iir數(shù)字濾波器及其設(shè)計(jì)方法論文(文件)
【正文】 形式顯得先后順序并合并延遲單元得到，這樣極大的節(jié)省了所需要存儲的中間變量數(shù)即系統(tǒng)開銷。也就是說,IIR濾波器的輸出不僅與輸入有關(guān),而且與過去的輸出有關(guān),濾波器的輸出y(n)不僅依賴于當(dāng)前輸入x(n)和過去輸入x(n1)、x(n2) 、? 、x (nN+1) ,而且依賴于過去輸出y(n1)、y(n2)、? 、y(nN+1)。設(shè)計(jì)過程為:按照要求設(shè)計(jì)一個模擬低通濾波器,得到模擬低通濾波器的傳輸函數(shù)Ha(s),再按照一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系將Ha(s)轉(zhuǎn)換成數(shù)字低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。正是這種非線性關(guān)系,消除了頻率混疊現(xiàn)象,同樣,也是由于這種非線性關(guān)系,直接影響數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)和模擬濾波器頻率響應(yīng)的逼近程度。利用雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR的數(shù)字低通濾波器的步驟為:(1)確定數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo),包括通帶截止頻率、通帶最大衰減、阻帶截止頻率、阻帶最小衰減。(5)在DSP上用語言實(shí)現(xiàn)濾波器功能。但由于DSP本身有限字長和精度的因素,加上IIR濾波器在結(jié)構(gòu)上存在反饋回路,是遞歸型的,再者高階濾波器參數(shù)的動態(tài)范圍很大。MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室 ( MATrixLABo ratory)的縮寫, 是Ma thw orks公司于1982 年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。因此它的推出得到了各個領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注。在設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器時, 通常采用MATLAB 來進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和仿真。具體到本文IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)主要方法是先設(shè)計(jì)低通濾波器, 進(jìn)行頻率變換, 將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的(高通、低通等)模擬濾波器, 再轉(zhuǎn)換為高通帶通或帶阻數(shù)字濾波器, 在整個設(shè)計(jì)的過程中MATLAB 都提供了相應(yīng)的工具函數(shù)。其他類型的濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)用法可類推。( 2)模擬低通濾波器原型設(shè)計(jì)函數(shù)buttap[ z, p, k ] = buttap( N )得到[ z, p, k]后, 求出濾波器系數(shù)B, A.（3）模擬頻率變換函數(shù)lp2lp[ B ,t A t] = lp2 lp ( B, A, w o )把單位截止頻率的模擬低通濾波的系數(shù)B, A 變?yōu)榱硪唤刂诡l率w o[弧度/秒]的低通濾波器系數(shù)B,t A .t。[ B, A] = butter( N, w c, ? stop! )設(shè)計(jì)帶阻數(shù)字濾波器系數(shù)B, A。 輸入信號subplot( 2, 3, 1)plot( X ( 1: 50) )。 y labe l( f( t) ! )Xa= fft( X, 512) 。 tit le( |Ha( jf) |! )x labe l( f( Hz) ! )。 Rs= 20輸入數(shù)字低通濾波器的指標(biāo)[ N, w c] = buttord(W p, W s, Rp, R s)計(jì)算數(shù)字濾波器的階數(shù)N 和頻率參數(shù)w c[ B, A] = butter( N, w c)求低通數(shù)字濾波器系數(shù)B, Aw d= [ 0: 118]* p i/512設(shè)定數(shù)字歸一化頻率[ h, w ] = freqz( B, A, wd)計(jì)算數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)subplot( 2, 3, 3)plot( w d /p,i 20* log10( abs( h) ) ) 。 grid。第三部分是根據(jù)濾波器指標(biāo)產(chǎn)生數(shù)字低通濾波器, 并作出其幅頻特性。選擇project bu ild all進(jìn)行編譯、連接。這樣,將在圖形窗口中顯示從0x3220 (信號輸入緩沖器)開始的128個點(diǎn)的16位有符號整數(shù)。程序運(yùn)行結(jié)果如下：濾波前CCS中的數(shù)據(jù)時域波濾波前ccs的數(shù)據(jù)頻域波形如上濾波后ccs中的時域波形濾波后ccs中的頻域波形參考文獻(xiàn) （漢科技大學(xué)電子技術(shù)學(xué)院）[J]2. 趙曦，劉睿芝，（陜西理工學(xué)院物理系）[J]3. 艷,（宿州學(xué)院）[J]4．姜乃卓，都思丹IIR 數(shù)字濾波器的系數(shù)量化效應(yīng)分析P811 ( 南京大學(xué)電子科學(xué)與工程系) [J] 5．周耀輝，王蕓波，朱維新，張玉仲，武煥舟. IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)P129131（1. 中國石化管道儲運(yùn)公司儀長輸油處，湖北武漢430077；2. 深圳山東核電工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250100）[J]6. 戴朝華 , 陳維榮 , 朱云芳 , 鄭永康 , 李 ( 西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院)[J] IIR數(shù)字濾波器優(yōu)化及FPGA仿真驗(yàn)證（西南交通大學(xué)）[R]，（科學(xué)出版社）[M]（清華大學(xué)出版社）[M]，黃繼業(yè)，（先電子科技大學(xué)出版社）[M]（山東大學(xué)）[R]. 基于DSP 的數(shù)字濾波器(IIR)的實(shí)現(xiàn)P26 ( 吉林省公主嶺市廣播電視局)[J] 星,唐 寧,嚴(yán) 舒,楊 白. 基于FPGA的I IR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與仿真P304307 (桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院)[J]（西南交通大學(xué)）[R],彭杰. 基于FPGA 的IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)P105106[J] 華 ,孫運(yùn)強(qiáng) ,姚愛琴. 基于FPGA的IIR數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)（1 中北大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院 山西 太原 030051；2 中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動態(tài)測試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山西 太原 030051）[J]17. 梁二虎，劉文怡，張文棟基于FPGA 的IIR 數(shù)字濾波器硬件模塊的設(shè)計(jì)P218219 (電子測試技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)[J]18. 閻威,劉鳳新基于FPGA 的高精度浮點(diǎn)IIR 濾波器設(shè)計(jì)P203205（北京化工大學(xué)）[J]19. 田永毅，倪宏斌. 基于M atlab的帶通IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與仿真( 1. 陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院, 陜西咸陽712000。再打開一個窗口。選擇V iew G raph T ime /Frequency, 將S tartAddress 改為0x3100, 將 D isplay Data Size 設(shè)置為256, 將 DSP Data Type 改為 16 bit signedinteger 。選擇Pro ject菜單中的Add F ille to Pro ject選項(xiàng),將編好的匯編源程序添加到工程文件中。 y labe l( ‘ s( t)‘ )對程序的說明: 程序有四個部分,第一部分是產(chǎn)生需要濾波的信號, 畫出其時域圖。 xlabe l( ‘ f(H z)’)。 W s= 0. 4。 對序列進(jìn)行快速傅立葉變換subplot( 2, 3, 2)plot( ,f Xa( 1: 257) ) 。 t itle ( ‘輸入信號!’)。 使用MATLAB設(shè)計(jì)程序用雙線性變換法設(shè)計(jì)數(shù)字低通濾波器t= 0: 0. 001: 1。 [ B, A] = butter( N, w c)設(shè)計(jì)低通或帶通數(shù)字濾波器系數(shù)B, A (當(dāng)為帶通濾波器時, 第( 1)類函數(shù)由wp = [ w p1, w p2 ] 會自動生成w c = [ w 1,w2] )。 [N, w c] = buttord( w p, w s, Rp, R s)求出巴特沃斯數(shù)字濾波器的階數(shù)N 及頻率參數(shù)w c, 此處w p, w s及w c均在[ 0, 1]區(qū)間歸一化, 以弧度為單位。圖清楚地表明了5 類20 個信號處理工具箱函數(shù)的作用。本文將簡要介紹一下IIR 數(shù)字濾波器的MTLAB 設(shè)計(jì)。有各個領(lǐng)域的專家學(xué)者相繼推出了十幾種MATLAB工具箱, 信號處理箱就是其中之一。它用解釋方式工作, 鍵入程序立即得到結(jié)果, 人機(jī)交互性能好, 特別是它可適應(yīng)多種平臺, 并且, 隨計(jì)算機(jī)硬軟件的更新及時升級, 因此深得科技人員喜愛MATLAB 集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形顯示于一體, 構(gòu)成了一個方便且界面友好。采用本文所用的方案,會很好地避免這樣的問題。下面是實(shí)現(xiàn)二階IIR濾波器的C28x主要程序:
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