【正文】 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目： 基于MATLAB的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 姓 名： 潘西金 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 0320040631 指導(dǎo)教師： 楊麗麗 完成時(shí)間： 2008年6 月 8日36基于MATLAB的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 目錄摘要 3Abstract 4第一章 緒論 5 數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展概況 5 MATLAB軟件簡(jiǎn)介 6 數(shù)字濾波器及其MATLAB實(shí)現(xiàn) 8第二章 FIR濾波器設(shè)計(jì)及其MATLAB實(shí)現(xiàn) 9 FIR線性相位濾波器的特點(diǎn) 10 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的MATLAB實(shí)現(xiàn) 11 基本步驟 11 工具箱函數(shù) 132. 3 小結(jié) 18第三章 IIR濾波器設(shè)計(jì) 19 設(shè)計(jì)方法 19 IIR濾波器經(jīng)典設(shè)計(jì) 19 IIR濾波器完全設(shè)計(jì)函數(shù) 19 模擬濾波器變換法 25 小結(jié) 34第四章 總結(jié)與展望 34參考文獻(xiàn)： 35致謝 36摘要數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中最重要的組成部分之一。在許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，廣泛使用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。數(shù)字濾波器可以分為兩類，即有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器(FIR)和無(wú)限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器(IIR)。本文就分別對(duì)這兩類數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)來(lái)進(jìn)行分析研究。在FIR濾波器的設(shè)計(jì)過程中主要探討了用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器。在IIR濾波器的設(shè)計(jì)過程中，將設(shè)計(jì)步驟分為三步，即模擬低通濾波器原型設(shè)計(jì)，模擬數(shù)字濾波器變換，濾波器頻帶變換。在這兩類濾波器的整個(gè)設(shè)計(jì)過程都是按照理論分析、編程設(shè)計(jì)、具體實(shí)現(xiàn)的步驟來(lái)進(jìn)行的。相對(duì)于模擬濾波器來(lái)說(shuō)，數(shù)字濾波器穩(wěn)定、沒有漂移、精度高、參數(shù)容易控制，這些優(yōu)勢(shì)決定了數(shù)字濾波器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。關(guān)鍵詞：數(shù)字濾波器 ， 有限沖激響應(yīng)， 無(wú)限沖激響應(yīng) AbstractDigital filter is one of the most important parts of digital signal processing. In many fields of science and technology, it is widely used for signal processing. Digital filter can be divided as the Finite Impulse Response digital filter (FIR) and the Infinite Impulse Response digital filter (IIR). The paper aims at respective study in the design and realization of these two kinds of digital filters.During the design of FIR filters, we mainly discuss the design of the FIR filters by means of window functions. The design of IIR filters can be achieved through three steps: the design of prototype of analog lowpass filter, analogtodigital filter conversion and the conversion of filter frequency band. The design of FIR and IIR follows the procedures of theoretical analysis, programming design and concrete realization.Relative to ana1og fi1ter，the digital filter without excursion, be able to process low frequency signal ,the characteristic of frequency response close to ideal va1ue，with high precision ,and easy to integrated .These advantages decide the application of digita1 filter bee more and more extensively.Key words： Digital Filter ，F(xiàn)IR ， IIR第一章 緒論 數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展概況數(shù)字濾波是數(shù)字信號(hào)處理理論的一部分。數(shù)字信號(hào)處理主要是研究用數(shù)字或符號(hào)的序列來(lái)表示信號(hào)波形，并用數(shù)字的方式去處理這些序列，把它們改變成在某種意義上更為有希望的形式，以便估計(jì)信號(hào)的特征參量，或削弱信號(hào)中的多余分量和增強(qiáng)信號(hào)中的有用分量。具體來(lái)說(shuō)，凡是用數(shù)字方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、變換、調(diào)制、解調(diào)、均衡、增強(qiáng)、壓縮、估值、識(shí)別、產(chǎn)生等加工處理，都可納入數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域。數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科的一項(xiàng)重大進(jìn)展是關(guān)于數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法的研究。關(guān)于數(shù)字濾波器，早在40年代末期，才開始形成關(guān)于數(shù)字濾波器的一套完整的正規(guī)理論。在這一時(shí)期，提出了各種各樣的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)，有的以運(yùn)算誤差最小為特點(diǎn)，有的則以運(yùn)算速度高見長(zhǎng)，而有的則二者兼而有之:出現(xiàn)了數(shù)字濾波器的各種逼近方法和實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)遞歸和非遞歸兩類濾波器作了全面的比較，(FIR)和無(wú)限沖激響應(yīng)(IIR)關(guān)系的認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)化。[2]在初期，一般認(rèn)為IIR濾波器比FIR濾波器具有更高的運(yùn)算效率，因而明顯地傾向于前者，但當(dāng)人們提出用快速傅立葉變換(FFT)實(shí)現(xiàn)卷積運(yùn)算的概念之后，發(fā)現(xiàn)高階FIR濾波器也可以用很高的運(yùn)算效率來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就促使人們對(duì)高性能FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法和數(shù)字濾波器的頻域設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了大里的研究，從而出現(xiàn)了此后數(shù)字濾波路設(shè)計(jì)中頻域方法和時(shí)域方法并駕齊驅(qū)的局面。然而，這些均屬數(shù)字濾波器的早期研究。早期的數(shù)字濾波器盡管在語(yǔ)音、聲納、地震和醫(yī)學(xué)的信號(hào)處理中曾經(jīng)發(fā)揮過作用，但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)主機(jī)的價(jià)格很昂貴，嚴(yán)重阻礙了專用數(shù)字濾波器的發(fā)展。70年代科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理開始與大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)，徽處理器技術(shù)、高速數(shù)字算術(shù)單元、雙極型高密度半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、電荷轉(zhuǎn)移器件等新技術(shù)、新工藝結(jié)合了起來(lái)，并且引進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，它使數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)僅僅是對(duì)相應(yīng)模擬濾波器的通近。一般說(shuō)來(lái)，通過對(duì)模擬濾波器函數(shù)的變換來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，很難達(dá)到逼近任意頻率響應(yīng)或沖激響應(yīng)，而采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)則有可能實(shí)現(xiàn)頻域或時(shí)域的最佳逼近，或頻域時(shí)域聯(lián)合最佳逼近。這樣，數(shù)字濾波器的分析與設(shè)計(jì)其內(nèi)容也更加豐富起來(lái):各種新的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，也都能用專用數(shù)字硬件實(shí)時(shí)加以實(shí)現(xiàn)，恩格斯曾經(jīng)指出:“科學(xué)的發(fā)生和發(fā)展一開始就是由生產(chǎn)決定的”。[10]數(shù)字信號(hào)處理理論與技術(shù)的發(fā)展，主要是由于電子計(jì)算機(jī)與大規(guī)模集成電路的大量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用，替代了原來(lái)的模擬信號(hào)處理中的線性濾波與頗譜分析所應(yīng)用的模擬計(jì)算機(jī)和分立元件L. C. R線性網(wǎng)絡(luò)，高度發(fā)揮了計(jì)算技術(shù)與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的特色和優(yōu)越性。特別是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，將更有利于電子儀器與電子技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)朝著數(shù)字化、小型化、自動(dòng)化以及多功能化等方向發(fā)展，促使它們成為富有智能性的電子系統(tǒng)?，F(xiàn)在，包括數(shù)字濾波在內(nèi)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)正以驚人的速度向縱深和高級(jí)的方向發(fā)展，據(jù)估計(jì)這種趨勢(shì)還要持續(xù)一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期，未來(lái)的發(fā)展可能會(huì)比過去的進(jìn)程更為激動(dòng)人心，必將引起某些領(lǐng)域的飛躍性轉(zhuǎn)析。[9] MATLAB軟件簡(jiǎn)介MATLAB是 英文Matrix Laboratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室)的縮寫。它是由美國(guó)Math Works公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的數(shù)學(xué)計(jì)算環(huán)境。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項(xiàng)操作。其優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算能力和卓越的數(shù)據(jù)可視化能力使其很快在同類軟件中脫穎而出MATLAB系統(tǒng)最初是由Cleve Moler用FORTRAN語(yǔ)言設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在的MATLAB程序是Math Works公司用C語(yǔ)言開發(fā)的。它的第一版()發(fā)行于1984年，經(jīng)過10余年