基于maab的数字滤波器设计及滤波仿真Word文档下载推荐.docx

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②巴特沃斯模拟滤波器的设计：

[N,Wc]=buttord（Wp,Ws,ap,as,'

s'

）

[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。

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。

αp，αs分别为通带最大衰减和组带最小衰减（dB）。

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。

N，wc作为butter函数的调用参数。

坛

[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。

Ωp，Ωs，Ωc均为实际模拟角频率

[BS,AS]=butter（N,Wc,'

[B,A]=BUTTER（N,Wn），设计一个阶数为n，频率为Wn的低通滤波器;

[B,A]=BUTTER（N,Wn,ftype）可以设计高通，带阻滤波器，其中ftype参数的形式可以指定何种滤波器，ftype为‘high’时，设计一个阶数为n，频率为Wn的高通滤波器;

ftype为‘stop’时，得到滤波器阶数为2*n，频率范围为Wn=[W1,W2]的带阻滤波器;

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）

[Y,Zf]=FILTER（B,A,X,Zi），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，并输入Zi指定X的初始状态，Zf为最终状态矢量

（2）Simulink的使用方法：

模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住鼠标左键不放）而放到模型窗口中进行处理。

在模型窗口中，选中模块，则其4个角会出现黑色标记。

此时可以对模块进行以下的基本操作。

移动：

选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。

若要脱离线而移动，可按住shift键，再进行拖曳。

复制：

选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模块。

删除：

选中模块，按Delete键即可。

若要删除多个模块，可以同时按住Shift键，再用鼠标选中多个模块，按Delete键即可。

也可以用鼠标选取某区域，再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等全部删除。

转向：

为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时需要转向。

在菜单Format中选择FlipBlock旋转180度，选择RotateBlock顺时针旋转90度。

或者直接按Ctrl+F键执行FlipBlock，按Ctrl+R键执行RotateBlock。

改变大小：

选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。

模块命名：

先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。

名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜单中的FlipName来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。

HideName可以隐藏模块名称。

颜色设定：

Format菜单中的ForegroundColor可以改变模块的前景颜色，BackgroundColor可以改变模块的背景颜色；

而模型窗口的颜色可以通过ScreenColor来改变。

参数设定：

用鼠标双击模块，就可以进入模块的参数设定窗口，从而对模块进行参数设定。

参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以点击其上的help按钮。

通过对模块的参数设定，

就可以获得需要的功能模块。

属性设定：

选中模块，打开Edit菜单的BlockProperties可以对模块进行属性设定。

包括Description属性、Priority优先级属性、Tag属性、Openfunction属性、Attributesformatstring属性。

其中Openfunction属性是一个很有用的属性，通过它指定一个函数名，则当该模块被双击之后，Simulink就会调用该函数执行，这种函数在MATLAB中称为回调函数。

模块的输入输出信号：

模块处理的信号包括标量信号和向量信号；

标量信号是一种单一信号，而向量信号为一种复合信号，是多个信号的集合，它对应着系统中几条连线的合成。

缺省情况下，大多数模块的输出都为标量信号，对于输入信号，模块都具有一种“智能”的识别功能，能自动进行匹配。

某些模块通过对参数的设定，可以使模块输出向量信号。

（3）SPTool的使用方法:

SPTool图形化信号处理工具的使用SPTool工具提供四个基本的信号处理图形用户界面（GUI）程序，它们分别是

（1）信号浏览器：

用于浏览可视化的信号图像

（2）滤波器设计器：

可用于设计和编辑FIR和IIR数字滤波器，绝大多数

MATLAB信号处理工具箱提供的命令行函数都可以在这个可视化的滤波

器设计器中被调用，用户调用Pole/Zero编辑器设计出符合自己需要的滤

波器。

（3）滤波器浏览器：

这个工具主要用于分析滤波器的特性。

（4）频谱浏览器：

用于频谱分析，使用工具箱提供的频谱估计函数去分析某个

信号序列的功率谱密度。

实验步骤：

1、打开SPTool主界面

单击start----Toolboxes----signalprocessional----SPTool，或者直接在命令行输入SPTool，启动SPTool工具，出现主界面：

主界面有三栏列表，包括信号源列表、滤波器列表和频谱列表。

2、用户能够从MATLAB主工作空间中导入信号序列、滤波器或频谱。

如从工作空间中导入信号源数据：

单击File---import，出现设置参数，产生的信号源命名为signal1，点击OK，可看到在主界面的信号列表中增加一个signal1[vector]项。

3、滤波器的设计

（1）可以从工作空间中直接导入已设计好的滤波器系数（如大作业中用FDATool设计好的滤波器的系数）：

（2）也可以直接在SPTool中进行设计产生。

如选择频谱列表中的filt1[design]，单击Edit，或者在频谱列表中单击New，出现：

为比较两个信号的频谱，首先创建一个功率谱密度对象spect1，在SPTool主窗口中选择signal1[vector]，然后单击频谱列表下面的Create按钮，这时会弹出频谱浏览器窗口。

即使用缺省的参数创建了信号signal1的频谱，单击Apply，这是频谱图像就会显示出来。

同样可创建另一个OUT2频谱图soect2。

然后在频谱列表中使用shift同时选中两个频谱，单击View就可显示在频谱浏览器中，这样就可以比较滤波前后的频谱变化。

2、实验内容

（1）设计三个频率混合的信号y，频率可设为100Hz、1000Hz、10000Hz；

（2）设计3个巴特沃斯模拟滤波器，分别为低通、高通、带通；

（3）用双线性变换法将设计好的巴特沃斯滤波器转换为数字滤波器；

（4）对混合信号y进行滤波；

（5）比较滤波前后信号各分量的变化；

（6）调试滤波器参数；

（8）Simulink仿真；

（9）SPTool仿真；

（10）总结报告。

3、实验步骤

（1）Matlab程序设计：

clc;

fs=4000;

t=0:

1/fs:

1;

x=sin（2*pi*20*t）+sin（2*pi*100*t）+sin（2*pi*200*t）;

%低通滤波器设计：

wp=2*30/fs;

ws=2*60/fs;

Rp=1;

As=30;

subplot（331）;

plot（t,x）;

title（'

原始信号'

）;

[N,wc]=buttord（wp,ws,Rp,As）;

[B,A]=butter（N,wc）;

[H,W]=freqz（B,A）;

y=filter（B,A,x）;

subplot（334）;

plot（W,abs（H））;

低通滤波器'

subplot（337）;

plot（t,y）

30Hz信号'

%高通滤波器设计：

wp=2*170/fs;

ws=2*120/fs;

Rp=20;

As=50;

subplot（332）;

[B,A]=butter（N,wc,'

high'

subplot（335）;

高通滤波器'

subplot（338）;

plot（t,y）;

200Hz信号'

%带通滤波器设计：

fp=[70130];

fs=[30170];

wp=2*fp/Fs;

ws=2*fs/Fs;

rp=0.5;

rs=50;

subplot（333）;

[N,wc]=ellipord（wp,ws,rp,rs）;

[B,A]=ellip（N,rp,rs,wc）;

[H,w]=freqz（B,A）;

subplot（336）;

带通滤波器'

subplot（339）;

100Hz信号'

（2）Sinmulink仿真：

参数设计：

自上而下分别是频率为20Hz、200Hz、100Hz，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

（3）SPTool和FADtool应用：

：

SPTool主界面

导入原始信号数据

原始信号：

设计低通滤波器：

设计高通滤波器：

设计带通滤波器：

五、实验结果与分析

1、实验现象、数据记录

*上图左边为经过低频滤波器滤波后的低频信号，右边为原低频信号

*上图左边为经过高频滤波器滤波后的低频信号，右边为原高频信号

*上图左边为经过带通滤波器滤波后的中频信号，右边为原中频信号

（3）SPTool和FADtool应用：

低通滤波后的信号：

高通滤波后的信号：

带通滤波后的信号：

指导教师签名：

年月日

2、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论：

经过程序设计的方法，Sinmulink仿真，SPTool和FADtool三种方法均能得到理想的结果；

但三种方法各不相同，相比而言后者较前者操作简单；

3、主要关键和创新点：

用程序设计的方法，Sinmulink仿真，SPTool和FADtool应用分别进行滤波器设计，进过比较，发现，它们效果相同，而Sinmulink仿真比程序设计的方法简单，SPTool和FADtool又比Sinmulink操作上直观、方便。

可见Matlab的功能强大，实现方法多；

作为应用人员，要了解每一种方法，并掌握最简单的方法。

Sinmulink的sin函数信号发生的频率

六、指导老师评语及得分：

签名：

年月日

七、中心意见：

中心主任：

年月日