巴特沃斯滤波器课程设计
巴特沃斯带通滤波器设计
做巴特沃斯带通滤波器设计模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置。
例如：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的抗频混滤波；高通滤波器被用于声发射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。
下面就在低频高阶滤波电路中应用较多的巴特沃斯滤波器的设计交流下自己的做法。
本设计只讨论有源带通滤波器的设计，因为带通包含了低通和高通的电路，暂不分别讨论。
设计中运放选择TI产品典型的通用双放LM358，LM358里面包括两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，特点方面具有低输入偏置电流、低输入失调电压和失调电流，它的共模输入电压范围较宽，差模输入电压范围等于电源电压范围，单电源供电电压3-32V，双电源供电±1.5-±16V，单位增益带宽为1MHz，适用于一般的带通滤波器的设计，同时具有低功耗的功能，对于设计阶数相对高一些的带通滤波器的话，可以选用TI的四运放LM324，其性能与LM358大体相同，应用起来节省空间。
对于运放的要求此设计不是特别高，只要运放的频率满足低通的截止频率即可，如果精确度要求高的话那么首先运放的供电电压要足够稳定，或者选择精密运放，如TLC274A，否则通用的即可，例如推荐TI的LM224四运放。
巴特沃斯带通滤波器幅频响应在通带中具有最平幅度特性，但是从通带到阻带衰减较慢，如果对于过渡带要求稍高，可以增加阶数来实现，否则改选用切比雪夫滤波电路。
下面讨论设计两种带通滤波器，其一为二阶低通滤波器和二阶高通滤波器组成的四阶带通滤波器，如下图：图1 四阶带通滤波器参数选择与计算：对于低通滤波器的设计，电容一般选取1000pF，对于高通滤波器的设计，电容一般选取0.1uF，然后根据公式R=1/2Πfc计算得出与电容相组合的电阻值，即得到此图中R2、R6和R7，为了消除运放的失调电流造成的误差，尽量是运放同相输入端与反向输入端对地的直流电阻基本相等，同时巴特沃斯滤波器阶数与增益有一定的关系（见表1），根据这两个条件可以列出两个等式：30=R4*R5/(R4+R5)，R5=R4(A-1),36=R8*R9/(R8+R9)，R8=R9(A-1)由此可以解出R4、R5、R8、R9，原则是根据现实情况稍调整电阻值保持在一定限度内即可，不要相差太大，注意频率不要超过运放的标定频率。
巴特沃斯滤波器的设计与仿真
信号与系统课程设计 题目巴特沃斯滤波器的设计与仿真学院英才实验学院学号2015180201019学生姓名洪 健指导教师王玲芳巴特沃斯滤波器的设计与仿真英才一班 洪健 2015180201019摘 要：工程实践中，为了得到较纯净的真实信号，常采用滤波器对真实信号进行处理。
本文对巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性、设计方法及设计步骤进行了研究，并利用Matlab 程序和Multisim 软件，设计了巴特沃斯模拟滤波器，并分析了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性。
利用 Matlab 程序绘制了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性曲线，并利用Matlab 实现了模拟滤波器原型到模拟低通、高通、带通、带阻滤波器的转换。
通过Multisim 软件，在电路中设计出巴特沃斯滤波器。
由模拟滤波器原型设计模拟高通滤波器的实例说明了滤波器频率转换效果。
同时通过电路对巴特沃斯滤波器进行实现，说明了其在工程实践中的应用价值。
关键词：巴特沃斯滤波器 幅频特性 Matlab Multisim引言 滤波器是一种允许某一特定频带内的信号通过，而衰减此频带以外的一切信号的电路，处理模拟信号的滤波器称为模拟滤波器。
滤波器在如今的电信设备和各类控制系统里应用范围最广，技术最为复杂，滤波器的好坏直接决定着产品的优劣。
滤波器主要分成经典滤波器和数字滤波器两类。
从滤波特性上来看，经典滤波器大致分为低通、高通、带通和带阻等。
模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。
无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L 和C 组成。
有源滤波器：集成运放和R、C 组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。
集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。
但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。
MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。
巴特沃斯数字低通滤波器课程设计
巴特沃斯数字低通滤波器课程设计目录1.题目.......................................................................................... .22.要求 (2)3.设计原理 (2)3.1 数字滤波器基本概念 (2)3.2 数字滤波器工作原理 (2)3.3 巴特沃斯滤波器设计原理 (3)3.4脉冲响应不法 (5)3.5实验所用MATLAB函数说明 (7)4.设计思路 (9)5、实验内容 (9)5.1实验程序 (9)5.2实验结果分析 (13)6.设计总结 (13)7.参考文献 (14)一、题目：巴特沃斯数字低通滤波器二、要求：利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器，通带截止频率100HZ,阻带截止频率120Hz,采样频率1000HZ，通带最大衰减为0.5HZ，阻带最小衰减为10HZ，画出幅频、相频相应曲线。
并假设一个信号x(t)=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t),其中f1=50HZ,f2=200HZ。
用此信号验证滤波器设计的正确性。
三、设计原理1、数字滤波器的基本概念所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤波器除某些频率成分的数字器件或程序，因此，数字滤波的概念和模拟滤波相同，只是的形式和实现滤波方法不同。
正因为数字滤波通过数值运算实现滤波，所以数字滤波处理精度高、稳定、体积小、质量轻、灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实验模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。
如果要处理的是模拟信号，可通过A\DC和D\AC,在信号形式上进行匹配转换，同样可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波。
2、数字滤波器的工作原理数字滤波器是一个离散时间系统，输入x(n)是一个时间序列，输出y(n)也是一个时间序列。
如数字滤波器的系统函数为H(Z),其脉冲响应为h(n),则在时间域内存在下列关系y(n)=x(n) h(n)在Z域内，输入输出存在下列关系Y(Z)=H(Z)X(Z)式中，X(Z),Y(Z)分别为输入x(n)和输出y(n)的Z 变换。
巴特沃斯低通滤波器课程设计
电路基础课程设计巴特沃斯低通滤波器设计目标:通带边界频率ωc=4396rad/s (f c=700Hz);通带最大衰减αmax=3dB;阻带边界频率ωs=26376rad/s(f s=4200Hz); 阻带最小衰减αmin=30dB;1.设计步骤⑴设计电压转移函数①将给定的电压衰减技术指标进行频率归一化选取归一化角频率ωr=ωc，这样通带边界频率Ωc=ωc/ ωr=1,阻带边界频率Ωs=ωs/ ωr=ωs/ωc。
②根据归一化的技术指标求出电压转移函数巴特沃斯低通滤波器的阶数n=Log(100.1αmin−1) 2Log(Ωs)带入数据求得n=1.93 取整得n=2由a k=2sin(2k−1)π2n，b k=1和H(s)=U out(s)U in(s)=∏A ks2+a k s+b kn2k=1可得到电压转移函数H(s)=U out(s)U in(s)=1s2+√2s+1将转移函数进行反归一化，即另s=sωc 得到实际转移函数H(s)=U out(s)U in(s)=1s243962+√2s4396+1⑵转移函数的实现选取下图作为实现转移函数的具体电路：列节点方程求解转移函数节点1 U1(1R1+1R2+s∗C1)−1R1U in−1R2−s∗C1∗U2=0节点2 (1R2+s∗C2)U2−1R2U1=0又有U out=U3解得H(s)=U outU in=11+(R2+R2)s∗C2+C1C2R1R2s2对比解得的电压转移函数和推得的电压转移函数里各项的系数并且令R1= R2,C1=1μF,可以得到C1=11000000F=1μFR1=250000√21099Ω=321.705ΩR2=250000√21099Ω==321.705ΩC2=12000000F=0.5μF因实验室没有0.5μF的电容因此取C2=0.47μF2.计算机仿真⑴软件环境：Multisim 10⑵电路图：⑶仿真结果：①700Hz下的波形图②4200Hz下的波形图③波特图◎700Hz下衰减2.673dB◎4200Hz下衰减30.491dB3．实验室实际操作因实验室没有0.5μF的电容和321.705Ω的电阻，因此取C2=0.47μFR1=R2=330Ω实际连电路时，选取集成电路块的第1、2、3引脚分别作为放大器的输出端、负端和正端，第4和11引脚作为供电端，C2一端连接电压源的接地线。
有源低通滤波器的课程设计-四阶巴特沃斯滤波器
电气工程学院有源低通滤波器课程设计设计题目：有源低通滤波器设计学号：姓名：同组人：指导教师：设计时间：2012年11月20号设计地点：电气学院实验中心指导教师签字：年月日学生姓名：指导教师：一、课程设计题目：有源低通滤波器设计二、课程设计要求1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真；3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果；4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案；5. 撰写课程设计报告——最终的电路图、调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。
三、进度安排2．执行要求课程设计共5个选题，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。
严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。
摘要滤波器用于对信号的频率具有选择性的电路，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，有源滤波器被广泛用于信息处理、数据传送等电路中。
在对二阶有源低通滤波器的原理进行分析的基础上，采用2个2阶低通滤波电路级联的方案，设计了基于巴特沃斯逼近的4阶有源低通滤波器。
在Multisim软件中使用虚拟示波器、波特图示仪等设备，对设计的滤波器的交流特性进行仿真，并对仿真结果进行了分析，其交流特性符合理论设计，具有一定的参考价值。
关键词：滤波器，有源低通，巴特沃斯，multisimAbstractAbstract：Filter is the circuit which has a selective for the frequency of signals，its function is to make a specific range offrequency through．Source filter is widely used for information processing and data transmission circuit．Based on the analysis of principle of 2nd Source low passed filter，by using the Scheme of cascading two 2nd source low-passed filter and themethod of examining the table，the 4nd source low-passed filter based on Butterworth is designed．By using the oscilloscopeand Bode plotter in Multisim ，the AC Features of this Filter was Simulated，and the sim ulation results were analyzed，it SAC features met with theory design and has certain reference value．Key words: Source low—passed filter，Butterworth，Multisim目录摘要 (3)Abstract (3)目录 (4)第一章系统方案设计 (1)1.1 滤波器介绍 (1)1.2 有源低通滤波器的设计要求 (1)1.2.1设计内容 (1)1.2.2设计要求 (1)1.2.3元器件 (1)1.2.4考核标准 (1)1.3芯片介绍 (2)1.4有源低通滤波器的设计原理 (2)1.5有源低通滤波器的设计方案 (3)第二章仿真 (5)2.1仿真电路图 (5)2.2 仿真结果分析 (5)2.2.1瞬态特性分析 (5)2.2.2频率特性分析 (7)第三章电路调试 (10)3．1实物面包板图 (10)3．2调试最终元器件阻值 (11)3．3 PCB制版 (12)第四章结论 (13)第五章心得体会与建议 (14)参考文献 (15)附录1：元器件清单 (16)第一章系统方案设计1.1 滤波器介绍滤波器用于对信号的频率具有选择性的电路，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，而阻止其他频率的信号通过。
巴特沃斯滤波器课程设计
《数字信号处理》课程设计报告学院信息工程学院专业通信工程专业班级学号学生姓名二0一0年十二月巴特沃斯高通数字滤波器设计要求：设计一个数字高通滤波器，要求通带截止频率ωp=0.8πrad，通带衰减不大于3dB，阻带截止频率ωs=0.44dB，阻带衰减不小于15dB。
希望采用巴特沃斯型滤波器。
一、课程设计目的：1.了解巴特沃斯高通数字滤波器滤波器的概念及原理。
2、掌握巴特沃斯高通数字滤波器滤波器的设计方法。
3、综合运用数字信号处理的理论知识对语音信号进行时频分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用 MATLAB 作为编程工具进行计算机实现。
4、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。
二、1、数字滤波器所谓数字滤波器，是指输入输出均为数字信号，通过数字运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。
正因为数字滤波通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、重量轻、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。
按照不同的分类方式，数字滤波器可以有很多种类型，但总起来可以分为两大类：经典滤波器和现代滤波器。
经典滤波器的特点是其输入信号中有用的频率成分和希望滤除的成分分别占有不同的频带，通过一个合适的选频滤波器滤除干扰，得到纯净信号，达到滤波目的。
但是，如果信号和干扰的频谱相互重叠，则经典滤波器无法有效滤除干扰，最大限度恢复信号，这就需要现代滤波器。
现代滤波器是根据随机信号的一些统计特性，在某种最佳准则下，最大限度抑制干扰，同时最大限度恢复信号，达到最佳的滤波效果的目的。
2、模拟滤波器模拟滤波器的理论和设计方法已经发展的相当成熟，且有多种典型的模拟滤波器供我们选择，如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等。
这些滤波器有严格的设计公式、现成的曲线和图表供设计人员使用，而且所涉及的系统函数都满足电路实现条件。
巴特沃斯高通滤波器教案资料
巴特沃斯高通滤波器数字图像处理实验报告（二）频域滤波增强之高通滤波一、实验目的通过高通滤波实现图像的频域滤波，加深对频域图像增强的理解；使用MATLAB语言进行编程实现。
二、实验原理1.计算需要增强的图像的傅里叶变换2.一个理想高通滤波器的转移函数满足下列条件H(u，v)=0 当D(u，v)<= d0时；H(u，v)=1 当D(u，v)> d0时3.巴特沃斯高通滤波器传递函数：H(u,v)=1/[1+(d0/D(u,v))^2n] 4．利用巴特沃斯高通滤波器增强图像三、源程序I=imread('wll.jpg');figure(1),imshow(I)I=rgb2gray(I);figure(2),imshow(I);f=double(I); % 数据类型转换，MATLAB不支持图像的无符号整型的计算g=fft2(f); % 傅立叶变换g=fftshift(g); % 转换数据矩阵[M,N]=size(g);nn=2; % 二阶巴特沃斯(Butterworth)高通滤波器d0=5;m=fix(M/2);n=fix(N/2);for i=1:Mfor j=1:Nd=sqrt((i-m)^2+(j-n)^2);if (d==0)h=0;elseh=1/(1+0.414*(d0/d)^(2*nn));% 计算传递函数 endresult(i,j)=h*g(i,j);endendresult=ifftshift(result);J2=ifft2(result);J3=uint8(real(J2));figure(3),imshow(J3); % 滤波后图像显示四、效果图原图像灰度图像当d0=5时所得图像。
脉冲响应不变法设计巴特沃斯低通滤波器课程设计
脉冲响应不变法设计巴特沃斯低通滤波器课程设计关键字：巴特沃斯低通滤波器脉冲响应不变法第二章引言滤波器设计在电子工程、应用数学和计算机科学领域都是非常重要的内，。
而低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数（movingaverage)所起的作用，低通滤波器有很多种，其中，最通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。
巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。
在振幅的对数对角频率的波得图上，从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷大。
巴特沃斯滤波器的振幅对角频率单调下降，并且也是唯一的无论阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。
只不过滤波器阶数越高，在阻频带振幅衰减速度越快。
其他滤波器高阶的振幅对角频率图和地结束的振幅对角频率有不同的形状。
第三章基本原理3.1滤波器的基本理论3.1.1滤波器的分类滤波器分两大类：经典滤波器和现代滤波器。
经典滤波器是假定输入信号中的有用成分和希望取出的成分各自占有不同的频带。
这样，当通过一个线性系统（即滤波器）后可讲欲去除的成分有效的去除。
现代滤波器理论研究的主要内容是从含有噪声的数据记录（又称时间序列）中估计出信号的某些特征或信号本身。
经典滤波器分为低通、高通、带通、带阻滤波器。
每一种又有模拟滤波器（AF）和数字滤波器（DF）。
对数字滤波器，又有IIR滤波器和FIR滤波器。
IIRDF的转移函数是：FIRDF的转移函数是：FIR滤波器可以对给定的频率特性直接进行设计，而IIR滤波器目前最通用的方法是利用已经很成熟的模拟滤波器的设计方法进行设计。
3.1.2滤波器的技术要求低通滤波器：：通带截止频率：阻带下限截止频率：通带允许的最大衰减：阻带允许的最小衰减（，的单位dB）：通带上限角频率：阻带下限角频率（，）即3.2模拟滤波器的设计3.2.1巴特沃思(Butterworth)滤波器的介绍：因为我们设计的滤波器的冲击响应一般都为实数，所以有这样，如果我们能由，，，求出，那么就容易得到所需要的。
巴特沃斯滤波器课程设计
摘要摘要本篇论文叙述了数字滤波器的基本原理，IIR数字滤波器的设计方法喝IIR数字高通滤波器设计在MATLABE上的实现与IIR数字滤波器在世纪中应用。
无限脉冲响应（IIR）数字滤波器是冲击函数包含无限个抽样值的滤波器，一般是按照预定的模拟滤波器的逼近函数来转换成相应的数字滤波器，现有的逼近函数如巴特沃斯，切比雪夫。
其设计过程都是由模拟滤波器的系统函数去变换出相应的数字滤波器的系统函数。
关键字：数字滤波器，MATLAB，巴特沃斯，切比雪夫，双线性变换法ABSTRACTABSTRACTThe queue phenomenon in the telecom offices is a normal issue. To improve the customers’satisfaction and to support the company changing, we should solve this problem properly. The basic goal to resolve queue problem is the appropriate tradeoff between the customers’ wavy demand and the telecom office s’limited service capability.This paper is based on the queuing theory and demand management theory. And based on the data collection and customer survey and interview, the author uses some statistical methods to reflect the actuality. Then the author finds the reason of queuing in telecom office from customers’ view. Furthermore, the author analyses the real demand of the customers by sorting them into types of paying and time and price sensitivity.To follow up, three solutions had been brought forward: firstly, distributing the customers; secondly, stopping phone by different number; lastly, promoting the demand during the non-fastidious.Key Words: queuing theory, demand management, telecom offices目录第1章引言 (1)1.1 课程设计目的 (1)1.2 研究思路 (1)第2章研究的理论基础 (2)2.1 数字滤波器 (2)2.2 模拟滤波器 (2)第3章巴特沃斯滤波器的设计 (3)3.1 确定滤波器阶数 (3)3.2 巴特沃斯带阻滤波器系数计算 (4)第4章巴特沃斯滤波器设计仿真 (5)4.1 巴特沃斯低通滤波器实例仿真 (5)4.2 巴特沃斯高通滤波器实例仿真 (6)4.3 巴特沃斯带通滤波器实例仿真 (7)4.4 巴特沃斯带阻滤波器实例仿真 (8)第5章基于需求管理的CD电信营业厅排队优化措施 (9)5.1 顾客的需求分析 (9)5.1.1 两类缴费顾客的对比 (9)5.1.2 顾客对时间和价格的敏感度分析 (9)5.2 基于需求管理的优化措施 (10)5.2.1 分流顾客 (10)5.2.2 分号停机 (10)5.2.3 促进非高峰期需求 (13)5.3 优化实施后的排队模型 (13)参考文献 (14)致谢 (16)附录 (17)附录一：06年11月CD电信新华营业厅日缴费顾客半小时到达数据 (17)附录二：顾客调查问卷 (17)附录三：仿真分号停机策略的MATLAB程序命令 (17)附录四：分号停机策略实施前后日缴费顾客数量对比表 (17)外文资料原文 (18)译文 (19)第1章引言第1章引言1.1课程设计目的了解巴特沃斯高通数字滤波器的概念及原理，掌握巴特沃斯高通数字滤波器的设计方法，综合运用专业知识及基础知识解决实际工程技术问题。
巴特沃斯滤波器设计
二、巴特沃斯（Butterworth）低通滤波器的设计巴特沃斯低通滤波器的幅度平方函数定义为（5-8）其中C为一常数参数，N为滤波器阶数，为归一化低通截止频率,。
式中N为整数，是滤波器的阶次。
巴特沃斯低通滤波器在通带内具有最大平坦的振幅特性，这就是说，N阶低通滤波器在处幅度平方函数的前2N-1阶导数等于零，在阻带内的逼近是单调变化的。
巴特沃斯低通滤波器的振幅特性如图5-5所示。
滤波器的特性完全由其阶数N决定。
当N增加时，滤波器的特性曲线变得更陡峭，这时虽然由（5-8）式决定了在处的幅度函数总是衰减3dB，但是它们将在通带的更大范围内接近于1，在阻带内更迅速的接近于零，因而振幅特性更接近于理想的矩形频率特性。
滤波器的振幅特性对参数N的依赖关系如图5-5所示。
设归一化巴特沃斯低通滤波器的归一化频率为，归一化传递函数为，其中，则由（5-6）式和（5-8）式得：由于（5-9）所以巴特沃斯滤波器属于全极点滤波器。
1、常用设计巴特沃斯低通滤波器指标：通带截止频率；：通带衰减，单位：dB；：阻带起始频率；：阻带衰减，单位：dB。
说明：（1）衰减在这里以分贝（dB）为单位；即（2）当时为通常意义上的截止频率。
（3）在滤波器设计中常选用归一化的频率，即2、巴特沃斯低通滤波器设计实质根据设计指标要求，，，确定归一化巴特沃斯低通滤波器幅度平方函数中的待定系数C及滤波器的阶数N；然后再根据幅度平方函数确定巴特沃斯低通滤波器的传递函数H(s)。
（1）将实际频率归一化得，，再根据已知的，，幅度平方函数确定C和N。
（2）求C和N由并带入，，，得即因为，所以由两边取对数得：其中这样可以求出C和N。
注意：当时，，即C=1，此时巴特沃斯滤波器只剩下一个参数N。
（3）确定巴特沃斯滤波器的传递函数H(p)。
由于由，解得极点为：将p左半平面的极点赋予即其中为了便于设计，工程上已将当时，各阶巴特沃斯低通滤波器系统函数设计成表格供查阅，该表如表5-1所示。
Butterworth (巴特沃斯)滤波器设计参考
高通滤波器：
1 z 1 s C1 , 1 1 z
C1 c tan
c
2
,
c 1
（Note: 参考 陈佩青《数字信号处理教程》第二版 291 页 表 6-8）
2
其他带通、带阻滤波器频率变换式参考表 6-8 （下图）
3
参考设计： 1. 1 阶 Butterworth LPF 设计
频响如下
8
Butterworth 1~2 阶 LPF & HPF Filter Coefficients 以及制作成 Excel 表格分享在： /s/1hqw2mby 可以下载使用，选择对应的类型，设定相应的 fs & fc 就能自动计算出 Filter Coefficients。
(Note: 参考 陈佩青《数字信号处理教程》第二版 266 页 表 6-4)
上面的表达式是 s 域的表达式，下面是变化到 z 域的方法。
低通滤波器：
1 1 z 1 s C 1 1 z 1 C 1 c tan c 2 c 1, c 2 f c / f s
Butterworth （巴特沃斯）滤波器设计参考
-- By Water 在嵌入式音频产品开发过程中经常会到 LPF（Low Pass Filter 低通滤波器）和 HPF（High Pass Filter 高通滤 波器），一般情况下都是离线用工具(如: Matlab）设计好滤波器的参数（Filter Coefficients）再应用到产品中 去。但有些状况下需要用户自己根据需求来实时(Real-time)调整 Filter Frequency Response (滤波器频率响应）, 这种情形下就需要在嵌入式系统中实时根据客户的设定需求来产生相应的 Filter Coefficients。 下文就汇总出了 N 阶 IIR LPF & HPF Butterworth 滤波器系数的设计方法， 具体的算法原理推导可以参考陈佩 青《数字信号处理教程》一书，此处只给出工程上可以应用的结论。
巴特沃斯低通滤波器公式 巴特沃斯低通滤波器设计原理
巴特沃斯低通滤波器公式巴特沃斯低通滤波器设计原理
巴特沃斯低通滤波器可用如下振幅的平方对频率的公式表示：其中, = 滤波器的阶数= 截止频率= 振幅下降为-3分贝时的频率=通频带边缘频率在通频带边缘的数值。
关于“巴特沃斯低通滤波器公式巴特沃斯低通滤波器设计原理”的详细说明。
1.巴特沃斯低通滤波器公式
巴特沃斯低通滤波器可用如下振幅的平方对频率的公式表示：
其中, = 滤波器的阶数= 截止频率= 振幅下降为-3分贝时的频率=通频带边缘频率在通频带边缘的数值。
2.巴特沃斯低通滤波器设计原理
巴特沃斯型低通滤波器在现代设计方法设计的滤波器中，是最为有名的滤波器，由于它设计简单，性能方面又没有明显的缺点，又因它对构成滤波器的元件Q值较低，因而易于制作且达到设计性能，因而得到了广泛应用。
其中，巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。
滤波器的截止频率的变换是通过先求出待设计滤波器的截止频率与基准滤波器的截止频率的比值M，再用这个M去除滤波器中的所有元件值来实现的，其计算公式如下：M=待设计滤波器的截止频率/基准滤波器的截止频率。
滤波器的特征阻抗的变换是通过先求出待设计滤波器的特征阻抗与基准滤波器的特征阻抗的比值K，再用这个K去乘基准滤波器中的所有电感元件值和用这个K去除基准滤波器中的
所有电容元件值来实现的。
巴特沃斯数字低通滤波器的设计—双线性变换法
课程设计任务书2010—2011学年第一学期专业： 通信工程 学号： 080110509 姓名： 郭威课程设计名称： 数字信号处理课程设计设计题目： 巴特沃斯数字低通滤波器的设计—双线性变换法完成期限：自 2011 年 1 月 3 日至 2011 年 1 月 9 日共 1 周一．设计目的1．巩固所学的理论知识。
2．提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。
3．更好地将理论与实践相结合。
4．掌握信号分析与处理的基本方法与实现。
5．熟练使用MATLAB 语言进行编程实现。
二．设计内容已知四阶归一化低通巴特沃斯模拟滤波器系统函数为()16131.24142.36131.21234++++=s s s s s H a ，编写MATLAB 程序实现从()s H a 设计3dB 截止频率为2π=c w 的四阶低通巴特沃斯数字滤波器。
三．设计要求1、设采样周期为s T 1=，用双线性变换法进行设计；2、绘出滤波器的的幅频响应曲线并分析所得结果是否满足技术指标；3、和同组另一同学采用的脉冲响应不变法设计的结果进行比较分析。
四．设计条件计算机、MATLAB 语言环境五、参考资料[1] 丁玉美，高西全.数字信号处理.西安：电子科技大学出版社，2006.[2] 陈怀琛，吴大正，高西全. MATLAB 及在电子信息课程中的应用.北京：电子科技大学出版社，2003.[3] 楼顺天，李博苗.基于MATLAB 的系统分析与设计一信号处理 西安：西安电子科技大学出版社，1998.指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期： 年 月 日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字处理来达到频域滤波的目的。
本文是设计一个数字低通滤波器。
根据滤波器的设计思想，通过双线性变换法将巴特沃斯模拟低通滤波器变换到数字低通滤波器，利用MATLAB绘制出数字低通滤波器的系统幅频函数曲线。
关键词：数字滤波器；双线性变换法；巴特沃斯；MATLAB1课题描述 (1)2设计原理 (1)2.1 IIR数字滤波器设计原理 (1)2.2巴特沃斯低通滤波器的原理 (2)2.3双线性变换法 (3)3设计过程 (6)4结果分析 (8)总结 (11)参考文献 (12)1课题描述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。
巴特沃斯滤波器的设计
巴特沃斯滤波器的设计武汉理工大学《数字信号处理》课程设计说明书目录1数字滤波器的设计滤波器的分类数字滤波器性能指标数字滤波器设计方法概述巴特沃斯滤波器用冲击响应不变法设计IIR数字低通滤波器用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器 2 本次课程设计中相关MATLAB函数循环结构for语句 buttord函数 butter函数 freqz函数 impz函数 3程序设计及运行结果 4心得体会 5武汉理工大学《数字信号处理》课程设计说明书2 本次课程设计中相关MATLAB函数循环结构for语句基本格式for 循环变量＝起始值：步长：终止值循环体 end 步长缺省值为1，可以在正实数或负实数范围内任意指定。
对于正数，循环变量的值大于终止值时，循环结束；对于负数，循环变量的值小于终止值时，循环结束。
循环结构可以嵌套使用。
buttord函数(1)[N,wc]=buttord(wp，ws，αp，αs)用于计算巴特沃斯数字滤波器的阶数N和3dB截止频率wc。
其中，调用参数wp，ws分别为数字滤波器的通带、阻带截止频率的归一化值，要求：0≤wp≤1，0≤ws≤1(1表示数字频率pi)。
当ws≤wp时，为高通滤波器；当wp和ws为二元矢量时，为带通或带阻滤波器，这时wc也是二元向量。
αp，αs分别为通带最大衰减和组带最小衰减。
N，wc为butter函数的调用参数。
(2)[N,Ωc]=buttord(Ωp，Ωs，αp，αs，‘s’)用于计算巴特沃斯模拟滤波器的阶数N和3dB截止频率Ωc。
其中，Ωp，Ωs，Ωc均为实际模拟角频率。
说明：buttord函数使用阻带指标计算3dB截止频率，这样阻带会刚好满足要求，而通带会有富余。
butter函数(1)[b，a]=butter计算N阶巴特沃斯数字滤波器系统函数分子、分母多项式的系数向量b、a。
其中，调用参数N和wc分别为巴特沃斯数字滤波器的阶数和3dB截止频率的归一化值，一般是调用buttord(1)格式计算N和wc。
数字信号处理课程设计-巴特沃斯带阻滤波器的设计
郑州轻工业学院课程设计任务书题目模拟巴特沃斯带阻滤波器的设计专业、班级信息08-1 学号 200807070129 姓名秦伟伟主要内容、基本要求、主要参考资料等：1、主要内容1）设计巴特沃斯模拟低通原型滤波器；2）按频率变换设计巴特沃斯模拟带阻滤波器；3）对比模拟低通原型滤波器和模拟带阻滤波器并加以分析2、基本要求（1）编制MATLAB下的m文件实现主要内容。
（2）书写课程设计报告。
3、主要参考资料杨永双等编.数字信号处理实验指导书.郑州：郑州轻工业学院，2007 丁玉美等编著.数字信号处理第三版.西安电子科技大学出版社，2006 完成期限：指导教师签名：课程负责人签名：年月日第一章、理论简单介绍 (1)1、1 MATLAB概述 (1)1、2 滤波器设计 (2)1、3 基本定理 (4)第二章、设计目的、要求、指标 (5)2、1 设计目的 (5)2、2 设计要求 (5)2、3 设计指标 (6)第三章、程序代码和结果分析 (6)3、1 程序代码 (6)3、2结果与分析 (7)心得体会 (8)参考文献: (10)第一章、理论简单介绍1、1 MATLAB概述MATLAB 是一个可视化的计算程序，被广泛地应用在科学运算领域里。
它具有功能强大、使用简单等特点，内容包括：数值计算、符号计算、数据拟合、图形图像处理、系统模拟和仿真分析等功能。
此外，用Matlab 还可以进行动画设计、有限元分析等。
MATLAB系统包括五个主要部分：1）开发环境：这是一组帮助你使用MATLAB的函数和文件的工具和设备。
这些工具大部分是图形用户界面。
它包括MATLAB桌面和命令窗口，命令历史，和用于查看帮助的浏览器，工作空间，文件和查找路径。
2）MATLAB数学函数库：这里汇集了大量计算的算法，范围从初等函数如：求和，正弦，余弦和复数的算术运算，到复杂的高等函数如：矩阵求逆，矩阵特征值，贝塞尔(Bessel)函数和快速傅立叶变换等。
巴特沃斯滤波器设计
实际设计中所能得到的滤波器的频率特性与理想滤波器的频率特性之间存在着一些显著的差 别，现以低通滤波器的频率特性为例进行说明。
1. 理想滤波器的特性：
设滤波器输入信号为 x(t) ，信号中混入噪音 u(t) ，它们有不同的频率成分。滤波器的单位脉冲
响应为 h(t) 。则理想滤波器输出为：
位没有特殊要求，则可以各种不同的组合来分配左半平面和右半平面的零点。
（3）根据具体情况，对比 A() 与 Ha (s) 的低频或高频特性就可以确定出增益常数 k。
例 5.1 根据以下幅度平方函数 A2 () 确定滤波器的系统函数 Ha (s) 。
A2
()
16(25 2 )2 (49 2 )(36 2
为了克服脉冲响应不变法的多值映射这一缺点我们首先把整个s平面压缩变换到某一中介的平面的一横带里宽度为即从然后再通过上面讨论过的标准变换关系将此横带变换到整个z平面上去这样就使s平面与z平面是一一对应的关系消除了多值变换性也就消除了频谱混叠现象基本原理如图513所示
数字信号处理电子教案
第五章 IIR 数字滤波器设计
c ——截止频率 s ——阻带起始频率
1 1 11
H (e j )
s c ——过渡带宽 在通带内幅度响应以 1 的误差接近于 1，即
11 H (e j ) 11 c
通带
2
过渡带 阻带
0
c s
图 5-3 实际滤波器的频率特性
s 为阻带起始频率，在阻带内幅度响应以小于 2 的误差接近于零，即
4(s2 25)
4s2 100
Ha (s) (s 6)(s 7) s2 13s 42
二、巴特沃斯（Butterworth）低通滤波器的设计
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摘要摘要本篇论文叙述了数字滤波器的基本原理，IIR数字滤波器的设计方法喝IIR数字高通滤波器设计在MATLABE上的实现与IIR数字滤波器在世纪中应用。
无限脉冲响应（IIR）数字滤波器是冲击函数包含无限个抽样值的滤波器，一般是按照预定的模拟滤波器的逼近函数来转换成相应的数字滤波器，现有的逼近函数如巴特沃斯，切比雪夫。
其设计过程都是由模拟滤波器的系统函数去变换出相应的数字滤波器的系统函数。
关键字：数字滤波器，MATLAB，巴特沃斯，切比雪夫，双线性变换法ABSTRACTABSTRACTThe queue phenomenon in the telecom offices is a normal issue. To improve the customers’satisfaction and to support the company changing, we should solve this problem properly. The basic goal to resolve queue problem is the appropriate tradeoff between the customers’ wavy demand and the telecom office s’limited service capability.This paper is based on the queuing theory and demand management theory. And based on the data collection and customer survey and interview, the author uses some statistical methods to reflect the actuality. Then the author finds the reason of queuing in telecom office from customers’ view. Furthermore, the author analyses the real demand of the customers by sorting them into types of paying and time and price sensitivity.To follow up, three solutions had been brought forward: firstly, distributing the customers; secondly, stopping phone by different number; lastly, promoting the demand during the non-fastidious.Key Words: queuing theory, demand management, telecom offices目录第1章引言 (1)1.1 课程设计目的 (1)1.2 研究思路 (1)第2章研究的理论基础 (2)2.1 数字滤波器 (2)2.2 模拟滤波器 (2)第3章巴特沃斯滤波器的设计 (3)3.1 确定滤波器阶数 (3)3.2 巴特沃斯带阻滤波器系数计算 (4)第4章巴特沃斯滤波器设计仿真 (5)4.1 巴特沃斯低通滤波器实例仿真 (5)4.2 巴特沃斯高通滤波器实例仿真 (6)4.3 巴特沃斯带通滤波器实例仿真 (7)4.4 巴特沃斯带阻滤波器实例仿真 (8)第5章基于需求管理的CD电信营业厅排队优化措施 (9)5.1 顾客的需求分析 (9)5.1.1 两类缴费顾客的对比 (9)5.1.2 顾客对时间和价格的敏感度分析 (9)5.2 基于需求管理的优化措施 (10)5.2.1 分流顾客 (10)5.2.2 分号停机 (10)5.2.3 促进非高峰期需求 (13)5.3 优化实施后的排队模型 (13)参考文献 (14)致谢 (16)附录 (17)附录一：06年11月CD电信新华营业厅日缴费顾客半小时到达数据 (17)附录二：顾客调查问卷 (17)附录三：仿真分号停机策略的MATLAB程序命令 (17)附录四：分号停机策略实施前后日缴费顾客数量对比表 (17)外文资料原文 (18)译文 (19)第1章引言第1章引言1.1课程设计目的了解巴特沃斯高通数字滤波器的概念及原理，掌握巴特沃斯高通数字滤波器的设计方法，综合运用专业知识及基础知识解决实际工程技术问题。
1.2研究思路通过对目前主流各型滤波器的学习与研究，掌握滤波器设计的基本知识，再通过具体学习巴特沃斯型滤波器，正确地设计出一款巴特沃斯型高通滤波器。
再运用模拟软件验证设计思路与实验数据。
最终完全掌握巴特沃斯型滤波器的设计方法。
1电子科技大学成都学院本科毕业设计论文（或电子科技大学成都学院课程设计）第2章研究的理论基础2.1数字滤波器数字滤波器是指输出输入均为数字信号，通过数字运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字期间或程序。
因为数字滤波器通过数值运算实现滤波，所以狮子滤波器处理精度高，稳定，体积小，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。
按照不同的分类方式，数字滤波器可以有很多种类型，但总的来说可以分为两大类：经典滤波器和现代滤波器。
经典滤波器的特点是其输入信号中有用的成分和希望滤除的成分分别占有不同的频带，通过一个合适的选频滤波器滤除干扰，得到纯净信号，打到滤波目的。
但是，如果信号和干扰信号的频谱相互重叠，经典滤波器则无法有效滤除干扰。
现代滤波器是根据随机信号的一些统一特性，在某种最佳准则下，最大限度的抑制干扰，同时最大限度地恢复信号，达到最佳滤波目的。
2.2模拟滤波器模拟滤波器分为无源滤波器和有源滤波器，其中无源滤波器由R、L、C组成，有源滤波器由集成运放和R、C组成，不需要使用电感。
集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。
但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。
典型的模拟滤波器有巴特沃斯滤波器，切比雪夫滤波器，椭圆滤波器，贝塞尔滤波器等。
这些典型的滤波器各有各的特点：巴特沃斯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或阻带有等波纹特性，可以提高选择性。
贝塞尔滤波器通带内有较好的线性特性。
椭圆滤波器的特性相对前三者是最好的，但通带和阻带内均呈现等波纹性，相位特性的非线性也稍严重。
设计师需要根据具体要求选择滤波器的类型。
第3章 CD 电信营业厅排队问题现状第3章 巴特沃斯滤波器的设计3.1 确定滤波器阶数假设通带频率在0.3π内，通带幅度波动小于1Db ，阻带频率范围在0.5π~πrad 内，阻带衰减大于12Db 。
数字指数：ωP =0.3π，ωs=0.5π 求Ωp ，Ωs 利用频率畸变公式得：p p 2231=tan =tan =0.019220T T T ωΩ⨯π，s s 222=tan =tan =24T T TωΩπ确定滤波器阶数：s sp p == 1.96311.019T T λΩ=Ω⨯sp k spspk lg lg 0.132=-=- 3.0023lg1.963lg 4N N λ≈=确定系统函数：()4321p = 2.613 3.4142 2.61311G P P P P ++++电子科技大学成都学院本科毕业设计论文（或电子科技大学成都学院课程设计）()()p 110.10.11224c p 1 1.2065=101=1.019101=N T Tα-⨯⨯ΩΩ-⨯⨯- 111111c c s 21z 121z 21z p=s===1z 1z 1.20651z T T ---------⨯⨯Ω+Ω++()()1234123414z 6z 4z z z =p =34.1675441.34654z 32.5427z 11.06234z 1.69864z H G --------++++-+-+3.2 巴特沃斯带阻滤波器系数计算带阻滤波器(又称陷波器)的作用是抑制某一频率信号而通过其他频率的信号。
在Matlab 中用[b ，a]=butterord(n ，Wn ，′stop ′，′s ′)语句来实现带阻滤波器，其中[b ，a]是滤波器传递函数多项式的系数;n 为滤波器的阶数;wn=[fl*2*pi fu*2*pi]分别为阻带低端一3 dB 和高端一3 dB 处的角频率;′s ′表示模拟滤波器的。
巴特沃特带阻滤波器返回分子分母多项式系数，还可以作出增益曲线，以及求出相位响应以及群延时响应。
带阻滤波器遵循规律：Wp 和Ws 为二元矢量且Wp>Ws ，如Wp=[0.1,0.8],Ws=[0.2,0.7]。
[b,a]= buttord(ceil （n/2）,[W1,W2],’stop ’) % n 为buttord （）设计出的带阻滤波器阶数% 根据MATLAB 帮组文件，butter(n,[W1,W2]，‘stop ’)将返回2*n 阶滤波器系数 % Wn 为带通滤波器截止频率，Wn=[W1,W2],是2元向量 % 注意，带通滤波器阶数是2倍关系 % b 为H （z ）的分子多项式系数 % a 为H （z ）的分母多项式系数第4章CD电信营业厅排队问题的原因分析第4章巴特沃斯滤波器设计仿真4.1巴特沃斯低通滤波器实例仿真采样率为8000Hz，设计一个巴特沃斯低通滤波器，通带截止频率为2KHz，阻带截止频率为3KHz，通带波纹系数为1，阻带衰减系数为20，采样频率为10KHz，则只需在MATLAB的命令窗口下键入程序如下：f_N=8000;f_p=2100;f_s=2500;R_p=3;R_s=25;Ws=f_s/(f_N/2);Wp=f_p/(f_N/2);[n,Wn]=buttord(Wp,Ws,R_p,R_s); [b,a]=butter(n,Wn); freqz(b,a,1000,8000)subplot(2,1,1);axis([0 4000 -30 3])程序运行后所设计出的巴特沃斯低通滤波器的频率响应如图4-1所示。
横坐标为：angular frequency(red/s) 纵坐标为：phase(degrees)和gain(dB)。
从图中可以得出，仿真后的频率响应满足的设计要求。
图4-1 巴特沃斯低通滤波器的频率响应图电子科技大学成都学院本科毕业设计论文（或电子科技大学成都学院课程设计）4.2巴特沃斯高通滤波器实例仿真采样率为8000Hz，设计一个巴特沃斯高通滤波器，通带截止频率为2KHz，阻带截止频率为3KHz，通带波纹系数为1，阻带衰减系数为20，采样频率为10KHz，f_p=1000 Hz;f_s=700Hz,Rp=3dB,Rs=20dB。