基于matlab濾波器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-文庫吧
2025-06-12 18:19 本頁面
【正文】 1引 言在工程實(shí)際中遇到的信號(hào)經(jīng)常伴有噪聲，為了消除或減弱噪聲，提取有用信號(hào)，必須進(jìn)行濾波，能實(shí)現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器。嚴(yán)格地講，濾波器可以定義為對(duì)已知的激勵(lì)提供規(guī)定響應(yīng)的系統(tǒng)，響應(yīng)的要求可以在時(shí)域或頻域內(nèi)給定。濾波器的功能主要由其系統(tǒng)函數(shù)決定。濾波技術(shù)在通信測量、數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)及電力系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。濾波器的設(shè)計(jì)在這些領(lǐng)域中必不可少, 甚至是至關(guān)重要的環(huán)節(jié), 其優(yōu)劣將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。濾波器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是找到一個(gè)穩(wěn)定可實(shí)現(xiàn)的逼近函數(shù), 其頻率特性滿足所需濾波器的所有要求。雖然目前已有多種成熟的逼近函數(shù)（矩形窗等）, 然而不論哪種逼近函數(shù)都需要進(jìn)行非常繁瑣的計(jì)算, 而且通過綜合設(shè)計(jì)確定實(shí)現(xiàn)這一傳遞函數(shù)的電路及其元件值的過程也很復(fù)雜。MATLAB 中提供了豐富的用于模擬濾波器設(shè)計(jì)和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的函數(shù), 通過編程可以很容易實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通、帶阻濾波器, 并能畫出濾波器的幅頻、相頻特性曲線。本文是通過舉例設(shè)計(jì)模擬和數(shù)字兩種濾波器的設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)、電路圖的以及仿真出其波形。 2 MATLAB軟件的簡單介紹MATLAB是國際公認(rèn)的優(yōu)秀科技應(yīng)用軟件，是計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)、算法研究和應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)工具和首選平臺(tái)，是目前科學(xué)研究領(lǐng)域最流行的應(yīng)用軟件，其特點(diǎn)概括為[1]：(1) 高效的數(shù)字計(jì)算方法及符號(hào)計(jì)算功能，使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來。(2) 完備的圖形處理功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化。(3) 友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語言，使學(xué)習(xí)者易于學(xué)習(xí)和掌握。(4) 功能豐富的應(yīng)用工具箱，為用戶提供了大量方便而實(shí)用的處理工具。(5) Simulink動(dòng)態(tài)建模與仿真系統(tǒng)，豐富而功能強(qiáng)大的器件庫，提供了實(shí)時(shí)方便的仿真手段。MATLAB軟件是由美國Mathworks公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境。MATLAB是英文Matrix Laborutory（矩陣實(shí)驗(yàn)室)的縮寫。是現(xiàn)今國際公認(rèn)的最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件，它具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和工程運(yùn)算功能、符號(hào)計(jì)算功能和科學(xué)數(shù)據(jù)可視化能力。廣泛應(yīng)用于數(shù)值計(jì)算、圖形分析、過程控制、系統(tǒng)識(shí)別、實(shí)時(shí)控制和動(dòng)態(tài)仿真等領(lǐng)域。成為大學(xué)生、碩士生和博士生必須掌握的基本技能。同時(shí)，MATLAB也被研究單位和工業(yè)部門廣泛應(yīng)用，使科學(xué)研究和解決各種具體問題的效率大大提高。MATLAB集成環(huán)境主要包括五個(gè)部分[2]：MATLAB語言、MATLAB工作環(huán)境、句柄圖形、MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫和數(shù)學(xué)建模、小波分析、MATLAB API(App lication Program Interface)。MATLAB語言是以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位，包括控制流程語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸人輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c(diǎn)的高級(jí)語言。利用SIMULINK對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真與分析[3]，在進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境后，不需要書寫代碼，只需使用鼠標(biāo)拖動(dòng)庫中的功能模塊并將它們連接起來，再按照實(shí)驗(yàn)要求修改各元器件的參數(shù)。通過虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境建立實(shí)驗(yàn)仿真電路模型，可使一些枯燥的電路變得有趣味，復(fù)雜的波形變得形象生動(dòng)，使得各種復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換過程比較直觀地呈現(xiàn)。3 基于MATLAB的濾波器設(shè)計(jì)由于濾波器種類的不同，在此討論基于MATLAB的模擬濾波器設(shè)計(jì)和基于MATLAB的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。 利用MATLAB確定低通濾波器的階數(shù)和幅頻特性曲線 設(shè)計(jì)要求: 模擬信號(hào)輸入濾波器, 要求在50Hz處的衰減為1dB, 在400Hz處的最小衰減為60dB帶內(nèi)增益為4, 通帶內(nèi)無波紋, 而且要減小截止頻率后波形的起伏。根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，低通濾波器采用Butterworth濾波器, 因?yàn)樗哂休^平坦的幅頻特性, 而且其元件值比較合乎實(shí)際、對(duì)精度要求稍寬。下面利用MATLAB 確定該低通濾波器的階數(shù), 并畫出其幅頻特性(圖1)，程序代碼如下[4]:Wp= 50*2*pi。Ws=400*2*pi。Rp=1。Rs=60。[N,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,39。s39。)Fc=Wn/(
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