【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計論文 題 目 基于 MATLAB 的 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計與仿真 專業(yè)名稱 電子信息工程 學生姓名 指導教師 完成時間 2022年 6 月 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 I 目 錄 摘 要 ........................................................... 1 ABSTRACT........................................................ 2 前 言 ........................................................... 3 第 1章 濾波器的基本概念 ......................................... 4 濾波器的定義 ............................................ 4 濾波器的發(fā)展 ............................................ 4 濾波器的分類 ............................................ 5 第 2章 濾波器的原理與設(shè)計 ....................................... 7 模擬濾波器的原理與設(shè)計 .................................. 7 數(shù)字濾波器的原理與設(shè)計 .................................. 8 第 3章 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計 .................................... 10 IIR 數(shù)字濾波器簡介 .................................... 10 IIR 數(shù)字濾波器的主要 技術(shù) 指標 .......................... 10 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計過程 .............................. 12 IIR 數(shù)字濾波器 ................. 13 IIR數(shù)字濾波器 ..................... 16 第 4章 IIR數(shù)字濾波器的實現(xiàn) .................................... 20 matlab 簡介 ........................................... 20 matlab 的概況 ..................................... 20 matlab 的語言特點 ................................. 20 matlab 的功能 ..................................... 22 利用模擬原型進行 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計和仿真 ............. 23 (Butterworth)和橢圓數(shù)字低通濾波器的設(shè)計 .... 24 （ Chebyshev）數(shù)字濾波器的設(shè)計 .............. 30 IIR數(shù)字濾波器的直接設(shè)計法 ............................. 34 第 5章 IIR數(shù)字濾波器的綜合設(shè)計和仿真 .......................... 40 ........................... 40 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 II ........................... 42 結(jié) 論 .......................................................... 45 致 謝 .......................................................... 46 參考文獻 ....................................................... 47 畢業(yè)設(shè)計小結(jié) ................................................... 48 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 1 摘 要 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，由于信號中經(jīng)?；煊懈?種噪聲 和干擾 ，所以很多信號分析都是基于濾波器而進行的， 而數(shù)字濾波器是通過數(shù)值運算實現(xiàn)濾波，具有處理精度高、穩(wěn)定、靈活、不存在阻抗匹配問題 等優(yōu)點 ，可以實現(xiàn)模擬濾波器無法實現(xiàn)的特殊濾波功能。 數(shù)字濾 波器根據(jù)其沖激響應函數(shù)的時域特性，可分為兩種，即無限長沖激響應 (IIR)數(shù)字濾波器和有限長沖激響應 (FIR)數(shù)字濾波器。 實現(xiàn) IIR濾波器的階次較低，所用的存儲單元較少，效率高，精度高，而且能夠保留一些模擬濾波器的優(yōu)良特性，因此應用很廣。Matlab軟件以矩陣運算為基礎(chǔ)，把計算 、 可視化及程序設(shè)計有機融合到交互式工作環(huán)境中，并且為數(shù)字濾波的研究和應用提供了一個直觀、高效、便捷的利器。尤其是 Matlab中的信號處理工具箱使各個領(lǐng)域的研究人員可以直觀方便地進行科學研究與工程應用。 本文根據(jù)模擬濾波器的設(shè)計原理，提出 了 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計方法，并在 MATLAB環(huán)境下實現(xiàn)了 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計和仿真。其主要內(nèi)容概括為：首先對 濾波器的 原理和設(shè)計 進行了介紹；接著描述了 IIR數(shù)字濾波器的基本概念，其中包括系統(tǒng)的描述、系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、系統(tǒng)的模型； 接著 簡單介紹 MATLAB，并對數(shù)字濾波器在 MATLAB環(huán)境下如何實現(xiàn)進行了介紹；重點描述了 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計過程，最后對 IIR濾波器進行仿真。 關(guān)鍵詞 ： MATLAB， IIR 數(shù)字濾波器 ， 模擬濾波器 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 2 ABSTRACT In modern munication system, because the signal is often mixed with various noise and interference, so a lot of signal analysis are based on the filter and the digital filter, and through numerical arithmetic to realize filtering, has high processing precision, stable, flexible, there is no problem of impedance matching and other advantages, can realize analog filter can achieve special filtering filter based on the impulse response function in the time domain characteristics, can be divided into two types, namely, infinite impulse response (IIR) digital filters and finite impulse response (FIR) digital of IIR filter order is relatively low, the storage unit is less, high efficiency, high precision, and can retain some analog filter of excellent properties, so the application is very software for matrix putation based on the calculation, visualization, and the program design of the anic integration of the interactive environment, and digital filtering for applications in research and provides an intuitive, efficient, convenient the Matlab signal processing toolbox to various fields of research personnel can undertake scientific research and engineering application. In this paper, according to the analog filter design theory, puts forward the design of IIR digital filter method, and MATLAB environment in the realization of IIR digital filter design and main content is wraparound for: first on the filter principle and design are introduced。 then described the IIR basic concepts of digital filter, which includes system is described, the transfer function of the system, system model。 then a brief introduction of the MATLAB, and the digital filters in the MATLAB environment how to realization are introduced。 focus on the description of IIR digital filter design process, the last of the IIR filter simulation. KEY WORDS: MATLAB, IIR digital filter, Dimulation filt 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 3 前 言 濾波是信號處理的基礎(chǔ)，濾波運算是信號處理中的基本運算，濾波器的設(shè)計也就相應成為數(shù)字信號處理的最基本問題之一。 濾波器可廣義的理解為一個信號選擇系統(tǒng)，它讓某 些信號成分通過又阻止或衰減另一些成分。在更多的情況下，濾波器可理解為選頻系統(tǒng)，如低通、高通、帶通、帶阻。濾波器可分為三種：模擬濾波器、采樣濾波器和數(shù)字濾波器。模擬濾波器可以是由 RLC構(gòu)成的無源濾波器，也可以是加上運放的有源濾波器，是連續(xù)時間系統(tǒng)；采樣濾波器由電阻、電容、電荷轉(zhuǎn)移器件、運放等組成，屬于離散時間系統(tǒng)，幅度連續(xù)；數(shù)字濾波器由加法器、乘法器、存儲延遲單元、時鐘脈沖發(fā)生器和邏輯單元等數(shù)字電路構(gòu)成，精度高，穩(wěn)定性好，不存在阻抗匹配問題，可以時分復用。 數(shù)字濾波器是具有一定傳輸選擇特性的數(shù)字信號處理裝置， 其輸入、輸出均為數(shù)字信號，實質(zhì)上是一個由有限精度算法實現(xiàn)的線性時不變離散系統(tǒng)。它的基本工作原理是利用離散系統(tǒng)特性對系統(tǒng)輸入信號進行加工和變換，改變輸入序列的頻譜或信號波形，讓有用頻率的信號分量通過，抑制無用的信號分量輸出。數(shù)字濾波器和模擬濾波器有著相同的濾波概念，數(shù)字濾波器根據(jù)其單位脈沖響應的性質(zhì)可分為無限長單位脈沖響應濾波器 IIR 和有限長單位脈沖響應濾波器 (FIR)兩種，按其頻率響應特性可分為低通、高通、帶通、帶阻等類型 ,與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器除了具有數(shù)字信號處理的固有優(yōu)點外，還有靈活性強、穩(wěn)定性好 、濾波精度高等優(yōu)點。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 4 第 1 章 濾波器的基本概念 濾波器的定義 濾波器是一種用來消除干擾雜訊的器件 ，凡是可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱之為濾波器，相當于頻率“篩子”。 濾波器的功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通過，而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制，它實質(zhì)上是一個選頻電路。 濾波器中，把信號能夠通過的頻率范圍，稱為通頻帶或通帶；反之，信號受到很大衰減或完全被抑制的頻率范圍稱為阻帶；通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率；理想濾波器在通 帶內(nèi)的電壓增益為常數(shù)，在阻帶內(nèi)的電壓增益為零；實際濾波器的通帶和阻帶之間存在一定頻率范圍的過渡帶 。 濾波器的發(fā)展 在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應用極為廣泛；在所有的電子部件中，使用最多，技術(shù)最為復雜的要算濾波器了。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。 1917年美國和德國科學家分別發(fā)明了 LC 濾波器， 美國第一個多路復用系統(tǒng)的出現(xiàn) ， 20世紀 50 年代無源濾波器日趨成熟 ， 60年代起由于計算機技術(shù)、集成工藝