【正文】 具箱使各個(gè)領(lǐng)域的研究人員可以直觀方便地進(jìn)行科學(xué)研究與工程應(yīng)用。 功能：該軟件為 IIR巴特沃斯濾波器的模擬軟件，可根據(jù)參數(shù)的不同，設(shè)計(jì)出不同指標(biāo)要求的濾波器。String39。 %繪出巴特沃斯數(shù)字濾波器的幅頻特性曲線 grid on。 %設(shè)置通帶最大最小衰減 [N,Wc]=buttord(Wp,Ws,Ap,As,39。 title(39。 %設(shè)置通帶最大最小衰減 [N,Wc]=buttord(Wp,Ws,Ap,As,39。巴特沃斯高通數(shù)字濾波器 39。s39。巴特沃斯低通數(shù)字濾波器 39。 As=15。另外，數(shù)字濾波器的頻響也不是簡(jiǎn)單的重現(xiàn)模擬濾波器的頻響，而是模擬濾波器頻響的周期嚴(yán)拓，周期為 Ω S=2π /T=2π fs，即 （ 27） 巴特沃斯濾波器 巴特沃斯濾波器是電子濾波器的一種。 缺點(diǎn)： ? 二階階電平難控制，電平大易導(dǎo)致溢出，電平小則使信噪比減小 。 IIR(無限沖激響應(yīng) )濾波器與 FIR(有限沖激響應(yīng) )濾波 器在結(jié)構(gòu)上有自己不同的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮 作為線形時(shí)不變系統(tǒng)的數(shù)字濾波器可以用系統(tǒng)函數(shù)來表示，而實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)函數(shù)表達(dá)式課程設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 44 頁(yè) 所表示的系統(tǒng)可以用兩種方法：一種方法是采用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)；另一種方法是用加法器、乘法器、和延遲器等元件設(shè)計(jì)出專用的數(shù)字硬件系統(tǒng)，即硬件實(shí)現(xiàn)。 在信號(hào)處理過程中，所處理的信號(hào)往往混有 噪音，從接收到的信號(hào)中消除或減弱噪音是信號(hào)傳輸和處理中十分重要的問題。 參 考 資 料 1謝平，林洪彬 信號(hào)處理原理及應(yīng) 用 北京：機(jī)械工程出版社 2劉波 .MATLAB信號(hào)處理 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020。 設(shè) 計(jì) 要 求 1. 設(shè)計(jì)報(bào)告中要求 畫出所設(shè)計(jì)的濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。數(shù)字濾波器根據(jù)頻域特性可分為低通、高通、帶通和帶 阻四個(gè)基本類型 。 數(shù)字 濾波器 精確度高、使用靈活、可靠性高，具有模擬設(shè)備所沒有的許多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域 , 例如數(shù)字電視、語音、通信、雷達(dá)、聲納、遙感、圖 像 、生物醫(yī)學(xué)以及許多工程應(yīng)用領(lǐng)域。因此，有必要對(duì)離散 時(shí)間系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有一基本認(rèn)識(shí)。以低通濾波器特性為例，頻率響應(yīng)有通帶、過渡帶及阻帶三個(gè)范圍。在振幅的對(duì)數(shù)對(duì)角頻率的波得圖上，從某一邊界角頻率開始，振幅隨著角頻率的增加而逐步減少，趨向負(fù)無窮大。)。Frequency/Hz39。high39。Frequency/Hz39。 %調(diào)用 butter函數(shù)確定巴特沃斯濾波器階數(shù) [B,A]=butter(N,Wc,39。 xlabel(39。 %調(diào)用 butter函數(shù)確定巴特沃斯濾波器階數(shù) [B,A]=butter(N,Wc,39。)。String39。 2，在信號(hào)輸入通道中輸入濾波器的參數(shù)。 課程設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 共 44 頁(yè) 參考資料： 1謝平，林洪彬 信號(hào)處理原理及應(yīng)用 北京：機(jī)械工程出版社 2劉波 .MATLAB信號(hào)處理 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020。gui_OutputF39。 function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit1 (see GCBO) % eventdata reserved to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,39。String39。) returns contents of edit3 as text % str2double(get(hObject,39。String39。)) returns contents of edit5 as a double % Executes during object creation, after setting all properties. function edit5_CreateF(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit5 (see GCBO) % eventdata reserved to be defined in a future version of MATLAB % handles empty handles not created until after all CreateFs called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc amp。amp。 isequal(get(hObject,39。BackgroundColor39。), get(0,39。amp。String39。)) returns contents of edit9 as a double 課程設(shè)計(jì) 第 36 頁(yè) 共 44 頁(yè) % Executes during object creation, after setting all properties. function edit9_CreateF(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit9 (see GCBO) % eventdata reserved to be defined in a future version of MATLAB % handles empty handles not created until after all CreateFs called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc amp。String39。) returns contents of edit7 as text % str2double(get(hObject,39。String39。 end 課程設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè) 共 44 頁(yè) function edit5_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit5 (see GCBO) % eventdata reserved to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,39。)。white39。,39。 % Update handles structure guidata(hObject, handles)。gui_Singleton39。在做實(shí)驗(yàn)是一定要小心謹(jǐn)慎，也許一個(gè)小小的語法錯(cuò)誤和常量變量的定義的錯(cuò)誤就造成整個(gè)程序出現(xiàn)問題，得不到所需的波形，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確。 課程設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 44 頁(yè) 軟件功能及使用方法。 m=str2double(get(,39。返回頻率響應(yīng) plot(W/pi,abs(Hz))。 As= 11。 %繪出巴特沃斯數(shù)字濾波器的幅頻特性曲線 grid on。 As= 10。 title(39。 %設(shè)置通帶最大最小衰減 [N,Wc]=buttord(Wp,Ws,Ap,As,39。 title(39。 %設(shè)計(jì)歸一化通帶阻帶截止頻率 Ap=1。 Z=est 的映射關(guān)系反映的是 Ha(s)的周期嚴(yán)拓與 H(z)的關(guān)系，而不是 Ha(s)b 本身與 H(z)的關(guān)系，因此，使用脈沖響應(yīng)不變法時(shí)，從 Ha(s)到 H(z)并沒有一個(gè)由 S 平面到 Z 平面的簡(jiǎn)單代數(shù)映射關(guān)系，即沒有一個(gè) s=f(z)的代數(shù)關(guān)系式。 優(yōu)點(diǎn)： ? 簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)，用一個(gè)二階節(jié)，通過變換系數(shù)就可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)； ? 極、零點(diǎn)可單獨(dú)控制、調(diào)整，調(diào)整 α1i、 α2i只單獨(dú)調(diào)整了第 i 對(duì)零點(diǎn)，調(diào)整 β1i、 β2i則單獨(dú)調(diào)整了第 i 對(duì)極點(diǎn)； ? 各二階節(jié)零、極點(diǎn)的搭配可互換位置，優(yōu)化組合以減小運(yùn)算誤差； ? 可流水線操作。因此，運(yùn)算結(jié)構(gòu)是很重要的，同一系統(tǒng)函數(shù) H(z)，運(yùn)算結(jié)構(gòu)的不同，將會(huì)影響系統(tǒng)的精度、誤差、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性以及運(yùn)算速度等許多重要性能。大多數(shù)情況下一維模擬信號(hào)的自變量是時(shí)間，經(jīng)過時(shí)間上的離散化(采樣 )和幅度上的離散化 (量化 )，這類模擬信號(hào)便成為一維數(shù)字信號(hào)。 第六天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告冊(cè)。 2. 設(shè)計(jì)出濾波器，并查看其波形。 本文 用 脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)的 一個(gè)滿足指標(biāo)的 巴特沃斯 IIR濾波器 ， 利用了一種基于 Matlab軟件的數(shù)字 濾 波器設(shè)計(jì) 方法，完成了低通，高通，帶通，帯阻 IIR濾波器的設(shè)計(jì) , 文中 深入分析了該濾波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)原理以及技術(shù)關(guān)鍵，闡述 了使用MATLAB進(jìn)行 帶通濾波器 設(shè)計(jì) 及仿真 的 具體方法。 隨著信息時(shí)代數(shù)字時(shí)代的到來，數(shù)字 濾波技術(shù) 已經(jīng)成為一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。 第二章 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) IIR 濾波器的基本結(jié)構(gòu) 一個(gè)數(shù)字濾波器可以用系統(tǒng)函數(shù)表示為： 01()()()1MkkkNkkkbz YzHz Xzaz????????? (21) 由這樣的系統(tǒng)函數(shù)可以得到表示系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的常系數(shù)線形差分程為： 00( ) ( ) ( )NMkkkky n a y n k b x n k??? ? ? ??? (22) 可見數(shù)字濾波器的功能就是把輸入序列 x(n)通過一定的運(yùn)算變換成輸出序列 y(n)。 在通帶內(nèi)： 1 AP≤| H(ejω)| ≤1 |ω|≤ωc 在阻帶中： |H(ejω)| ≤ Ast ωst ≤|ω|≤ωc 其中 ωc 為通帶截止頻率 , ωst為阻帶截止頻率， Ap為通帶誤差 , Ast為阻帶誤差。 其振幅平方函數(shù)具有如 21 式： （ 28） 式中， N 為整數(shù)，稱為濾波器的階數(shù)， N 越大，通帶和阻帶的近似性越好，過渡帶也越陡。 %調(diào)用 butter函數(shù)確定巴特沃斯濾波器階數(shù) [B,A]=butter(N,Wc,39。)。,39。)。bandpass39。Frequency/Hz39。stop39。 xlabel(39。))。 3， 點(diǎn) ‘ 輸出波形 ‘按鈕即可輸出相 應(yīng)濾波器的幅頻特性曲線。 3 張圣勤 實(shí)用教程 北京：機(jī)械工程出版社 2020 年 3 月 課程設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 44 頁(yè) 附錄 界面程序： function varargout = lyl(varargin) % LYL Mfile for % LYL, by itself, creates a new LYL or raises the existing % singleton*. % % H = LYL returns the handle to a new LYL or the handle to % the existing singleton*. % % LYL(39。, lyl_OutputF, ... 課程設(shè)計(jì)