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正文內(nèi)容

基于matlab信號(hào)處理工具箱的iir濾波器設(shè)計(jì)與仿真(參考版)

2024-08-31 15:24本頁(yè)面
  

【正文】 圖表整潔,布局合理,文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě),不準(zhǔn)用徒手畫(huà) 3)畢業(yè)論文須用 A4 單面打印,論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4)圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5)軟件工程類(lèi)課題應(yīng)有程序清單,并提供電子文檔 1)設(shè)計(jì)(論文) 2)附件:按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文(復(fù)印件)次序裝訂 3)其它 。 :任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文(復(fù)印件)。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名: 日期: 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做 出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名: 日 期: 39 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體,均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 37 參考文獻(xiàn) [1]程佩清 數(shù)字信號(hào)處理教程(第三版) 清華 ms 大學(xué)出版社 2020 [2]郭仕劍等 人民郵電出版社 2020 [3]張德豐 MATLAB 數(shù)字信號(hào)處理及應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 2020 [4]王彬 MATLAB 數(shù)字信號(hào)處理 機(jī)械工業(yè)出版社 2020 [5]陳生潭等 信號(hào)與系統(tǒng)(第四版)西安電子科技大學(xué)出版社 2020 [6]丁亦農(nóng) Simuink 與信號(hào)處理 北京航空航天大學(xué)出版社 2020 [7]焦瑞莉 數(shù)字信號(hào)處理 機(jī)械工業(yè)出版社 2020 [8]Simulink 電子通信仿真與應(yīng)用 國(guó)防工業(yè)出版社 2020 [9]張德豐 詳解 MATLAB 數(shù)字信號(hào)處理 電子工業(yè)出版社 2020 [10]桂志國(guó)等 數(shù)字信號(hào)處理原理及應(yīng)用 國(guó)防工業(yè)出版社 2020 [11]吳瑛等 數(shù)字信號(hào)處理 西安電子科技大學(xué)出版社 2020 [12]陳懷深 數(shù)字信號(hào)處理 — MATLAB 釋義與實(shí)現(xiàn) 電子工業(yè)出版社 2020 [13]閆敬文 數(shù)字圖像處理( MATLAB 版 第二版) 國(guó)防工業(yè)出版社 2020 [14]詹青龍等 數(shù)字圖像處理技術(shù) 清華大學(xué)出版社 2020 [15]周利清等 數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)(第 3 版) 北京郵電大學(xué)出版社 2020 [16]Sophocles fanidis Signal processing Prentice Hall 1998 [17]Proakis, Dimitris G. Manlakis Digital siginal processing: principles,algorithms,and applacations House of electronics Industry 2020 38 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾:所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 畢業(yè)設(shè)計(jì)也即將完成,心情激動(dòng)之余又在感嘆時(shí)光的飛逝,馬上又面臨分別不免心情有些沉重,但是在大學(xué)四年里我也成長(zhǎng)很多學(xué)到了很多知識(shí)和社會(huì)經(jīng)歷。在畢業(yè) 設(shè)計(jì)過(guò)程中老師給予了細(xì)心的指導(dǎo),為我提供設(shè)計(jì)思路,從大局著手為我們的設(shè)計(jì)進(jìn)行布局提供意見(jiàn),每周都會(huì)和導(dǎo)師見(jiàn)面匯報(bào)自己所做的成果和老師討論問(wèn)題,對(duì)自己不理解的地方能夠及時(shí)反饋獲得老師的意見(jiàn),老師經(jīng)常敦促我們的進(jìn)程,讓我們最后再規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成了課程設(shè)計(jì),在此我向任老師表示我崇高的敬意。這個(gè)過(guò)程是令人痛苦乏味的,然而自己得到了很多,讓我學(xué)會(huì)了堅(jiān)持,學(xué)會(huì)獨(dú)立解決問(wèn)題,這是一生用之不竭的財(cái)富。 此次的課程設(shè)計(jì)讓我獲益匪淺,培養(yǎng)了自己獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。好在無(wú)論是圖書(shū)館還是網(wǎng)絡(luò)上都擁有大量的資源可供利用,這為此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了極大的幫助。 本設(shè)計(jì)屬于軟件模擬類(lèi)型不需要做實(shí)物只需做軟件設(shè)計(jì),然而做起來(lái)卻不是那么容易,和那些做硬件設(shè)計(jì)相比內(nèi)容確實(shí)要多很多。 35 結(jié)束語(yǔ) 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在利用圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)查閱了大量的資料,不斷積累并借鑒了前人的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成的,自己也付出了大量的時(shí)間和精力,自己的辛勤勞動(dòng)沒(méi)有白費(fèi),終于有了自己的成果 ,設(shè)計(jì)也接近尾聲。 完成后運(yùn)行,得到 結(jié)果如下: 圖 Scope波形 圖 Scope1波形 由于濾波器的類(lèi)型不同,其濾波特性也會(huì)不同,產(chǎn)生的濾波效果也會(huì)有所差別,這一點(diǎn)通過(guò)對(duì)比圖 、圖 、圖 和圖 就會(huì)發(fā)現(xiàn)。 圖 Scope波形 圖 Scope 1波形 34 通過(guò)對(duì)比圖 和圖 發(fā)現(xiàn)該濾波器的設(shè)計(jì)也是滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的,濾波效果良好,達(dá)到性能要求。 脈沖響應(yīng)不變法的 simulink 仿真 在上面的 simulink 設(shè)計(jì)中所用的濾波模塊是從模塊庫(kù)中直接尋找和設(shè)置的,這樣一來(lái)我們就需要重復(fù)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置,該濾波模塊還有另一種設(shè)計(jì)方式那就是在使用FDATool 設(shè)計(jì)界面時(shí),設(shè)計(jì)完成后可以直接將所設(shè)置的濾波器導(dǎo)入到 model 模塊中這樣就避免了重復(fù)對(duì)該濾波器的設(shè)計(jì),這種方式的原理與前面的是相同的,只是設(shè)計(jì)方式不同而已。 圖 Chebyshev TypeⅡ型設(shè)計(jì)模塊 圖 Scope波形 32 圖 Scope1波形 通過(guò)圖 和圖 的對(duì)比發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的濾波器是符合設(shè)計(jì)要求的。 然后我們來(lái)對(duì)切貝雪夫Ⅱ型濾波器進(jìn)行 simulink 仿真 其設(shè)計(jì)的參數(shù)與Ⅰ型的基本上相一致,區(qū)別在于濾波器這一模塊的差別,因此我們只需 31 從新設(shè)置 Digital Filter Design 這一模 塊即可。圖 中前一信號(hào)為通帶信號(hào)后一信號(hào)為阻帶信號(hào)。 直接設(shè)計(jì)法的 simulink仿真 我們首先對(duì)切貝雪夫 Ⅰ型濾波器進(jìn)行仿真,要對(duì)仿真模塊進(jìn)行設(shè)置雙擊 Sine Save對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置如下圖所示 。 注: Scope 剛拖入 model 中時(shí)只有一個(gè)引腳,對(duì)其進(jìn)行雙擊,出來(lái)界面中點(diǎn)擊 Parameters然后將 Number of axes 中的 1改為 2點(diǎn)擊 OK即可。設(shè)計(jì)步驟如下: 打開(kāi) MATLAB 工具點(diǎn)擊 File 中 new 新建 model,點(diǎn)擊左下角的 start→ simulink→Library→ Browser,就打開(kāi)了 simulink 庫(kù),在 Sources 選項(xiàng)中找到信號(hào)源 Sine Wave然后將此拖入 model 中由于有 2 個(gè)輸入信號(hào)源故要拖入 2 個(gè),在 Sinks 中找到示波器Scope 然后在 model 中拖入 2 個(gè), Math Operations 中找到 Add 并拖入,最后再點(diǎn)擊 Signal Processing Blockset→ Filtering→ Filter Designs 找到 Digital Filter Design 模塊拖入然后將各個(gè)模塊連接起來(lái)如下圖所示 : 圖 模塊設(shè)計(jì)圖 其中有 2 個(gè)輸入信號(hào)源, 2 個(gè)示波器, Scope 中顯示兩輸入信號(hào)的波形, Scope1 顯示濾波前和濾波后的波形, Add 將兩信號(hào)疊加通過(guò)濾波器 Digital Filter Design 獲得濾波后的信號(hào)。使用 simulink 仿真結(jié)果能夠很好的了解所設(shè)計(jì)的濾波器的濾波效果,通過(guò)濾波前后信號(hào)的對(duì)比,可以準(zhǔn)確判斷地所設(shè)計(jì)的濾波器的精確性,因此 simulink 是濾波器設(shè)計(jì)不可缺少的環(huán)節(jié)。 25 圖 巴特沃斯低通濾波器的幅頻響應(yīng) 再點(diǎn)擊 Analysis/Phase Response 得相頻響應(yīng)的圖像: 圖 橢圓濾波器的 FDATool 設(shè)計(jì) 與巴特沃斯低通濾波器設(shè)計(jì)相似只需將 Design Method 中的 IIR 濾波器方式改為Butterworth,然后獲得結(jié)果 26 圖 橢圓濾波器的幅頻響應(yīng) 橢圓濾波器的相頻響應(yīng) 5 IIR 數(shù)字濾波系統(tǒng)的 simulink 仿真設(shè)計(jì) simulink 簡(jiǎn)介 Simulink 是一個(gè)與 MATLAB 融為一體,對(duì)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)進(jìn)行模擬,仿真和分析的應(yīng)用 27 軟件。 巴特沃斯低通濾波器 FDATool 設(shè)計(jì) 打開(kāi) FDATool設(shè)計(jì)界面, Response Type 選擇 Lowpass; Design Method 選擇 IIR,Chebyshev TypeⅠ; Filter Order 中選擇 Minimum order; Frequency Specificatons中的 Fs為 1000, fpass 為 300, fstop 為 400; Magnitude Specifications 項(xiàng)中 Apass為 1, Astop 為 30。然后點(diǎn)擊 Design Filter 直接顯示幅頻響應(yīng)結(jié)果: 圖 Chebyshev TypeⅠ型濾波器的幅頻響應(yīng) 點(diǎn)擊 Analysis/Phase Response 顯示相頻響應(yīng) 23 圖 Chebyshev TypeⅠ型濾波器的相頻響應(yīng) 切貝雪夫Ⅱ型的設(shè)計(jì)與Ⅰ型相似只需將 Design Method 項(xiàng)中 IIR 的類(lèi)型 Chebyshev TypeⅠ改為 Chebyshev TypeⅡ然后點(diǎn)擊 Design Filter 獲得 Mnitude Response(幅頻響應(yīng) )和 Phase Response(相頻響應(yīng))的結(jié)果。使用 FDATool 來(lái)設(shè)計(jì)切貝雪夫Ⅰ,Ⅱ型濾波器,方法比較簡(jiǎn)單,而且能夠很清晰的得到所設(shè)計(jì)的濾波器的幅頻相頻響應(yīng)的圖形。 下面我們根據(jù)第 2章所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)。 Frequency Specificatons: Units 代表單位選擇 Hz, Fs 代表抽樣頻率, ,fpass 22 代表通帶頻率, fstop 代表阻帶頻率。 Design Method:選擇濾波器的類(lèi)型,是 IIR還是 FIR且每種類(lèi)型又分多種設(shè)計(jì)方式,要按實(shí)際所需來(lái)選擇。 圖 FDATool界面 觀(guān)察 FDATool 工具的界面其設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)本部分 。 FDATool 工具幾乎可以設(shè)計(jì)所有常規(guī)的包括 IIR 和 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)。 圖 雙線(xiàn)性變換法的幅度 和相位特性的映射 相對(duì)于分段常數(shù)濾波器來(lái)說(shuō),變換后得到的濾波器幅頻特性仍為分段常數(shù), 上述所說(shuō)的畸變是可以通過(guò)一定的方法克服的,可以通過(guò)頻率的預(yù)畸來(lái)進(jìn)行矯正,也就是在變換前就開(kāi)始把頻率進(jìn)行畸變,變換后經(jīng)過(guò)映射關(guān)系正好能得到所需的頻率。 ?- ? ?o? ?2t a n2 ?T? = 20 圖 Ω與ω的關(guān)系圖 可看出 s平面虛軸映射到 z平面單位圓上下兩部分,頻率軸具有單值變換關(guān)系,Ω→ ∞時(shí),ω =π為折疊頻率,因此不存在高于折疊頻率的分量,也就避免了脈沖響應(yīng)不變法引起的頻響混疊現(xiàn)象。)。 ylabel(39。頻率 /Hz39。grid on。 subplot(2,1,2)。振幅 /dB39。)。 xlabel(39。)。 title(39。 subplot(2,1,1)。 [bz,az]=bilinear(b,a,fs)。 [Bap,Aap]=zp2tf(z,p,k)。)。 [N,Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs,39。 Wp=2/Ts*tan(wp/2)。 Rs=30。 ws=2*pi*400/fs。Ω 1較小時(shí) 2)2(tan 11 TT ??? 由( 24)式及Ω≈Ω 1可知 2c 11 T????? 從而 T2c? (310) 使用數(shù)字濾波器某一特定的頻率(如 T1cc ?
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