拟滤波器和数字滤波器优缺点 (28) 模拟滤波器与数字滤波器比较 (28)
长沙学院 模电课程设计说明书 题目 系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 姓名 学号 指导教师 起止日期
数字电子技术课程设计任务书(11)系（部）：电子与通信工程系专业：电子信息工程
长沙学院课程设计鉴定表
目录 一．无源滤波器的简介 (5) 1.无源滤波器定义 (5) 2.无源滤波器的优点 (5) 3.滤波器的分类 (5) 4.无源滤波器的发展历程 (5) 二．无源滤波器的工作原理与电路与电路分析 (6) 1.工作原理 (6) 2.电路分析 (7) 三．设计思路及电路仿真 (11) 1.无源低通滤波器 (11) 2.无源高通滤波器 (11) 3.无源带通滤波器 (12) 4.无源带阻滤波器 (13) 四．设计心得与体会 (15) 五．参考文献 (15)
一．无源滤波器的简介 1.无源滤波器定义 无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。 2.无源滤波器的优点 无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是应用广泛的被动谐波治理方法。 3.滤波器的分类 ⑴按所处理的信号 按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。 ⑵按所通过信号的频段 按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器：它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。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。 带通滤波器：它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。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。 ⑶按照阶数来分 通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。 4.无源滤波器的发展历程 （1）1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。 （2）20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。 （3）自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展； （4）到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。 （5）80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。 （6）90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。 当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。
1 课程设计目的 1．掌握有源滤波器和无源滤波器设计方法和过程。 2．要求设计一个有源二阶的低通滤波器，其设计指标为：最高截止频率为2KHz ，通带电压放大倍数为2，在频率为10KHz 时，幅度衰减大于30dB 。 3．熟练运用仿真软件（workbench 或multisim ）设计和仿真电路。 4．对其设计电路进行仿真并利用相应元件搭建电路。 5．结合现有仪器仪表进行系统调试。 6．掌握理论联系实践的方法。 2 课程设计实施 2.1 设计任务及要求 要求设计一个有源二阶的低通滤波器，其设计指标为：最高截止频率为2KHz ，通带电压放大倍数为2，在频率为10KHz 时，幅度衰减大于30dB 。 2.2 滤波器的设计原理及元器件的选择 2.2.1 滤波器介绍 滤波器是一种能使有用信号通过，滤除信号中的无用频率，即抑制无用信号的电子装置。有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。 低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零，但实际滤波器不能达到理想要求。为了寻找最佳的近似理想特性，一般主要考虑滤波器的幅频响应，而不考虑相频响应，一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。 滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC 网络节数越多，元件参数计算就会越繁琐，电路的调试越困难，任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成，而对于n 为偶数的高阶滤波器，可以由 2n 节二阶滤波器级联而成；而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1 n 节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。 2.2.2 有源滤波器的设计 有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的阶数n ，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，具体步骤如下： （1）根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n 。 （2）选择具体的电路形式。
实验7\8基于MATLAB勺数字滤波器设计实验目的：加深对数字滤波器的常用指标和设计过程的理解。 实验原理：低通滤波器的常用指标： 1 一6P 兰G(e^) ≤ 1 + 6P , for 国≤ ωP G(J") ≤ 6s, for 国s ≤ ⑷≤ ∏ 通带边缘频率：'P ,阻带边缘频率：'s， 通带起伏：J P，通带峰值起伏： C(P= —20 IOg io (^-OP )【d B 】阻带起伏.冠S PaSSband StOPband Tran Siti on band Fig 7.1 TyPiCaI magn itude SPeCifiCati On for a digital LPF :S = -20 log ιo(r)[dB 】 O 数字滤波器有IIR和FlR两种类型，它们的特点和设计方法不同。 在MATLAB^,可以用［b , a］=butter ( N,Wr)等函数辅助设计IIR数字滤波器，也可以用b=fir1(N,Wn, 'type ')等函数辅助设计FIR数字滤波器。 实验内容：利用MATLAB编程设计一个数字带通滤波器，指标要求如下： 通带边缘频率：??P1=0.45^,?? P2=0?65 二，通带峰值起伏：［dB】O 阻带边缘频率：'s1 0.3…,'s2 0.75…，最小阻带衰减：-S 4°[dB] O 分别用IIR和FlR两种数字滤波器类型进行设计。 实验要求：给出IIR数字滤波器参数和FIR数字滤波器的冲激响应，绘出它们的幅度和相位频响曲线，讨论它们各自的实现形式和特点。 实验内容： IRR代码： wp=[0.45*pi,0.65*pi]; ws=[0.3*pi,0.75*pi]; Ap=1; A S=40; [N,Wc]=buttord(wp∕pi,ws∕pi,Ap,As); [b,a]=butter(N,Wc)%[b,a] = butter( n, Wn,'ftype') 最小阻带衰减:
本科生毕业论文设计 题目模拟低通滤波器转换为数字高通滤波器 作者姓名刘金星 指导教师于红 所在学院职业技术学院 专业（系）应用电子技术教育 班级（届） 2013届 完成日期 2013 年月日
目录 中文摘要、关键词 (Ⅰ) 英文摘要、关键词 (Ⅱ) 第1章滤波器概述 (1) 1.1滤波器简介............... (错误！未定义书签。) 1.2我国滤波器的发展概况及现状(错误！未定义书签。) 1.3 滤波器的分类............. (错误！未定义书签。) 1.4模拟滤波器与数字滤波器比较及各自优缺点(错误！未定义书签。) 1.5设计的主要任务 (3) 第2章各种滤波器的基本特性以及作用 (6) 2.1 各种滤波器的幅频特性 (6) 2.2 各种滤波器的作用 (7) 2.2.1低通滤波器（LPF） (7) 2.2.2高通滤波器（HPF） (9) 第3章课题设计原理 (4) 3.1简单模拟低通滤波器的设计指标 (4) 3.2两种不同实现转变的设计方法简介 (4) 3.3双线性变换法的优点 (5) 第4章电路参数计算以及Matlab软件介绍 (12) 4.1电路参数的计算 (12) 4.2仿真软件MatlabR2010a的介绍与演示 (12) 第5章巴特沃斯滤波器仿真以及最终结果仿真.....（） 5.2.1巴特沃斯低通滤波器仿真(错误！未定义书签。2) 5.2.2数字高通滤波器的仿真.. (错误！未定义书签。4) 第6章总结 (17)
致谢 ....................... (错误！未定义书签。8) 参考文献 (19)