毕业设计88基于MATLAB的数字滤波器的设计

浙江工业大学浙西分校信电系（毕业论文）I摘要传统的数字滤波器的设计过程复杂，计算工作量大，滤波特性调整困难，影响了它的应用。本文介绍了一种利用MATLAB信号处理工具箱（SignalProcessingToolbox）快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器的设计方法。给出了使用MATLAB语言进行程序设计和利用信号处理工具箱的FDATool工具进行界面设计的详细步骤。利用MATLAB设计滤波器，可以随时对比设计要求和滤波器特性调整参数，直观简便，极大的减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。本文还介绍了如何利用MATLAB环境下的仿真软件Simulink对所设计的滤波器进行模拟仿真。介绍了IIR数字滤波器的传统设计思想与步骤,及其计算机辅助设计方法。以一数字带通滤波器为例,着重说明了基于MATLAB的三种实现手段：模拟低通原型、合适模拟带通及直接原型,为数字滤波器设计带来全新的实现手段,设计快捷方便,仿真波形直观。介绍了利用MATLAB信号处理工具箱进FIR滤波器设计的三种方法：程序设计法、FDATool设计法和SPTool设计法，给出了详细的设计步骤，并将设计的滤波器应用到一个混和正弦波信号，以验证滤波器的性能.关键词：数字滤波器MATLABFIRIIR浙江工业大学浙西分校信电系（毕业论文）IIAbstractTraditionaldigitalfilterdesignprocesscomplex,thecomputationworkloadisbig,thefiltercharacteristicadjustmentdifficulty,hasaffecteditsapplication.ThisarticleintroducedonekindusingtheMATLABsignalprocessingtoolbox(SignalProcessingToolbox)thefasteffectivedesigntheconventionalnumeralfilterdesignmethodwhichiscomposedbysoftware.ProducedhasusedtheMATLABlanguagetocarryontheprogrammingandcarriesoncontactsurfacedesignusingthesignalprocessingtoolboxFDATooltoolthedetailedstep.UsingtheMATLABdesignfilter,maycontrastthedesignrequestandthefiltercharacteristicadjustmentparameterasnecessary,direct-viewingissimple,enormousreducedtheworkload,isadvantageousoptimizationwhichdesignstothefilter.Keyword:DigitalfilterMATLABFIRIIR浙江工业大学浙西分校信电系（毕业论文）III目录摘要………………………………………………………………………………....1Abstract………………………………………………………….…….…….…....…..2第一章引言………………………………………………….….………..…………..51.1数字滤波器的背景及意义…………………………….……….....…….….…51.2内容…………………………………………………..……..……..………...….6第二章数字滤波器的MATLAB设计……………………………………...……….82.1MATLAB的设计方法.............….....................................……….......................92.1.1FDATool界面设计....…...........……...........................…….........................92.1.2程序设计法…………………………………………………...…...….......102.1.3Simulink仿真…………………………………………………....……......112.1.4SPTool设计法…………...………………………………………….........122.1.5结论……………………………………………………….…….…..…...132.2基于MATLAB的程序设计方法的各种模拟滤波器实现……….……....……132.2.1基于模拟低通原型的MATLAB实现……………………..…...……..….142.2.2基于合适类型模拟滤波器的MATLAB实现…………………….……..152.2.3基于直接原型变换法的MATLAB实现………………….…..………....17第三章基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计……………….….…..……...193.1IIR滤波器有以下几个特点….…………………….............………..................193.2IIR数字滤波器设计思路与步骤……………….................…..............….........193.3IIR数字滤波器设计方法……………….........................…...….............….......203.3.1传统设计方法…………………………….…………….…..……...….….203.3.2计算机辅助设计方法……………………….…………..…..………..…..213.4常用模拟IIR滤波器的设计……………………….………..…………...….…213.4.1巴特沃斯IIR滤波器的设计……………………………………………..213.4.2契比雪夫I型IIR滤波器的设计…………………….…………….……..223.5用模拟滤波器理论来设计IIR数字滤波器…………..………..……….…......233.5.1脉冲响应不变法……………………………….........................................233.5.2双线性变换法……………………...........……..................................…....243.6仿真实现…………………...............................…………...................................27浙江工业大学浙西分校信电系（毕业论文）IV第四章基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计...........................…........….….314.1FIR数字滤波器设计的基本步骤..................................................……..........264.2FIR滤波器的窗函数设计法..................................……..................................274.3程序设计法.........................................................……...............................…...284.4FDATool设计法............................................……...................................…....294.5带通滤波器设计...........................................……............................................294.5.1带通滤波器设计实例一......................……..............................................294.5.2带通滤波器设计实例二......................……..............................................304.6Simulink仿真..................................................……......................…................314.7结束语............................................................…….…......................................32第五章一种改进型的FIR数字滤波器设计...........................……......................335.1滤波器设计的改进方法..................................................…….......................335.1.1MatlabLinkforCCSDevelopmentTools简介.........…............................335.1.2数字滤波器的系统级设计方法.................................…….......................335.1.3结论........................................................................……….....................34参考文献...........................................................................................………..............35致谢..........................................................................................………...............36浙江工业大学浙西分校信电系（毕业论文）1第一章引言1.1数字滤波器的背景及意义数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。与IIR滤波器相比，FIR的实现是非递归的，总是稳定的；更重要的是，FIR滤波器在满足幅频响应要求的同时，可以获得严格的线性相位特性。因此，它在高保真的信号处理，如数字音频、图像处理、数据传输、生物医学等领域得到广泛应用。信号处理是科学研究和工程技术许多领域都需要进行的一个重要环节，这种处理包括信号的检测、变换、滤波、压缩、传输、信息提取、显示等。由于自然界中的各种信号，例如光、电、声、振动、压力、温度等通常表现为在时间和幅度上都是连续的模拟信号，因此传统上对信号的处理大都采用模拟系统(或电路)来实现。随着人们对信号处理要求的日益提高，以及模拟信号处理中一些不可克服的缺点，对信号的许多处理转而采用数字的方法来进行。近年来由于大规模集成电路和计算机技术的进步，信号的数字处理技术得到了飞速发展。数字信号处理系统无论在性能、可靠性、体积、耗电量、成本等诸多方面都比模拟信号处理系统优越得多，使得许多以往采用模拟信号处理的系统越来越多地被数字处理系统所代替，这反过来进一步促进了数字信号处理技术的发展，其应