基于MATLAB环境下数字滤波器的设计毕业设计中期检查表

基于MATLAB的数字滤波器设计与仿真摘要：数字滤波器的实现是数字信号处理中的重要组成部分,设计过程较复杂,牵涉到模型逼近,指标选择,计算机仿真,性能分析及可行性分析等一系列的工作,本文从设计原理以及数学软件MA TLAB出发阐述数字滤波器的设计原理与方法。

应用MA TLAB语言设计数字滤波器时采用直接程序设计法、FDATool以及SPTool信号处理工具箱的设计方法，通过实例，给出了FIR程序设计法和使用信号处理工具箱中SPTool进行设计的仿真图形，并在MATLAB的Simulink环境下，调用所设计的FDATool滤波器进行了仿真。

关键词：MA TLAB；数字滤波器；FDATool；SPTool；Simulink；IIR；FIR；MATLAB-based Digital Filter Design and SimulationAbstract: The digital filter is one of the most significant applications of DSP. The design process is very complex involving the model approximation, parameter selection, computer simulation and performance analysis, feasibility analysis and a series of work. This article try to solve the hard problem in another way, making the benefit of the advanced software MATLAB and gives some basic MA TLAB advice to readers to help them to learn the information of using MA TLAB as a tool to design different kinds of digital filters.The design methods of direct programming, FDATool interface and SP Tool signal processing toolbox are introduced in designing digital filter with MATLAB in this article. The imulation figures are given by programming and SPTool signal processing toolbox. Further more, the designed FDA tool filter are called and simulated in SIMULINKKey words: MATLAB; Digital filter; FDATool ; SPTool ; IIR;FIR;1引言1.1数字滤波器的研究背景与意义当今，数字信号处理[1]（DSP：Digtal Signal Processing）技术正飞速发展，它不但自成一门学科，更是以不同形式影响和渗透到其他学科；它与国民经济息息相关，与国防建设紧密相连；它影响或改变着我们的生产、生活方式，因此受到人们的普遍关注。

本科毕业设计论文题目基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计与仿真专业名称电子信息工程学生姓名指导教师毕业时间2012年6月毕业一、题目基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计与仿真二、指导思想和目的要求1. 指导思想：随着信息技术的迅猛发展，数字信号处理已成为一个极其重要的学科和技术领域，在通信、语音、图像、自动控制和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。

数字滤波器是数字信号处理的一个重要的技术分支。

利用它可以在形形色色的信号中提取所需要的信号，抑制不需要的干扰或噪声。

数字滤波器根据其单位冲激响应函数的时域特性分为两种：无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。

IIR滤波器保留了模拟滤波器较好的幅度特性，设计简单有效，但这些特性是以牺牲相位特性为代价而获得的，然而现在许多数据传输、图像处理系统都越来越多的要求系统具有线性相位特性。

在这方面，FIR滤波器具有独特的优点，它可以保持严格的线性相位特性，因此越来越受到广泛的重视。

2. 目的要求：（1）介绍当今国内外关于MATLAB设计数字滤波器的设计及研究方向，熟练使用MATLAB软件并熟练运用MATLAB编程语言；（2）介绍数字滤波器的类型并着重研究FIR数字滤波器的主要设计方法：窗函数法，频率采样法，等波纹最佳逼近法。

根据不同方法的不同设计思路编出具体程序，并将其分别进行分析比较，利用Simulink进行仿真并验证；（3）经过仿真，将各种方法设计出的滤波器对指定波形滤波前后进行比较并得出有关结论。

三、进度和要求1. 3-5周查阅资料，确定方案，撰写开题报告。

2. 6-7周学习使用MATLAB软件，翻译英文资料。

3. 8-13周完成FIR数字滤波器的设计，并通过MATLAB进行仿真测试；4. 14-15周整理、完成毕业设计，并撰写论文；5. 15-16周准备及完成毕业设计答辩。

四、主要参考书及参考资料[1]高西全、丁玉美，数字信号处理。

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≤ ωPG(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SPaSSband StOPbandTran Siti onband 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：'s10.3…,'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:I -W llrreqz(b-a=SUbP-Of(211=FnagHabS(H)-P-Of(WHLmag)-x ωb e 一(->5(W))y ωb e一(-≡M 一 HamW)口≡e (--R 一 HamW)一) grid On-SUbPOf(212=PhaSeHang-e(H=P -OfWPLPhaSe=x ωb e 一(->5(W))y ωb e -(- W⅛) ≡e (-一R盘a ≡m sB )≡-x ⅛x -幅度IHaOMI≡相拉SS 5 CUS S S 0⅛口 g >酉tt 2 =R ⅛⅛⅛J ≡B ⅛O S F NJ £Q 4S S U7 CJCD S >⅛⅛≡F-RV VWPl HO∙4*prWP2H0∙6*prV V WSl H 0∙3*prws2 H0∙7*prVV =Γl w i d f h Hmin((wprwsu(ws2lwp2))>> tr_width =0.3142>> M = ceil(6.2*pi/tr_width) + 1>> M = 63>> n=[0:1:M-1];>> wc1 = (ws1+wp1)/2; wc2 = (wp2+ws2)/2; >> wc=[wc1/pi,wc2/pi];>> window= hanning(M);>> [h1,w]=freqz(window,1);>> figure(1);>> subplot(2,1,1)>> stem(window);>> axis([0 60 0 1.2]);>> grid;>> xlabel('n');>> title('Hanning 窗函数');>> subplot(2,1,2)>> plot(w/pi,20*log(abs(h1)/abs(h1(1)))); >> axis([0 1 -350 0]);>> grid;>> xlabel('w/\pi');>> ylabel('幅度(dB)');>> title('Hanning 窗函数的频谱');>> hn = fir1(M-1,wc, hanning (M));>> [h2,w]=freqz(hn,1,512);>> figure(2);>> subplot(2,1,1)>> stem(n,hn);>> axis([0 60 -0.25 0.25]);>> grid;>> xlabel('n');>> ylabel('h(n)');>> title('Hanning 窗函数的单位脉冲响应'); >> subplot(2,1,2)>> plot(w/pi,20*log(abs(h2)/abs(h2(1)))); >> grid;>> xlabel('w/\pi');>> ylabel(' 幅度(dB)');>> figure(3);>> phase=angle(h1);>> plot(phase);>> axis([1 pi -1 0]);>> xlabel('w/\pi');>> ylabel(' 线性相位');>> title('Hanning 窗函数相位特性曲线')回FiIe Edit VieW InSert TOOlS DeSktOP WindOW HeIP◎ A 聾紳⑥毘謠▼层□ Ξ∣ ■ 0M FigUre 1 Hanning 窗函数OC S I I * iHanning®函数的频谱-100-200 -300 00.1 0.2 0.3 0.40.5 0.6 0.7 08 0.9 1w/x(8P)置Q FigUre 2 口 回 耳iHanni叩窗函数相位特性曲线O I I I I I I I。

基于Matlab的IIR数字滤波器毕业论⽂摘要在现代通信系统中，由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号分析都是基于滤波器⽽进⾏的，⽽数字滤波器是通过数值运算实现滤波，具有处理精度⾼、稳定、灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器⽆法实现的特殊滤波功能。

数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即⽆限长冲激响应(IIR)数字滤波器和有限长冲激响应(FIR)数字滤波器。

实现IIR滤波器的阶次较低，所⽤的存储单元较少，效率⾼，精度⾼，⽽且能够保留⼀些模拟滤波器的优良特性，因此应⽤很⼴。

Matlab软件以矩阵运算为基础，把计算、可视化及程序设计有机融合到交互式⼯作环境中，并且为数字滤波的研究和应⽤提供了⼀个直观、⾼效、便捷的利器。

尤其是Matlab中的信号处理⼯具箱使各个领域的研究⼈员可以直观⽅便地进⾏科学研究与⼯程应⽤。

本⽂⾸先介绍了数字滤波器的概念，分类以及设计要求。

接着利⽤MATLAB函数语⾔编程，⽤信号处理图形界⾯FDATool来设计滤波器以及Sptool界⾯设计的⽅法，并⽤FDATool模拟IIR 数字滤波器处理信号。

重点设计Chebyshev I型和Chebyshev II型数字低通滤波器,并介绍最优化设计。

【关键字】 IIR 滤波器 FDATool Sptool Simulink基于Matlab的IIR数字滤波器毕业论⽂⽬录前⾔ ............................................................. １第⼀章数字滤波器 ................................................. ２第⼀节数字滤波器的概念........................................ ２第⼆节数字滤波器的分类........................................ ２第三节数字滤波器的设计要求.................................... ４第⼆章 IIR数字滤波器设计⽅法...................................... ５第⼀节 IIR数字滤波器的设计步骤................................. ５第⼆节⽤脉冲相应不变法设计IIR数字滤波器...................... ６⼀、设计原理................................................ ６⼆、脉冲响应不变法优缺点.................................... ８第三节双线性变换法设计IIR数字滤波器.......................... ９⼀、设计原理................................................ ９⼆、双线性变换法优缺点.................................... １１第三章 IIR滤波器的MATLAB设计................................... １３第⼀节 IIR数字滤波器的典型设计法............................. １４第⼆节 IIR数字滤波器的直接设计法............................. １８第三节 FDATool介绍和界⾯设计................................. ２３第四节 FDATOOL设计IIR数字滤波器............................. ２４第五节 SIMULINK 仿真IIR滤波器............................... ２６总结 ........................................................... ２９致谢 ........................................................... ３０参考⽂献........................................................ ３１结束语 .......................................................... ３２前⾔随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为当今⼀门极其重要的学科和技术领域。