基于MATLAB的IIR滤波器的设计Word文件下载.docx

1、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MATL

2、AB 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ABSTRACTABSTRACTThe digi

3、tal filter is a linear timeinvariant system what is used to filter the digital signal. Compared with the analog processing, the digital processing are higher flexibility, higher precision, lower cost and the environment without special requirement, etc. It can not only realize the most function of a

4、nalog filter, but also can complete the specific function that the analog filter is unable to realize due to cost and reliability of filter. The digital filter is usually divided into infinity impulse response （IIR） filter and finite impulse response （FIR） filter. Relative to the FIR filter, IIR fil

5、ters have higher operation efficiency and lower cost of hardware. So it often becomes the first choice of the digital filter, and is widely used in military, industrial production, medical instrument, daily communication, etc.Based on the design principle of IIR digital filter, the paper puts forwar

6、d the fast design method of IIR digital filter, and rapidly realizes the IIR digital filter in the MATLAB environment. Its main contents can be summarized as follows. Firstly, MATLAB and Simulink software are introduced, and how to realize the digital filter in MATLAB environment is introduced in th

7、is paper. Secondly, the basic concepts of IIR digital filter are described. Including the description of the system, the system transfer function, the system model, and the relative analog filters. Then the design process of IIR digital filter and some design methods （such as bilinear transformation

8、 method or impulse response not strain, etc.） are mainly described in this paper. Finally, the specific design methods of IIR filters are described in detail.Key words: MATLAB, IIR digital filter, Simulation filter, Impulse response dont strain, Bilinear transformation method攀枝花学院毕业论文设计目录目 录2摘要IABST

9、RACTII1 绪 论11.1 MATLAB 软件的介绍11.2 Simulink 软件的介绍21.3 数字滤波器及 MATLAB 实现21.4 该课题研究的主要任务和内容31.5 本章小结32 IIR 数字滤波器简介42.1 数字滤波器简介42.2 IIR 滤波器简介42.2.1 IIR 滤波器的传递函数模型42.2.2 IIR 滤波器的状态方程模型52.2.3 IIR 滤波器的零极点模型52.3 模拟滤波器的相关介绍62.4 IIR 数字滤波器的主要技术指标72.5 IIR 数字滤波器的设计过程82.6 本章小结93 IIR 数字滤波器的实现方法103.1 冲激响应不变法103.2 双线性

10、变换法113.3 常用模拟滤波器原型的设计143.3.1 巴特沃斯低通滤波器的设计143.3.2 切比雪夫低通滤波器的设计183.3.3 椭圆低通滤波器的设计223.3.4 各种滤波器的特性讨论253.4 本章小结254 IIR 数字滤波器综合设计264.1 基于直接变换法的 MATLAB 仿真264.2 IIR 数字滤波器滤波综合实例274.3 仿真分析294.4 本章小结29结论30参考文献31致谢321绪 论1绪 论1.1 MATLAB 软件的介绍MATLAB 是英文 MATrix LABoratory（ 矩阵实验室） 的缩写。 目前的MATLAB7.0 版集成了MATLAB7 编辑器，

11、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 Math Works 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

12、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

13、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。1.2 Simulink 软件的介绍Simulink 是 MATLAB 的重要组成部分，现在较为流行的 MA

14、TLAB7.0 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

15、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 1.1Simulink 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