基于MATLAB的IIR滤波器的设计Word文件下载.docx

基于MATLAB的IIR滤波器的设计Word文件下载.docx

《基于MATLAB的IIR滤波器的设计Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于MATLAB的IIR滤波器的设计Word文件下载.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

攀枝花学院毕业论文设计 摘要

摘 要

数字滤波器是对数字信号进行滤波的线性时不变系统。

与模拟处理相比，数字处理具有灵活性强、精度高、处理成本低以及对环境没有特殊要求等优点。

它不仅能实现模拟滤波器的大部分功能，而且还能完成模拟滤波器由于成本、可靠性等原因而无法具体实现的功能。

数字滤波器通常分为无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器。

相对于FIR滤波器而言，IIR滤波器具有更高的运算效率和更低的硬件成本，因此它通常成为数字滤波器的首选，并广泛地应用于军事，工业生产，医用仪器，日常通信等领域。

本文根据IIR数字滤波器的设计原理，提出了IIR数字滤波器的快速设计方法，并在MATLAB环境下实现了IIR数字滤波器的快速设计。

其主要内容概括为：

首先对MATLAB软件及Simulink进行了介绍，并对数字滤波器在MATLAB环境下如何实现进行了介绍；

其次描述了IIR数字滤波器的基本概念，其中包括系统的描述、系统的传递函数、系统的模型、相关模拟滤波器的介绍；

然后重点描述了IIR数字滤波器的设计过程及几种设计方法（如双线性变换法或冲激响应不变法等）。

最后对IIR滤波器的具体设计方法做了详细的介绍。

关键词：

MATLAB，IIR数字滤波器，模拟滤波器，冲激响应不变法，双线性变换法

II

攀枝花学院毕业论文设计 ABSTRACT

ABSTRACT

Thedigitalfilterisalineartime­

invariantsystemwhatisusedtofilterthedigitalsignal.Comparedwiththeanalogprocessing,thedigitalprocessingarehigherflexibility,higherprecision,lowercostandtheenvironmentwithoutspecialrequirement,etc.Itcannotonlyrealizethemostfunctionofanalogfilter,butalsocancompletethespecificfunctionthattheanalogfilterisunabletorealizeduetocostandreliabilityoffilter.Thedigitalfilterisusuallydividedintoinfinityimpulseresponse（IIR）filterandfiniteimpulseresponse（FIR）filter.RelativetotheFIRfilter,IIRfiltershavehigheroperationefficiencyandlowercostofhardware.Soitoftenbecomesthefirstchoiceofthedigitalfilter,andiswidelyusedinmilitary,industrialproduction,medicalinstrument,dailycommunication,etc.

BasedonthedesignprincipleofIIRdigitalfilter,thepaperputsforwardthefastdesignmethodofIIRdigitalfilter,andrapidlyrealizestheIIRdigitalfilterintheMATLABenvironment.Itsmaincontentscanbesummarizedasfollows.Firstly,MATLABandSimulinksoftwareareintroduced,andhowtorealizethedigitalfilterinMATLABenvironmentisintroducedinthispaper.Secondly,thebasicconceptsofIIRdigitalfilteraredescribed.Includingthedescriptionofthesystem,thesystemtransferfunction,thesystemmodel,andtherelativeanalogfilters.ThenthedesignprocessofIIRdigitalfilterandsomedesignmethods（suchasbilineartransformationmethodorimpulseresponsenotstrain,etc.）aremainlydescribedinthispaper.Finally,thespecificdesignmethodsofIIRfiltersaredescribedindetail.

Keywords:

MATLAB,IIRdigitalfilter,Simulationfilter,Impulseresponsedon'

tstrain,Bilineartransformationmethod

攀枝花学院毕业论文设计

目录

目录

2

摘 要 I

ABSTRACT II

1绪论 1

1.1MATLAB软件的介绍 1

1.2Simulink软件的介绍 2

1.3数字滤波器及MATLAB实现 2

1.4该课题研究的主要任务和内容 3

1.5本章小结 3

2IIR数字滤波器简介 4

2.1数字滤波器简介 4

2.2IIR滤波器简介 4

2.2.1IIR滤波器的传递函数模型 4

2.2.2IIR滤波器的状态方程模型 5

2.2.3IIR滤波器的零极点模型 5

2.3模拟滤波器的相关介绍 6

2.4IIR数字滤波器的主要技术指标 7

2.5IIR数字滤波器的设计过程 8

2.6本章小结 9

3IIR数字滤波器的实现方法 10

3.1冲激响应不变法 10

3.2双线性变换法 11

3.3常用模拟滤波器原型的设计 14

3.3.1巴特沃斯低通滤波器的设计 14

3.3.2切比雪夫低通滤波器的设计 18

3.3.3椭圆低通滤波器的设计 22

3.3.4各种滤波器的特性讨论 25

3.4本章小结 25

4IIR数字滤波器综合设计 26

4.1基于直接变换法的MATLAB仿真 26

4.2IIR数字滤波器滤波综合实例 27

4.3仿真分析 29

4.4本章小结 29

结 论 30

参考文献 31

致 谢 32

1

绪论

1 绪论

1.1MATLAB软件的介绍

MATLAB是英文MATrixLABoratory（矩阵实验室）的缩写。

目前的

MATLAB7.0版集成了MATLAB7编辑器，Simulink6.0仿真软件以及很多工具箱。

它的功能和特性涵盖面相当广，被用于线性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真以及图像处理等众多方面。

MATLAB自1984年由MathWorks公司推向市场以来，历经20多年的发展和竞争，现在已风靡全球。

可靠的数值计算和符号计算功能、强大的绘图功能、简单易学的语言体系以及为数众多的应用工具箱是MATLAB区别于其他科技应用软件的显著标志。

其主要功能[1]：

（1）数值计算和符号计算功能

MATLAB以矩阵作为数据操作的基本单位，此外MATLAB还提供了十分丰富的数值计算函数，而且所采用的数值计算算法都是国际公认的最先进、可靠的算法，其程序由世界一流专家编制和高度优化。

当然在实际应用中，除了数值计算外，往往要得到问题的解析解，这属于符号计算的领域。

MATLAB和著名的符号计算语言Maple相结合，使MATLAB具有了符号计算功能。

（2）绘图功能

MATLAB提供了两个层次的绘图操作：

一种是图形句柄进行的低层绘图操作，另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。

利用MATLAB图形句柄操作，用户可以灵活地对图形进行各种操作，为用户在图形表现方面开拓了一个没有束缚的广阔空间。

（3）语言体系

MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入/输出、面向对象等程序语音特征,所以它和传统语言一样，能进行程序设计且简单易学，编程效率高。

MATLAB是解释性语言，程序执行速度较慢，而且不能脱离MATLAB环境而独立运行，但其含有将MATLAB源程序编译为独立于MATLAB集成环境运行的EXE文件以及将MATLAB程序转化为C语言程序的编译器。

（4）MATLAB工具箱

MATLAB包含两部分内容：

基本部分和各种可选的工具箱。

基本部分构成了MATLAB的核心内容，也是使用和构造工具箱的基础。

MATLAB工具箱分为

9

两大类：

功能性工具箱和学科工具箱。

1.2Simulink软件的介绍

Simulink是MATLAB的重要组成部分，现在较为流行的MATLAB7.0配用

Simulink6.0。

Simulink提供了图形用户界面，用户可以用鼠标操作，从模块库中调用标准模块，将它们适当的连接起来以构成动态系统模型，并且用各模块的参数对话框为系统中各模块设置参数。

当各模块的参数设置完成后即建立起该系统的模型，如果对某一个模块未设置参数，Simulink就将该模块设置的默认参数值作为该模块的参数。

系统的模型建立之后，选择仿真参数和数值算法，便可以启动仿真程序对其进行仿真，这种操作可以用Simulink菜单，也可以用MATLAB命令实现。

在仿真过程中，用户可以设置不同的输出方式来观察仿真结果。

Simulink仿真模型在视觉上表现为直观的方框图，其文件扩展名为.mdl，在数学上体现了一组微分方程或者是差分方程，模拟了物理器件构成的实际系统的动态特性。

从宏观角度来看，Simulink模型通常包含了3类模块：

信号源（source）、系统（system）、及信宿（sink）。

图1.1所示为这种模型的一般结构。

系统即被研究系统的Simulink方框图；

信源可以是正弦波、常数、阶梯波等信号源；

信宿可以是示波器、图形记录仪等[1]。

系统、信源和信宿可以从Simulink模块库中直接获得，也可以根据需要使用库中的模块搭建而成。

信源

系统

信宿

图1.1 Simulink仿真模型的一般结构

1.3数字滤波器及MATLAB实现

数字滤波器是最基本的数字信号处理（digitalsignal