基于Matlab的IIR数字滤波器设计（脉冲响应不变法）毕业论文

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课 程 设 计 说 明 书

题目：基于Matlab的IIR数字滤波器设计

0 课程设计（论文）任务书

院（系） 基层教学单位 学 号 学生姓名 专业（班级） 设计题基于Matlab的IIR数字滤波器设计(脉冲响应不变法) 目 设 计 技 术 参 数 设 计 要 求 工 作 量 基于Matlab软件，利用脉冲响应不变法设计IIR低通、高通、带通、带阻数字滤波器，并分析滤波器单位脉冲响应，频率响应特性。 1. 设计报告中要求画出所设计的滤波器的网络结构图。 2. 设计出滤波器，并查看其波形。 3. GUIDE的界面设计。并将其运行观察。 查找资料，学习使用MATLAB设计滤波器。分别设计出低通，高通，带通，帯阻四种数字滤波器。观察各滤波器的频率响应。设计GUIDE界面。 第一天：查资料，够造思路。 第二天到第三天：各基本程序的编写和调试。 第四天：观察各滤波器的波形，并修改程序。 第五天：设计GUIDE界面，并用其演示波形。 第六天：撰写课程设计报告册。 1谢平，林洪彬 信号处理原理及应用 北京：机械工程出版社 2008.10 2刘波.MATLAB信号处理[M].北京：电子工业出版社，2006。 3 张圣勤 MATLAB7.0实用教程 北京：机械工程出版社 2006年3月 工 作 计 划 参 考 资 料 指导教师签字 基层教学单位主任签字 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

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摘 要

数字滤波是数字信号处理的重要内容，是由乘法器、加法器和单位延时器组成的一种运算过程，其功能是对输人离散信号进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。数字滤波器根据频域特性可分为低通、高通、带通和带阻四个基本类型。

本文用脉冲响应不变法设计的一个满足指标的巴特沃斯IIR滤波器，利用了一种

基于Matlab软件的数字滤波器设计方法，完成了低通，高通，带通，帯阻IIR滤波器的设计, 文中深入分析了该滤波器系统设计的功能特点、实现原理以及技术关键，阐述了使用MATLAB进行带通滤波器设计及仿真的具体方法。最后把整个设计方案用GUIDE界面制作并演示出来。文章根据IIR滤波器的设计原理，重点介绍巴特沃斯数字滤波器的设计方法和操作步骤，并以实例形式列出设计程序。

关键词： 信号 巴特沃斯 Matlab IIR滤波器 脉冲响应不变法

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目 录

摘要……………………………………………………………………………….. 3 目录……………………………………………………………………………….....4 第一章绪论…………………………………………………………………………..5 1.1信号数字现状与数字滤波器意义……………………………………………….5 1.2 设计平台…………………………………………………………………………6 1.3数字滤波器概述……………………………………………………………….....6 第二章 IIR数字滤波器的设计……………………………………………………….7 2.1 IIR滤波器的基本结构………………………………………………………..…..7 2.2 滤波器的性能指标……………………………………………………………….10 2.3 IIR数字滤波器的设计方法………………………………………………..……11 2.4巴特沃斯滤波器。……………………………………………………….……….13 第三章 IIR频率响应滤波器的实例………………………………………….……….15 3.2 用脉冲响应不变法设计IIR低通数字滤波器实例………………………………15 3.2 用脉冲响应不变法设计IIR高通数字滤波器实例………………………………17 3.3 用脉冲响应不变法设计IIR带通数字滤波器实例……………………………...19 3.4 用脉冲响应不变法设计IIR帯阻数字滤波器实例……………….……………...21 3.5（附）滤波信号的输入...............................................24 3.6 滤波的效果...............................................................................................................24 第四章 界面设计…………………………………………………………………….25 4.1主界面………………………………………………………………………………25 4.2 软件功能及使用方法……………………………………………………………..26 总结..................................................................27 程序清单 ………………………………………………………………………………29

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第一章 绪论

1.1信号数字现状与数字滤波器意义

当今，数字信号处理 (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，因此受到人们普遍的关注。数字信号实际上是用数字序列表示的信号，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，把信号变换成符合需要的某种形式。例如，对数字信号经行滤波以限制他的频带或滤除噪音和干扰，或将他们与其他信号进行分离；对信号进行频谱分析或功率谱分析以了解信号的频谱组成，进而对信号进行识别；对信号进行某种变换，使之更适合于传输，存储和应用；对信号进行编码以达到数据压缩的目的，等等。数字化、智能化和网络化是当代信息技术发展的大趋势，而数字化是智能化和网络化的基础，实际生活中遇到的信号多种多样，例如广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号、生物医学信号、控制信号、气象信号、地震勘探信号、机械振动信号、遥感遥测信号，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。模拟信号是自变量的连续函数，自变量可以是一维的，也可以是二维或多维的。大多数情况下一维模拟信号的自变量是时间，经过时间上的离散化(采样)和幅度上的离散化(量化)，这类模拟信号便成为一维数字信号。

在信号处理过程中，所处理的信号往往混有噪音，从接收到的信号中消除或减弱噪音是信号传输和处理中十分重要的问题。根据有用信号和噪音的不同特性，提取有用信号的过程称为滤波，实现滤波功能的系统称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，数字滤波器应用极为广泛。数字滤波器精确度高、使用灵活、可靠性高，具有模拟设备所没有的许多优点，已广泛地应用于各个科学技术领域, 例如数字电视、语音、通信、雷达、声纳、遥感、图像、生物医学以及许多工程应用领域。随着信息时代数字时代的到来，数字滤波技术已经成为一门极其重要的学科和技术领域。以往的滤波器大多采用模拟电路技术，但是，模拟电路技术存在很多难以解决的问题，例如，模拟电路元件对温度的敏感性，等等。而采用数字技术则避免很多类似的难题，当然数字滤波器在其他方面也有很多突出的优点，在前面部分已经提到，这些都是模拟技术所不能及的，所以采用数字滤波器对信号进行处理是目前的发展方向。

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