实验报告基于MATLAB的数字滤波器设计
基于MATLAB的数字带通滤波器课程设计报告.doc
基于MATLAB的数字带通滤波器课程设计报告1西安文理学院机械电子工程系课程设计报告专业班级08级电子信息工程1班题目基于MATLAB的数字带通滤波器学号学生姓名指导教师2011 年12 月西安文理学院机械电子工程系课程设计任务书学生姓名_______专业班级________ 学号______指导教师______ 职称副教授教研室电子信息工程课程数字信号处理题目基于MATLAB 的数字带通滤波器设计任务与要求设计任务：要求设计一个IIR 带通滤波器，其中通带的中心频率为πω5.0=po ，通带的截止频率πω4.01=p ，πω6.02=p ，通带最大衰减dB p 3=α；阻带最小衰减dB s 15=α，阻带截止频率πω3.01=s ，πω7.02=s 。
设计要求：1. 根据设计任务要求给出实现方案及实现过程。
2. 给出所实现的滤波器幅频特性及相频特性曲线并加以分析。
3. 论文要求思路清晰，结构合理，语言流畅，书写格式符合要求。
开始日期2011.12.19 完成日期2011.12.302011年12月18 日一、设计任务设计一数字带通滤波器，用IIR 来实现，其主要技术指标：通带边缘频率：wp 1=0.4π，wp2=0.6π通带最大衰减：Ap=3dB阻带边缘频率：ws 1=0.3π，ws2=0.7π阻带最小衰减：As=15dB设计总体要求：用MATLAB 语言编程进行设计，给出IIR 数字滤波器的参数，给出幅度和相位响应曲线，对IIR 实现形式和特点等方面进行讨论。
二、设计方法IIR 数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配，所以IIR 滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。
比较常用的原型滤波器有巴特沃什滤波器（Butterworth ）、切比雪夫滤波器（Chebyshev ）、椭圆滤波器（Ellipse ）和贝塞尔滤波器（Bessel ）等。
他们有各自的特点，巴特沃什滤波器具有单调下降的幅频特性；切比雪夫滤波器的幅频特性在通带和阻带里有波动，可以提高选择性；贝塞尔滤波器通带内有较好的线性相位特性；椭圆滤波器的选择性最好。
基于MATLAB工具箱的数字滤波器设计
基于MATLAB信号处理工具箱的数字滤波器设计摘要：传统数字滤波器工作起来，需要计算量很大，对于设计要求来说，又比较复杂，需要调整滤波特性，有很大的难度，并且影响它本身的应用以及功能。
本文中，主要介绍了利用MATLAB信号处理工具箱的功能，设计常规数字滤波器，设计过程中使用一些常用的专用软件。
对于，使用MATLAB语言程序设计以及信号处理工具箱的FDATool工具，各种界面的详细步骤都有详细的介绍。
对于MATLAB设计滤波器，为了减轻庞大的工作量，也为了简便直观，我们对比设计要求，以及滤波器特性的参数，这样才能更有利于，优化滤波器本身。
在本文中，主要解读了仿真软件Simulink对设计出来的滤波器仿真，设计过程中利用工具MATLAB。
我们验证结果的准确性，是通过软件仿真实验，从而达到对滤波器的设计。
关键词：MATLAB；模拟滤波器；数字滤波器目录1 引言 (1)2 模拟滤波器的设计 (1)2.1 几种常用的模拟滤波器 (2)2.2 巴特沃斯低通滤波器设计 (3)3 数字滤波器的设计 (5)4 结束语 (10)参考文献 (10)1引言基于对正弦基波，以及整词谐波的分析，可以得知系统电压，电流信号中，成分比较复杂，因此，在电力系统中，最关键的部件还是滤波器。
MATLAB和Mathematica、Maple共同称为三大数学软件。
MATLAB在数学类科技应用软件中，在数值计算方面地位不可代替。
MATLAB可以进行矩阵运算，绘制函数和数据，实现算法，创建用户界面，连接其他编程语言的程序等功能，它的应用方面主要在于，工程计算；控制设计；信号处理与通讯；图像处理信号检测；金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比其他语言完成事情简捷，因此可以直接使用,我们可以把自己的程序导入进MATLAB函数库中，方便以后的使用。
因此我们设计滤波时，根据指标，直接使用CAD程序，就可以得到高通、带通和带阻滤波器系统函数。
基于MATLAB的数字滤波器设计
目录1 引言 (1)2 设计任务 (3)2.1设计内容 (3)2.2设计要求 (3)3 语音信号的采集及时频分析 (4)3.1语音信号的采集 (4)3.2语音信号的时频分析 (4)4 基于MATLAB的数字滤波器的设计 (5)4.1数字滤波器的设计 (5)4.1.1数字滤波器的基本概念 (5)4.1.2 IIR滤波器设计思想 (5)4.2IIR数字滤波器设计 (5)4.2.1 IIR低通滤波器设计 (5)4.2.2 IIR带通滤波器设计 (7)4.2.3 IIR高通滤波器设计 (7)5 合成信号及其滤波 (9)5.1合成信号 (9)5.2合成信号滤波 (9)6 设计系统界面 (11)6.1系统界面设计工具—GUI概述 (11)6.2界面设计及使用说明 (11)7 心得体会 (13)参考文献 (14)1 引言数字滤波在通信、图像编码、语音编码、雷达等许多领域中有着十分广泛的应用。
目前，数字信号滤波器的设计在图像处理、数据压缩等方面的应用取得了令人瞩目的进展和成就。
近年来迅速发展起来。
MATLAB 是美国 MathWorks 公司推出的一套用于工程计算的可视化高性能语言与软件环境。
MATLAB 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。
它以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个交互式的工作环境中。
MATLAB 推出的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、工程应用，其中的信号处理(signalproeessing)、图像处理(imageproeessing)、小波(wavelet)等工具箱为数字滤波研究的蓬勃发展提供了有力的工具。
IIR滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。
IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。
同时，IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等，有现成的设计数据或图表可查，在设计一个IIR数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。
数字信号处理实验报告——基于MATLAB的数字滤波器设计
实验6 基于MATLAB 的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：PP j P for e G ωωδδω≤+≤≤-,1)(1πωωδω≤≤≤S S j for eG ,)(通带边缘频率：Pω，阻带边缘频率：Sω ，通带起伏：P δ，通带峰值起伏：])[1(log2010dB p pδα--=，阻带起伏：sδ，最小阻带衰减：])[(log 2010dB s S δα-=。
数字滤波器有IIR 和FIR 两种类型，它们的特点和设计方法不同。
在MATLAB 中，可以用[b ，a]=butter （N,Wn ）等函数辅助设计IIR 数字滤波器, 也可以用b=fir1(N,Wn,’ftype’) 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：10.4P ωπ=，20.6P ωπ=，通带峰值起伏：][1dB p≤α。
阻带边缘频率：πω3.01=S ，20.7S ωπ=，最小阻带衰减：][40dB S ≥α。
分别用IIR 和FIR 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。
实验步骤：①Butterworth 滤波器的设计（IIR ）>>wp=[0.4*pi,0.6*pi]; >>wr=[0.3*pi,0.7*pi]; >>Ap=1; >>Ar=40;Sω-Pω-P SωPassband StopbandTransition bandFig 7.1 Typical magnitudespecification for a digital LPF>>[N,Wn]=buttord(wp/pi,wr/pi,Ap,Ar)N =7Wn =0.3854 0.6146>> [b,a]=butter(N,Wn,'bandpass')b =Columns 1 through 120.0002 0 -0.0014 0 0.0042 0 -0.0071 0 0.0071 0 -0.0042 0Columns 13 through 150.0014 0 -0.0002a =Columns 1 through 121.0000 0.0000 3.7738 0.0000 6.5614 0.0000 6.6518 0.0000 4.2030 0.0000 1.6437 0.0000Columns 13 through 150.3666 0.0000 0.0359>> [H,w]=freqz(b,a);>>mag=abs(H);>>plot(w/pi,mag);>>xlabel('角频率(\Omega)');>>ylabel('幅度|Ha(j\Omega)|');>> title('数字butterworth带通滤波器幅度响应|Ha(j\Omega)|');>>phase=angle(H);>>plot(w/pi,phase);>>xlabel('角频率(\Omega)');>>ylabel('相位');>> title('数字butterworth带通滤波器相位响应曲线');>>②FIR滤波器的设计：>> wp1 = 0.4*pi; wp2 = 0.6*pi;>> ws1 = 0.3*pi; ws2 = 0.7*pi;>>tr_width = min((wp1-ws1),(ws2-wp2)) tr_width =0.3142>> M = ceil(6.2*pi/tr_width) + 1M =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'); >>实现形式及特点分析：1.在本例中，相同的技术指标下，IIR滤波器实现的阶数为N=7，而FIR滤波器的阶数N=63。
基于MATLAB的数字滤波器设计说明
第一章绪论1.1引言随着信息时代与数字技术的发展，数字信号处理己逐渐发展成为当今极其重要的学科与技术领域之一。
数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。
在数字信号处理的基本方法中，通常会涉与到变换、滤波、频谱分析、调制解调和编码解码等处理。
其中，滤波是应用非常广泛的一个环节，数字滤波器的相关理论也一直都是人们研究的重点之一。
数字滤波器是数字信号处理的重要基础，在对信号的滤波、检测与参数的估计等信号应用中，数字滤波器是使用最为广泛的一种线性系统。
数字滤波器根据其单位冲击响应函数的时域特性可分为两类：无限冲击响应(IIR)数字滤波器和有限冲击响应(FIR)数字滤波器。
与IIR数字滤波器相比,FIR数字滤波器的实现是非递归的，稳定性好，精度高；更重要的是FIR数字滤波器在满足幅度响应要求的同时，可以获得严格的线性相位。
因此，它在高保真的信号处理中，如数字音频、图像处理、数据传输和生物医学等领域得到广泛应用。
1.2数字滤波器的研究背景与意义滤波在通信、图像编码、语音编码、雷达等许多领域中有着十分广泛的应用。
目前，数字信号滤波器的设计在图像处理、数据压缩等方面的应用取得了令人瞩目的进展和成就。
它是数字信号处理理论的一部分。
数字信号处理主要是研究用数字或符号的序列来表示信号波形，并用数字的方式去处理这些序列，以便估计信号的特征参量，或削弱信号中的多余分量和增强信号中的有用分量。
具体来说，凡是用数字方式对信号进行滤波、变换、调制、解调、均衡、增强、压缩、固定、识别、产生等加工处理，都可纳入数字信号处理领域。
数字信号处理学科的一项重大进展是关于数字滤波器设计方法的研究。
关于数字滤波器，50年代已有人讨论过数字滤波器，但直到60年代中期，才开始形成关于数字滤波器的一整套完整的正规理论。
在这一时期，提出了各种各样的数字滤波器结构，有的以运算误差最小为特点，有的则以运算速度高见长，而有的则二者兼而有之。
基于matlab的fir数字滤波器仿真与设计（开题报告）（共9篇）
基于matlab的fir数字滤波器仿真与设计(开题报告)(共9篇)：开题仿真报告设计数字滤波器matlab fir滤波器函数fir1 fir滤波器阶数计算篇一：基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计与仿真(开题报告) 毕业（设计）论文开题报告系别电子信息工程系专业电子信息工程班级学生姓名学号指导教师XXX 报告日期毕业（设计）论文开题报告表篇二：基于MATLAB的FIR数字滤波器仿真与设计(开题报告)1、课题来源2、研究目的和意义3、国内外研究现状和发展趋势及综述4、本课题的主要研究内容及拟采取的技术路线、试验方案5、研究基础6、预期达到的目标及进度安排7、参考文献篇三：基于MATLAB的FIR数字滤波器仿真与设计(开题报告)1、课题来源2、研究目的和意义3、国内外研究现状和发展趋势及综述4、本课题的主要研究内容及拟采取的技术路线、试验方案5、研究基础6、预期达到的目标及进度安排7、参考文献篇四：基于matlab的FIR滤波器设计开题报告一、研究背景数字滤波器和模拟滤波器有着相同的滤波概念，根据其频率响应特性可分为低通、高通、带通、带阻等类型，与模拟滤波器相比，数字滤波器除了具有数字信号处理的固有优点外，还有滤波精度高、稳定性好、灵活性强等优点。
数字滤波器可以过滤时间离散信号，通过对抽样数据进行数字处理来达到频域滤波的目的。
由于计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现。
FIR滤波器具有严格的线性相位，可以具有任意的幅度特性，且是可物理实现的因果系统，因此被广泛地应用在现代通信技术当中，如解调器中的位同步与位定时提取、自适应均衡去码间串扰以及话音的自适应编码等。
可见对基于MATLAB的FIR滤波器的研究是具有非常重要的现实意义的。
在高度信息化的今天，随着计算机技术，基于视觉的图像处理技术，模式识别等领域的不断研究与发展，图像识别技术得到更快的发展，并在检测的实时性和准确性方面有更新的突破，所以将数字滤波器应用在工业缺陷零件的检测上也成为当今一热点课题。
基于matlab的数字滤波器的方案设计书
毕业论文(设计)学院：计算机科学学院专业: 自动化年级：2007题目：基于MA TLAB的数字滤波器的设计学生姓名：伍杰杰学号：07064098指导教师：程立职称：讲师2010年5 月11日中南民族大学本科论文（设计）原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：年月日目录摘要 (4)关键词 (4)Abstract (4)Keywords (4)1 数字滤波器的概述 (4)1.1 数字滤波器的基本结构 (5)1.1.1 IIR 滤波器的基本结构 (5)1.1.2 FIR 滤波器的基本结构 (6)1.2 数字滤波器的设计原理 (6)1.2.1 滤波器的性能指标 (7)1.2.2 IIR 数字滤波器的设计方法 (7)1.2.3 FIR 数字滤波器的设计方法 (8)2.MA TLAB中数字滤波器的设计 (10)2.1 IIR数字滤波器设计 (11)2.1.1. IIR滤波器阶数的选择 (11)2.1.2. IIR滤波器的设计 (11)2.2 FIR数字滤波器设计 (13)2.2.1常用窗函数 (13)2.2.2窗函数法设计FIR数字滤波器 (14)3. 基于MA TLAB GUI的数字滤波器设计思路及实现 (15)3.1 GUI界面设计概述 (15)3.2 “滤波器设计软件”设计所实现任务 (16)3.3基于MATLAB GUI的数字滤波器设计实现 (17)3.3.1 “滤波器设计软件”GUI界面设计 (17)3.3.1 “滤波器设计软件”回调函数编写 (17)3.3.2 AutoChoose.m程序的编写 (21)3.4 运行结果及显示 (25)5. 设计总结和心得 (26)参考文献 (26)基于MATLAB的数字滤波器的设计摘要：数字滤波器是数字信号处理的基础，用来对信号进行过滤、检测与参数估计等处理，在通信、图像、语音等许多领域有着十分广泛的应用，尤其在图像处理、数据压缩等方面取得了令人瞩目的进展与成就。
基于MATLAB的数字滤波器的设计
基于MATLAB的数字滤波器的设计1 绪论1.1 本课题的研究目的及意义数字滤波是数字信号处理的重要基础，在对信号的滤波、检测及参数的估计等信号应用中，数字滤波是使用最为广泛的一种技术。
数字滤波是语音和图象处理、模式识别、谱分析等应用中的一个基本的处理技术，它是数字信号处理中最重要的组成部分之一，几乎出现在所有的数字信号处理系统中[1]。
数字滤波的实现主要是依靠数字滤波器，数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置，其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。
数字滤波器在语音信号处理、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，例如电视、VCD、音响、医学图像处理等。
由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。
数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点，它可以满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求，可以避免模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题[2]。
而且数字滤波器的种类繁多，有低通、高通、带通、带阻和全通等类型，它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的，便于选择和使用，这些优势决定了数字滤波器的应用越来越广泛，因此滤波器的研究具有极为重要的意义。
1.2 国内外发展现状关于数字滤波器，早在上世纪40年代末期就有人讨论过它的可能性问题，在50年代也有人讨论过数字滤波器的实现问题。
但直到60年代中期，才开始形成关于数字滤波器的一套完整的正规理论。
这一时期，提出了各种各样的数字滤波器结构，有的以运算误差最小为特点，有的则以运算速度快见长。
同时也出现了数字滤波器的各种逼近方法和实现方法，对递归和非递归两类滤波器作了全面的比，统一了数字滤波器的基本概念和理论，开始形成有限冲激响应（IIR）滤波器和无限冲激响应（FIR）滤波器的初步理论。
基于MATLAB的数字滤波器设计
使用 算法设计滤波 器的时候，需根据要求确定 滤波 器 阶数 。
４ 结 束语
本 文 重 点 在 于 充 分 利 用 与 发 挥 语 言 的 编
利 用 ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ提 供 的 数 据 函 数 实 现 我 们 要 求 的算 法 ， 设计 滤波 器 逼近 频 率 响 应 。 所 得 到 的 最佳 一致 滤 波 器 的频 率 响应 具 有 波 纹特 性 。 在
比如，带通 滤波器用作频谱分析仪中的选频装 置：低通滤波器用作数字信号分析系统中抗混 乱滤波 器；高通滤 波器用于检测仪中剔除低频 干扰 噪声；带阻滤波器用作 电涡流测振仪中的 陷波 器，等等。在 数字信 号处理过程中，滤波 器 占有 重 要 的 位 置 。 尤 其 在 图 像 处 理 与 输 出、
了巨大的进 展并且得到广泛的应用 。与模拟滤 波器 相 比 ， 数 字 滤 波 器 具 有 很 多 突 出的 优 点 ， 因为滤波 器各种特征都有 严格要求 ， 缺一不可，
器 中， 把通过的频率范围的频率，叫做通频 带：
反之 ，信 号受到阻碍 的频 率范围称 为阻带；通 而这种设计方法恰恰能满足这种 它可 以自动 带和 阻带之 间的分 界频率称 为截止 频率 ；理想 加浅显 易懂 ，使数 字滤波器 的应用更 为广泛 ， 避 免电压浮动变化 和噪声造成的影响。在设计 滤波器在通带 内的电压增 益为常数 ，在 阻带内 使用更加快捷 ， 在仿真上我们也可 以轻 易完成 ， 上，我们采用的是数学逼近理论 ，来实现逼近 的电压增益为零 ；实际滤波 器的通 带和 阻带之 对滤波器稳定性与严格线性相位 的仿真后的计 理论思想，满足给定频率特征，通常叫这种滤 间存 在 一 定 频 率 范 围 的过 渡 带 。 算 应 用 奠 定 更 好 的 基 础 。 文 章 通 过 分 析 滤 波 器 波器叫频率选择滤波器。 为确保计算 的准确性 ， 设 计 方 式 ， 简 要 阐 述 了用 ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ来 完 成 数 ． １理 想滤波 器的频率特性 需 要 先 对 算 法 仿 真 计 算 ，尤 其 是 成 熟 、可 靠 性 ２
matlab实验报告 IIR数字滤波器设计
实验报告姓名：李鹏博 实验名称： IIR 数字滤波器设计 学号：2011300704 课程名称： 数字信号处理 班级：03041102 实验室名称： 航海西楼303 组号： 1 实验日期： 2014.06.20一、实验目的、要求掌握IIR 数字滤波器设计的冲激响应不变法和双线性变换法。
掌握IIR 数字滤波器的计算机编程实现方法，即软件实现。
二、实验原理为了从模拟滤波器设计IIR 数字滤波器，必须先设计一个满足技术指标的模拟滤波器，然后将其数字化，即从s 平面映射到z 平面，得到所需的数字滤波器。
虽然IIR 数字滤波器的设计本质上并不取决于连续时间滤波器的设计，但是因为在许多应用中，数字滤波器就是用来模仿模拟滤波器功能的，所以由模拟滤波器转化为数字滤波器是很自然的。
因此，由模拟滤波器设计数字滤波器的方法准确、简便，是目前最普遍采用的方法。
三、实验环境PC 机，Windows XP ，office 2003，Matlab 软件。
四、实验过程、数据记录、分析及结论实验过程1．编程设计滤波器，用冲激响应不变法设计IIR 数字滤波器。
2．编程设计滤波器，用双线性变换法设计IIR 数字滤波器。
3．求脉冲响应、频率响应以及零极点。
4．编程滤波，求滤波器输出，完成对不同频率的多个正弦信号的滤波。
实验步骤根据所给定的技术指标进行指标转换。
112c c f πΩ=，222c c f πΩ=，112s s f πΩ=，222s s f πΩ=，21p c c B Ω==Ω-Ω，221222s s s s s B Ω-ΩΩΩ=Ω，3,18p s αα=-=-。
根据指标设计Butterworth 模拟低通滤波器。
调用函数[n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,’s ’)确定阶次。
调用函数[zl,pl,kl]=buttap(n)，求低通原型的模型。
调用函数[bl,al]=zp2tf(zl,pl,kl)实现模型转换。
基于MATLAB的数字滤波器的设计
基于MATLAB 的数字滤波器的设计1 引言数字滤波器是指完成信号滤波处理功能的，用有限精度算法实现的离散线性非时变系统，其输入是一组（由模拟信号取样和量化的)数字量，其输出是经过变换或说处理的另一组数字量。
数字滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等突出优点。
这里所说的数字滤波器是指理想带通，低通等的频率选择数字滤波器。
数字滤波器设计的一个重要步骤是确定一个可实现的传输函数H(z)，这个确定传输函数H(z)的过程称为数字滤波器设计。
数字滤波器的一般设计过程为：（1）按照实际需要，确定滤波器的性能要求（通常在频域内给定数字滤波的性能要求）。
（2）寻找一满足预定性能要求的离散时间线性系统。
（3）用有限精度的运算实现所设计的系统。
（4）通过模拟，验证所设计的系统是否符合给定性能要求。
2 数字滤波器的设计滤波器分为两种，分别为模拟滤波器和数字滤波器。
数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化的过程中，使信号按预定的形式变化。
数字滤波器有多种分类，从数字滤波器功能上分可分为低通、高通、带阻、带通滤波器，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应滤波器（IIR ）和有限长冲激响应滤波器（FIR ）。
数字滤波器指标：一般来说，滤波器的幅频特性是分段常数的，以低通为例，在通带内逼近于1，阻带内逼近与0，实际设计的滤波器并非是锐截止的通带和阻带两个范围，两者之间总有一个过渡带。
在设计滤波器时事先给定幅频特性允许误差，在通带范围内幅度响应以误差逼近于1，在阻带内幅1σ度响应以误差逼近于0。
2σ （1）πσσ≤≤≤≤≤≤-w w e H w w e H r jwc jw ,2|)(|,1|)(|11式中wc 和wr 分别为通带边界频率和阻带边界频率，wr-wc 为过渡带。
在具体的技术指标中往往用通带波动来表示，用最小阻带衰减At 来表示，其具体的对应公式这里就不详述了。
基于MATLAB的数字滤波器设计_毕业设计论文 精品
图2-3双性线Z变换法的映射关系…………………………………………………10
图3-1常用窗函数时域幅度曲线比较………………………………………………15
图3-2常用窗函数频域幅度曲线比较………………………………………………10
图3-3FIR数字低通滤波器脉冲响应与幅度响应……………………………………16
附录A外文文献及译文…………………………………………………………………39
附录B主要参考文献……………………………………………………………………44
插图清单
图1-1LIS系统…………………………………………………………………………3
图2-1理想切比雪夫I型滤波器的幅频特性…………………………………………7
第1章绪论
1.1数字滤波技术
数字滤波是数字信号处理的重要基础，数字信号处理主要是研究用数字或符号的序列来表示信号波形，并用数字的方式去处理这些序列，把它们改变成在某种意义上更希望的形式，以便估计信号的特征参量，或削弱信号中的多余分量和增强信号中的有用分量。数字滤波器在对信号的过滤、检测与参数估计等处理过程中，是使用最为广泛的一种线性系统。
4.1.2 GUI设计规范及设计步骤………………………………………………………25
4.2滤波器分析系统及其MATLAB实现………………………………………………26
4.2.1滤波器分析系统的初始界面……………………………………………………27
4.2.2滤波器分析系统的主界面………………………………………………………28
4.3小结…………………………………………………………………………………34
总结与展望………………………………………………………………………35
基于matlab的数字滤波器设计及其滤波仿真
y=filter(B,A,x);
subplot(336);
plot(W,abs(H));
title('带通滤波器');
subplot(339);
plot(t,y);
title('100Hz信号');
(2)Sinmulink仿真：
参数设计：自上而下分别是频率为20Hz、200 Hz、100 Hz，三个滤波器分别为低通滤波器，高通滤波器和带通滤波器。左边对原信号机进行观测，右边对滤波后的信号进行观测
山东科技大学电工电子实验教学中心
创新性实验结题报告
实验项目名称＿基于matlab的数字滤波器设计及滤波仿真＿
三个正弦信号用三种方法进行滤波分离
1.编程法、2.Simulink、3.SPTool法与FDATool法
一、实验摘要
随着通信行业和电子计算机技术的发展，数字信号处理技术受到了越来越广泛关注，其理论及算法随着计算机技术和微电子技术的发展得到了飞速地发展，数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，本文详细介绍了利用MATLAB信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）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。
③双线性变换设计IIR滤波器：
[BZ,AZ]=bilinear(BS,AS,1/T)
④信号滤波
Y =filter(B,A,X)
输入X为滤波前序列，Y为滤波结果序列，B/A提供滤波器系数，B为分子，A为分母整个滤波过程是通过下面差分方程实现的：
a(1)*y(n) = b(1)*x(n) + b(2)*x(n-1) + ... + b(nb+1)*x(n-nb) - a(2)*y(n-1) - ... - a(na+1)*y(n-na)
基于MATLAB的数字滤波器设计
基于MATLAB的数字滤波器设计学号：姓名：班级：1摘要数字滤波是数字信号处理中一个非常重要且应用普遍的技术。
FIR数字滤波器因其严格的线性相位等优点得到了广泛应用。
MATLAB是国际控制界的标准计算软件。
本文根据FIR数字滤波器设计的基本原理，介绍了窗函数，分析了数字滤波器的设计方法，对基于窗函数设计的FIR滤波器的特性进行了分析。
分别采用Hanning 窗、Hamming窗、Blackman窗和boxcar窗，利用MATLAB语言设计数字低通滤波器并给出了实验结果,达到了性能指标要求，引入了MATLAB工具软件进行设计。
关键词： FIR滤波器；窗函数法；低通2目录第1章绪论1 (4)1.1数字滤波器的研究背景和意义 (4)1.2数字滤波器的应用及现状 (4)1.3数字滤波器的设计方法 (5)第2章FIR滤波器 (5)2.1 FIR滤波器的基本概念 (5)2.2 FIR滤波器的特点 (6)2.3 FIR滤波器的种类 (6)第3章FIR数字滤波器的原理与设计 (8)3.1 FIR数字滤波器的结构特点 (8)3.2 FIR的线性相位特性 (9)3.3 FIR数字滤波器设计的基本步骤 (9)3.4 FIR数字滤波器的设计方法 (10)3.4.1 频率取样法 (10)3.4.2 FIR滤波器的最优化方法 (11)3.4.3 窗函数法 (14)3.3.4 三种设计方法的比较 (16)第4章FIR数字滤波器设计实例 (16)4.1用窗函数法设计FIR数字滤波器 (16)4.2用海明窗设计数字低通滤波器 (24)第5章总结 (26)3第1章绪论1.1数字滤波器的研究背景和意义当今，数字信号处理技术正飞速发展，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、导航信号等等。
基于matlab的IIR数字滤波器课程设计报告
.数字信号处理课程设计报告专业：通信工程院系：信息工程学院一、课题名称基于matlab的IIR滤波器设计二、课题意义数字滤波器是具有一定传输选择特性的数字信号处理装置,其输入、输出均为数字信号,实质上是一个由有限精度算法实现的线性时不变离散系统。
它的基本工作原理是利用离散系统特性对系统输入信号进行加工和变换,改变输入序列的频谱或信号波形,让有用频率的信号分量通过,抑制无用的信号分量输出。
数字滤波器和模拟滤波器有着相同的滤波概念,根据其频率响应特性可分为低通、高通、带通、带阻等类型,与模拟滤波器相比,数字滤波器除了具有数字信号处理的固有优点外,还有滤波精度高(与系统字长有关)、稳定性好(仅运行在0与l两个电平状态)、灵活性强等优点。
三、数字滤波器原理在数字滤波中，我们主要讨论离散时间序列。
如图1所示。
设输入序列为()n x ，离散或数字滤波器对单位抽样序列()n δ的响应为()n h 。
因()n δ在时域离散信号和系统中所起的作用相当于单位冲激函数在时域连续信号和系统中所起的作用。
图1 数字滤波器原理数字滤波器的序列()n y 将是这两个序列的离散卷积，即()()()∑∞∞=-=k k n x k h n y （1）同样，两个序列卷积的z 变换等于个自z 变换的乘积，即()()()z X z H z Y = （2）用T j e z ω=代入上式，其中T 为抽样周期，则得到()()()T j T j T j e X e H e Y ωωω= （3）式中()T j e X ω和 ()T j e Y ω 分别为数字滤波器输入序列和输出序列的频谱，而()T j e H ω为单位抽样序列响应()n h 的频谱。
由此可见，输入序列的频谱()T j e X ω经过滤波后，变为()()T j T j e X e H ωω ，按照()T j e X ω的特点和我们处理信号的目的，选取适当的()T j e H ω使的滤波后的()()T j T j e X e H ωω符合我们的要求。
基于matlab的数字滤波器的设计及仿真
程序编写
clearclose allwls=0.2*pi;wlp=0.35*pi;whp=0.65*pi;B=wlp-wls;N=ceil(12/0.15);wc=[wlp/pi-6/N,whp/pi+6/N];hn=fir1(N-1,wc,blackman(N));n=0:79;subplot(2,1,1);stem(n,hn,".")[h,w]=freqz(hn,1,256);subplot(2,1,2);plot(w/pi,20*log10(abs(h)));grid;
滤波器的仿真
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三个信号叠加：
第17第页1/2共页3/3共页33页
滤波后的结果：
可见FDAtool设计的滤波器滤波的效果很好！
二、MATLAB环境下FIR数字滤波器的设计
窗函数法等波纹逼近法频率采样法
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窗函数法
用窗函数法设计FIR滤波器时，先根据wc和N求出相应的理想滤波器单位脉冲响应hd(n)；选择合适的窗函数w(n)来截取hd(n)的适当长度(即阶数)，以保证实现要求的阻带衰减；最后得到FIR滤波器单位脉冲响应:h(n)= hd(n)*w(n).
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四、两个有趣的实验
1、利用MATLAB进行声音滤波：利用MATLAB读取wav格式的声音文件，对信号进行离散傅里叶变换，得到其频谱图，给信号加杂音，然后设计一个数字滤波器将杂音滤除，得到原音，最后比较滤波器的滤波效果。
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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:
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 s
B )
≡-x ⅛x -
幅度IHaOMI
≡
相拉
S
S 5 CU
S S S 0⅛
口 g >酉
tt 2 =R ⅛⅛⅛
J ≡B ⅛
O S F NJ £Q 4
S S U7 CJ
CD S >⅛⅛≡
F-R
V V
WPl H
O∙4*pr
WP2
H
0∙6*pr
V V WSl H 0∙3*pr
ws2 H
0∙7*pr
V
V =Γl w i d f h H
min((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∣ ■ 0
M FigUre 1 Hanning 窗函数
O
C S I I * i
Hanning®函数的频谱
-100
-200 -300 0
0.1 0.2 0.3 0.4
0.5 0.6 0.7 08 0.9 1
w/x
(8P)
置
Q FigUre 2 口 回 耳
i
Hanni叩窗函数相位特性曲线O I I I I I I I。