【正文】 I 優(yōu)秀設計論文 濾波器的設計論文 II 目 錄 摘 要 .................................................. 1 第 1 章 緒 論 ............................................ 3 數(shù)字濾波器的研究背景與意義 ............................. 3 數(shù)字濾波器的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 .......................... 3 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法分析 ............................... 5 本章小結 .............................................. 6 第 2 章 數(shù)字濾波器的概述 ................................... 7 數(shù)字濾波器的基本結構 ................................... 7 .................................. 7 .................................. 9 數(shù)字濾波器的設計原理 .................................. 10 .................................... 11 ............................. 12 ............................. 13 IIR濾波器與 FIR 濾波器的分析比較 ......................... 15 本章小節(jié) ............................................. 17 第 3 章 數(shù)字濾波器的算法設計及仿真 .......................... 18 由模擬濾波器設計 IIR 數(shù)字濾波器 ......................... 18 ...................................... 18 ...................................... 19 .......................................... 21 用 MATLAB設計數(shù)字濾波器 ................................. 23 ........................................ 23 Fdatool進行帶通濾波器設計 ......................... 24 將系統(tǒng)函數(shù)由直接型化成級聯(lián)型 ........................... 27 .................................... 27 .................................. 28 本章小結 ............................................. 30 第 4 章 IIR帶通濾波器的 VHDL 描述及仿真 ...................... 32 IIR帶通濾波器的 VHDL 描述 ............................... 32 III IIR帶通濾波器的 MODELSIM仿真 ............................. 35 ............................................ 35 ............................................ 36 本章小節(jié) ............................................. 37 第 5 章 總結 ............................................. 38 濾波器功能和性能總結 .................................. 38 設計心得和體會 ........................................ 38 第 6 章 結束語 ........................................... 39 參考文獻 ............................................... 40 附 錄 ................................................. 42 譯 文 ................................................. 47 外文原文 ............................................... 52 摘 要 1 摘 要 本文分析了國內(nèi)外數(shù)字濾波技術的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，介紹了數(shù)字濾波器的基本結構，在分別討論了 IIR 與 FIR 數(shù)字濾波器的設計方法的基礎上，指出了 傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器設計方法過程復雜、 計算 工作量大、濾波特性調(diào)整困難的不足，提出了一種基于 Matlab 和 Modelsim 軟件的數(shù)字 濾 波器設計 方法，完成了高 Q值 50Hz帶通 IIR濾波器的設計 , 達到了通帶 4555Hz，衰減小于 3db，阻帶 4060Hz，衰減大于 80db 的參數(shù)指標。文中 深入分析了該濾波器系統(tǒng)設計的功能特點、實現(xiàn)原理以及技術關鍵，闡述了使用 MATLAB進行帶通濾波器設計及仿真的具體方法。最后 把整個設計方案 用 VHDL 語言進行了描述并在 Modelsim 上仿真。 Modelsim 與 Matlab 的仿真結果對比說明該設計準確性好，可精確到小數(shù)點后六位，穩(wěn)定后誤差小于萬分之一；可移植性強，在實際應用中，可根據(jù)不同的階數(shù)、精度和速度等要求對 IIR 濾波器系數(shù)進行靈活的修改，以實現(xiàn)任意階數(shù)的 IIR 濾波器。因此， 該設計方法可靠性好，效率高，極大的減輕了工作量，有利于濾波器設計的最優(yōu)化。 關鍵詞 帶通 濾波器； IIR； Matlab； VHDL； Modelsim仿真 。 Abstract This paper analyzes the situation of application and development of digital filter technology home and abroad. It introduces the basic structure of a digital filter, discusses different design methods of FIR and IIR filter, and points out that the traditional design method of digital filter is not only plex but also of heavy workload, even adjustment of filtering parametrer is very difficult. So it brings forwad another design method of digital filter which based on the Matlab software and Modelsim software. This paper introduces the design method of a high Q value bandpass IIR filter which meets the given standard the pass band is 4555Hz, with attenuation of less than 3db。 the stop band is 4060Hz with attenuation greater than 80db. It deeply analyzes 摘 要 2 the design features and principles of the filter system and the key technical in the design. Then it describs the use of Matlab in design and simulation of the bandpass filte design. In the end, the procedure was simulated on Modelsim. Simulation results of Modelsim and Matlab pared to make proof of the accuracy of the design. It is proved that the design can be accurate at the sixth decimal place, stable error is within one ten thousandth。 The design has good portability and widely practical application. In different applications, according to different performance requirements of order, speed and accuracy, etc, the IIR filter coefficients can change flexibly to make up of IIR filter of arbitrary order。 In addition, VHDL procedure can also make certain optimizations, according to the different actual situation, to achieve greater speed or conservation of FPGA resources. Key words digital filter IIR Matlab VHDL Modelsim simulation 第 1 章 緒 論 3 第 1章 緒 論 數(shù)字 濾波器 的研究背景與意義 當今，數(shù)字信號處理 [1] (DSP： Digtal Signal Processing)技術正飛速發(fā)展，它不但自成一門學科，更是以不同形式影響和滲透到其他學科：它與國民經(jīng)濟息息相關，與國防建設 緊密相連；它影響或改變著我們的生產(chǎn)、生活方式，因此受到人們普遍的關注。 數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡化是當代信息技術發(fā)展的大趨勢，而數(shù)字化是智能化和網(wǎng)絡化的基礎，實際生活中遇到的信號多種多樣，例如廣播信號、電視信號、雷達信號、通信信號、導航信號、射電天文信號、生物醫(yī)學信號、控制信號、氣象信號、地震勘探信號、機械振動信號、遙感遙測信號，等等。上述這些信號大部分是模擬信號，也有小部分是數(shù)字信號。模擬信號是自變量的連續(xù)函數(shù)，自變量可以是一維的，也可以是二維或多維的。大多數(shù)情況下一維模擬信號的自變量是時間，經(jīng)過時間上的離散 化 (采樣 )和幅度上的離散化 (量化 )，這類模擬信號便成為一維數(shù)字信號。因此，數(shù)字信號實際上是用數(shù)字序列表示的信號，語音信號經(jīng)采樣和量化后，得到的數(shù)字信號是一個一維離散時間序列；而圖像信號經(jīng)采樣和量化后，得到的數(shù)字信號是一個二維離散空間序列。數(shù)字信號處理，就是用數(shù)值計算的方法對數(shù)字序列進行各種處理，把信號變換成符合需要的某種形式。例如，對數(shù)字信號經(jīng)行濾波以限制他的頻帶或濾除噪音和干擾，或?qū)⑺麄兣c其他信號進行分離；對信號進行頻譜分析或功率譜分析以了解信號的頻譜組成，進而對信號進行識別；對 信號進行某種變換，使之更適 合于傳輸，存儲和應用；對信號進行編碼以 達到數(shù)據(jù)壓縮的目的，等等。 數(shù)字濾波技術是數(shù)字信號分析、處理技術的重要分支 [23]。無論是信號的獲取、傳輸，還是信號的處理和交換都離不開濾波技術，它對信號安全可靠和有效靈活地傳輸是至關重要的。在所有的電子系統(tǒng)中，使用最多技術最復雜的要算數(shù)字濾波器了。數(shù)字濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣。 數(shù)字 濾波器 的應用 現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 在信號處理過程中，所處理的信號往往混有噪音，從接收到的信號中消除或減弱噪音是信號傳輸和處理中十分重要的問題。根據(jù)有用信號和噪音的不同特性，提取有用信號的 過程稱為濾波，實現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器。 在近代電信設備和各類控制系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器應用