【正文】 ..................................... 5 論文結(jié)構(gòu)及研究內(nèi)容 ................................................ 5 第 2 章 IIR 濾波器設計 相關工具和技術 ....................................................... 6 系統(tǒng)仿真軟件（ MATLAB） ............................................ 6 MATLAB 的 GUI工具 ................................................ 7 GUI 界面設計的總結(jié)： .............................................. 8 GUIDE 幫助創(chuàng)建 GUI ....................................... 8 使用控件 .................................................... 9 寫回調(diào)函數(shù) CallBack .......................................... 9 句柄圖形之間的層次關系 ...................................... 10 第 3 章 IIR 濾波器的設計 過程 .................................................................... 12 兩種常用的設計 IIR低通濾波器方法 ................................. 12 脈沖響應不變法 .............................................. 12 雙線性變換法 ............................................... 14 利用 MATLAB 設計巴特沃斯 IIR 低通濾波器 ............................ 14 用 GUI 設計用戶界面 ............................................... 16 第四章 IIR 濾波器的具體實現(xiàn) ...................................................................... 21 仿真結(jié)果 ......................................................... 21 結(jié)果分析 ......................................................... 24 結(jié) 論 .............................................................................................................. 26 參考文獻 .......................................................................................................... 27 致 謝 .............................................................................................................. 28 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 1 第 1 章 緒論 引言 面對龐雜繁多的原始信號，如何提取所需信號、抑制不需要的信號 ?這就需要使用濾波器。從廣義上講，任何對某些頻率（相對于 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 2 其他頻率來說）進行修正的系統(tǒng)稱為濾波器。 [7] 濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。 這樣一個 IIR 濾波器就得到了從軟件 得 到 了 實現(xiàn)。它 由一系列 工具組成。 [5] MATLAB 的 GUI 工具 GUI設計面板是 GUI設計工具應用的平臺，面板上部提供了菜單和常用工具按鈕，左邊提供了多種 GUI控件，如命令按鈕、單選按鈕、可編輯文本框、靜態(tài)文本框、彈出式菜單等。 完成控件的布局，即完成了整個圖形界面的結(jié)構(gòu)設計， MATLAB 把圖形界面保存于 *.fig 中，并自動生成 *.m 文件。Ⅱ R數(shù)字濾波器設計的步驟如下： (1)將給定的數(shù)字濾波器的性能指標進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的頻率指標作為模擬濾波器原型設計指標； (2)估計模擬濾波器的最小階次和邊界頻率； (3)設計 butterworth 模擬低通濾波器原型； (4)由模擬原型經(jīng)頻率變換得到實際的模擬 (低通、高通、帶通、帶阻 )濾波器； (5)將模擬濾波器轉(zhuǎn)換為 IIR數(shù)字濾波器，可利用脈沖響應不變法 或雙線性變換法。fs=150。%給出傳輸函數(shù) [H,W]=freqz(bz,az,512,Fs)。 s1=fft(s,100)。plot(T,y) %通過數(shù)字濾波器濾波后輸出信號波形 title(39。w39。gui_Name39。 else gui_mainf(gui_State, varargin{:})。white39。 else set(hObject,39。 function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) usewhitebg = 1。因此，阻帶衰減 Rs 越大對應的濾波器濾波效果越好，通常 Rs 的取值要大于 16dB。 我還要感謝四年中教導過我的所有老師們和生活在一起的同學。14(3):810 [3]王默玉．基于 MATLAB 的圖形用戶界面的構(gòu)造方式與應用 [J]．現(xiàn)代電力， 2O02，l9(1):1924 [4]余成波，楊箐．數(shù)字信號處理及 MATLAB 實現(xiàn) [M]．北京：清華大學出版社，2020． 155158 [5]李永全． MATLAB 在數(shù)字信號處理課程設計中的應用 [J]．現(xiàn)代電子技術， 2020，174179 [6]陳亞勇，等． MATLAB 信號處理詳解 [M]．北京：人民郵電出版社． 2020． 5558 [7]丁玉美，等．數(shù)字信號處理 [M]．西安：西安電子科技大學出版社． 2OOO． 6872 [8]余成波，楊箐．數(shù)字信號處理及 MATLAB 實現(xiàn) [M]．北京：清華大學出版社，2020． 198204 [9]唐建鋒． MATLAB 在數(shù)字濾波器設計教學中的研究應用 [J]．衡陽師范學院學報，2020， 26(3)： 164166． [10]肖衛(wèi)初，陳偉宏． MATLAB 在Ⅱ R 數(shù)字濾波器的設計與仿真中的應用 [J]．湖南工程學院學報， 20O5， 15(1)： 58． [11]王默玉．基于 MATLAB 的圖形用戶界面的構(gòu)造方式與應用 [J]．現(xiàn)代電力， 2O02，l9(1)： 7678． 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 28 致 謝 首先，在此我要衷心 感謝我的指導老師劉光燦教授。 程序 2 運行的結(jié)果 如圖 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 24 圖 仿真圖 這個界面在輸入濾波器的 參數(shù) Wp、 Ws、 Rp、 Rs 以后，按下確定鍵，就可以出現(xiàn)濾波器的波形。,get(0,39。BackgroundColor39。))。 if nargin amp。 GUI 設計時默認的“ butterworth”命令按鈕對應的“ tag”是 “ pushbuttonl”，“確定”命令按鈕對應的“ tag”是“ pushbutton2”；“濾波器類型選擇”下拉菜單對應的“ tag”是“ popupmenul”。 subplot(2,1,2)。)。)。)。 利用 MATLAB設計巴特沃斯 IIR低通濾波器 實例：設計一個 butterworth低通 (或高通等 )Ⅱ R數(shù)字濾波器，通帶邊沿頻率為 100 Hz，阻帶 邊沿頻率為 300 Hz，通帶波紋為 1 dB，阻帶衰減大于 15 dB，采樣頻率為 1000 Hz， 擬設計一款濾波器： 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 15 (1)能在 GUI上提供方便的邊沿頻率給定途徑； (2)當選擇“ butterworth”濾波器時，能在圖軸上畫出設計的模擬原型濾波器的頻率響應曲線以及它在 S平面的零極點分布，從而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性； (3)在下拉菜單里選擇濾波器類型時，能根據(jù)類型 自動出現(xiàn)相應濾波器的截止頻率或帶阻濾波器阻帶上下起始頻率 Wsl、 Ws2的數(shù)值輸入框 (而在初始運行 GUI時，對應的靜態(tài)文本框和編輯輸入框都是不 可見的 )； (4)輸入數(shù)值后，按“確定”按鈕時能出現(xiàn)相應的數(shù)字濾波器幅頻響應曲線； (5)同時在整個圖形界面的下邊能顯示濾波器階數(shù) N，原型濾波器的分子分母多項式系數(shù) b， a及設計的數(shù)字濾波器的分子分母多項式系數(shù) bz， az。 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 12 第 3 章 IIR 濾波器的設計 過程 IIR 數(shù)字濾波器的設計方法有兩類，一類是借助于模擬濾波器的設計方法設計出模擬濾波器，利用沖激響應不變法或雙線性變換法轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器，再用硬件或軟件實現(xiàn)；另一類是直接在頻域或時域中進行設計，設計時需要計算機作輔助工具。按要設計好的Ⅱ R 數(shù)字濾波器主面板見圖 1，共 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 8 包括 4 個區(qū)域： ⑴圖形區(qū)：用于顯示各模塊的仿真曲線； ⑵參數(shù)設置區(qū)：由 4 個靜態(tài)文本框 (text)和 4 個編輯框 (edit)以及類型選擇按紐組成，實 時的進 行 系統(tǒng)參數(shù)的設定和 butterworth 模擬濾波器原型的選定； ⑶對象模型區(qū)：由下拉菜單選定數(shù)字濾波器類型，當用戶的輸人參數(shù)發(fā)生變化時，可通過單擊響應的“確定”按鈕，實現(xiàn)設計結(jié)果的實時刷新與顯示； ⑷數(shù)據(jù)顯示區(qū)：對應于圖形顯示結(jié)果，實時顯示濾波器階次Ⅳ和分子分母多項式系數(shù)。另外新版本的 MATLAB 還著重在圖形用戶界面（ GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。它在數(shù)學類科技應用軟件中在 數(shù)值計算 方面首屈一指。 各個國家都在打信息戰(zhàn)，比較典型的一個列子就是 美 國和日本大力 發(fā)展的通信 技術 ， 逐漸向任何人任何地點都可以相互通信，這都依賴于信號處理技術，而濾波器是作為信息處理的一個重要的指標，尤其有很重大的意義。 濾波器的頻率參數(shù)主要有：①通帶截頻 ?2/pp wf ? 為通帶與過渡帶的邊界點，在該點信號增益下降到規(guī)定的下限。常用的數(shù)字 濾波器有 FIR 濾波器和 IIR 濾波器，其中 IIR 數(shù)字濾波器因具有結(jié)構(gòu)簡單、占用存儲空間少、運算速度快、較高的計算精度和能夠用較低的階數(shù)實現(xiàn)、較好的選頻特性等特點，得到了廣泛應用。本文研究了 IIR 數(shù)字濾波器的常用設計方法，即沖 激 響應不變法和雙線性變換法。數(shù)字濾波器還可根據(jù)不同原理編制專門的程序，對采集的信號進行特殊的計算來濾除特定頻率的信號。當然，希望過渡帶越窄越好，也就是希望對通帶外的頻率成分衰減得越快、越多越好。該靈敏度與測量儀器或電路系統(tǒng)靈敏度概念不同，該靈敏度越小，標志著電路容錯能力越強，穩(wěn)定性也越高。 其 應用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、 控制系統(tǒng)設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。可用于科學計算和工程繪圖。如“確定”命按鈕對應的“ tag”標記為“ pushbutton2”；“濾波器類型選擇”下拉菜單對應的“ tag”是“ popupmenul” [4]。 7． image 函數(shù)：顯示圖片對象。 由 ?? ??Ni iia ps AsH1)( （ ） 得到： ?????? Ni nTpi nTueATnThTnh i1 )()()( （ ） 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 14 雙 線 性變換法 雙線性變換法的設計過程如下： 由積分器構(gòu)成的模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)形式； ) NM( 1)(1000 以方便說明設 ??????????????NjjjNjjjNiiiMiiiasdscAsbsasH （ ） 2. 由傳遞函數(shù)得信流圖 ： 圖 滿足指標要求的低通 IIR數(shù)字濾波器的 幅度特性， 如果與 Butterworth模擬原形低通濾波器相比較可知，采用脈沖響應不變法轉(zhuǎn)換成的數(shù)字 濾波器的幅度特性與原形低通濾波器幅度特性有差別，且頻率愈高差別愈大，這是由于頻率混疊現(xiàn)象起的。%設定模擬低通原型的零極點增益參數(shù) [bp,ap]=zp2tf(z,p,k)。輸入信