MATLAB模拟与仿真数字低通滤波器

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

换成符合需要的某种形式。例如，对数字信号经行滤波以滤除噪声干扰或限制他的频带，或将数字信号与其他信号分离出来；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，使之更适合于存储，传输和应用；对信号进行编码以达到数据压缩的目的，等等。

数字滤波技术是数字信号处理、分析技术的重要分支[1]。滤波技术具有重要的作用，既可以应用于信号的处理和交换又可以应用于信号的获取和传输。它对信号有效灵活和安全可靠地传输起着至关重要的作用。在所有的电子系统中，数字滤波器是使用最多、技术最复杂的器件。数字滤波器的优劣直接决定产品的优劣。

1MATLAB概述

1．1MATLAB的发展

MATLAB的产生可以追溯到20世纪70年代后期，这个程序推出后受到了学生们的广泛欢迎，并广为流传。以后，MATLAB的版本不断更新。目前，MATLAB已经不仅仅是一个“矩阵实验室”了，已成为一种广泛应用与工程计算机熟知分析领域的新型高级语言，并用于科学研究和解决各种具体的实际问题[2]。可以预见，MATLAB将在科学研究和工程应用中发挥越来越大的作用。

1．2 MATLAB的基本特点

MATLAB经过几十年的不断完善，在学术界广受欢迎，与其他高级语言相比较，MATLAB具有以下独特的特点：

⑴功能强大：具有强大的运算功能和功能丰富的工具箱，并有强大的文字处理功能。

⑵人机界面友好，简单易用的编程语言，编程效率高。

⑶强大的科学计算机数据处理能力和出色的图形处理功能。

⑷可扩展性强。

⑸Simulink动态仿真功能。

1．3MATLAB的主要功能

MATLAB是一种应用于科学计算领域的高级语言，它的主要功能包括数值运算和符号计算功能﹑绘图功能﹑编程语言以及应用工具箱[3-4]。

⑴数值计算和符号计算功能。MATLAB以矩阵为数据操作的基本单元，这使得矩阵运算变得非常简捷、方便、高效。MATLAB还提供了十分丰富的数值计算函数，而且采用的数值计算算法都是最先进的算法。

⑵绘图功能。利用MATLAB绘图十分方便，它既可以绘制各种图形，包括二维图形和三维图形，还可以对图形进行修饰和控制，以增强图形的表现效果。

⑶编程语言。MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，所以使用MATLAB也可以像使用C等传统语言一样，进行程序设计，而且简单易学、编程效率高。