基于matlab的iir數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-23 04:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 器設(shè)計(jì)分析工具，MATLAB (Filter Design Toolbox)。FDATool可以設(shè)計(jì)幾乎所有的常規(guī)濾波器，包括FIR和IIR的各種設(shè)計(jì)方法。它操作簡單，方便靈活。FDATool界面總共分兩大部分，一部分是Design Filter。在界面的下半部，用來設(shè)置濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)；另一部分則是特性區(qū)，在界面的上半部分，用來顯示濾波器的各種特性。Design Filter部分主要分為：Filter Type(濾波器類型)選項(xiàng)，包括Lowpass(低通)、Highpass(高通)、Bandpass(帶通)、Bandstop(帶阻)和特殊的FIR濾波器。Design Method(設(shè)計(jì)方法)選項(xiàng)，包括IIR濾波器的Butterwotth(巴特沃思)法、ChebyshevType I(切比雪夫I型)法、Chebyshev Type II(切比雪夫II型)法、Elliptic(橢圓濾波器)法和FIR濾波器的Equiripple法、LeastSquares(最小乘方)法、Window(窗函數(shù))法。Filter Order(濾波器階數(shù))選項(xiàng)，定義濾波器的階數(shù)，包括Specify Order(指定階數(shù))和Minimum Order(最小階數(shù))。在Specify Order中填入所要設(shè)計(jì)的濾波器的階數(shù)(N階濾波器，Specify Order=N1)。如果選擇Minimum Order，則MATLAB根據(jù)所選擇的濾波器類型自動(dòng)使用最小階數(shù)。Frequency Specifications選項(xiàng)，可以詳細(xì)定義頻帶的各參數(shù)，包括采樣頻率和頻帶的截止頻率。它的具體選項(xiàng)由Filter Type選項(xiàng)和Design Method選項(xiàng)決定。例如Bandpass(帶通)濾波器需要定義Fstop1(下阻帶截止頻率)、Fpass1(通帶下限截止頻率)、Fpass2(通帶上限截止頻率)、Fstop2(上阻帶截止頻率)，而Lowpass(低通)濾波器只需要定義FstopFpass1。采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，由于過渡帶是由窗函數(shù)的類型和階數(shù)所決定，所以只需定義通帶截止頻率，而不必定義阻帶參數(shù)。Magnitude Specifications選項(xiàng)，可以定義幅值衰減的情況。例如設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)，可以定義Wstop1(頻率Fstop1處的幅值衰減)、Wpass(通帶范圍內(nèi)的幅值衰減)、Wstop2(頻率Fstop2處的幅值衰減)。當(dāng)采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，通帶截止頻率處的幅值衰減固定為6db，所以不必定義。我們將以一個(gè)IIR濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例來具體說明使用matlab工具箱的方便。要求設(shè)計(jì)elliptic（橢圓）帶通數(shù)字低通濾波器滿足下列指標(biāo)：它的通帶范圍從100HZ到150HZ, 采樣頻率Fs=1000HZ, 通帶最大衰減Rp=1dB，阻帶最大衰減 Rs=60dB ,階數(shù)為10。在該實(shí)例中，首先在Response Type中選擇Bandpass 高通濾波器，然后在下面的Desigh Method中選擇IIR類型，并且指定 Filter Order項(xiàng)中的階數(shù)Specify Order=10 ，由于是設(shè)計(jì)elliptic 橢圓濾波器，其下面Option就不必選擇。 然后在Frequency Specifications中選擇Unit為Hz，給出采樣頻率Fs=1000，通帶Fpass1=100和Fpass2=150；最后在Magnitude Specifications中選擇Unit為dB，Apass=1,Astop=60. 設(shè)置完成后點(diǎn)擊Design Filter即可得到所設(shè)計(jì)的IIR濾波器。通過菜單選項(xiàng)Analysis可以在特性區(qū)看到所設(shè)計(jì)的幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)、沖擊響應(yīng)和零極點(diǎn)配置等特性，,。下面即是運(yùn)用FDATOOl對(duì)elliptic橢圓濾波器的設(shè)計(jì)界面： 相頻特性 沖擊響應(yīng)特性 從以上這些界面中我們可以清晰明了的看到設(shè)計(jì)的橢圓濾波器各種特性：由以上圖中我們能夠很容易的分析，、等紋波的抑止頻帶，而且過渡帶寬非常狹窄，總之，使用FDATool工具包設(shè)計(jì)和分析濾波器，是非常方便易行的，而且交互性良好，不需要極其復(fù)雜的程序編制就可以實(shí)現(xiàn)。在工程中也是廣泛應(yīng)用 。．基于fdesign更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法 Fdesign是一種面向?qū)ο蟮臑V波器設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)思路是：，例如fvtool，sptool等，使用這些工具箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。，對(duì)象中包含所有濾波器的特性及可供操作的函數(shù) ，sptool提供了濾波器分析及視覺化集成環(huán)境。 ，包括：延時(shí)，濾波器設(shè)計(jì)復(fù)雜度，阻帶衰減權(quán)衡分析，支持多種濾波器結(jié)構(gòu)包括：directform FIR，transposed，Overlapadd FIR以及之間的轉(zhuǎn)換用convert函數(shù)進(jìn)行操作。 ：它可以生成simulink模型 ，使用cost函數(shù)：。 .fvtool設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器 FVTool 可用于查看設(shè)計(jì)或?qū)氲臑V波器的特性，包括其幅度響應(yīng)、相位響應(yīng)、群延遲、極點(diǎn)零點(diǎn)圖、沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)等。 下面我就來用一個(gè)程序來分析如何用fvtool設(shè)計(jì)濾波器： %用工具箱的畫圖工具進(jìn)行畫圖clear。Wp=60/600。Ws=90/600。Rp=1。Rs=15。 %濾波器參數(shù)設(shè)定[N, Wn] = BUTTORD(Wp, Ws, Rp, Rs)。 [B,A] = BUTTER(N,Wn) 。 %巴特沃斯模擬濾波器[num, den] = iirlp2bp(B,A, , [, ])。 %IIR低通向帶通轉(zhuǎn)換fvtool(B,A, num, den)。 %進(jìn)入fvtool界面進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)與分析 FT=(B,A)。 %將要設(shè)計(jì)的濾波器參數(shù)傳遞給變量FTrealizemdl(FT)。
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