【正文】 濾波器階數(shù)為 18 圖 5 3 濾波器的幅頻響應(yīng) 下圖顯示了濾波器的幅頻特性與相頻特性的比較這可以通過選擇菜單AnalysisMagnitude Phase Response 來啟動分析 圖 5 4 濾波器的幅頻特性與相頻特性的比較 選擇菜單 AnalysisGroup Delay Response 啟動群延時分析波形如圖 5－ 5所示 圖 5 5IIR 濾波器的群延時分析 Impulse Response 沖擊響應(yīng) PoleZero Plot 零極點圖 圖 5 6 IIR 濾波器的沖擊響應(yīng) 圖 5 7 IIR 濾波器的階躍響應(yīng) 圖 5 8 IIR 濾波器的零極點圖 求出的 IIR濾波器的系數(shù)可以選擇菜單 AnalysisFikter Coefficients來觀察如圖 59 圖 5 9 IIR 濾波器的系數(shù) 4 導(dǎo)出濾波器參數(shù) 1 將上述的結(jié)果保存為 kaiserfda 文件 10 kaiser 文件的建立 2 打開 Simulink 仿真 工具并搭建仿真模塊 首先單擊 Simulink 中的 Sources 輸入源子模塊庫該子模塊庫包含生產(chǎn)信號源的模塊如 Sine Wave模塊則生成一個正弦信號直接單擊正弦源然后按住鼠標(biāo)將該模塊拖入模型編輯窗口后松開鼠標(biāo)或者直接在該模塊上單擊鼠標(biāo)右鍵在彈出的菜單中選擇 Add to untitled 命令正弦模塊就直接添加再編輯窗口中由于本例中需要兩個正弦源一次拖入 3 個正弦源 圖 5 11 Simulink 主界面 接下來打開 Math Operations 數(shù)學(xué)操作 子模塊 庫將該模塊庫中的 Add 加入到編輯窗口中該模塊執(zhí)行加法操作做完后再打開 Signal Processing Blockset 模塊中的 Filter Designs 選取其中的 Digital Filter Design 該模塊時執(zhí)行再上一步所設(shè)計的 kasierfda文件最后打開 Sinks接受子模塊庫將 Scope示波器模塊加入到編輯窗口中最后的編輯窗口如圖 5－ 12 所示 圖 5 12 Simulink 仿真界面圖 3 設(shè)置模塊參數(shù) 將所需要的模塊添加到編輯窗口中后就可以設(shè)置模塊的屬性一滿足例程要求本例中要加入的輸入信號分別 設(shè)置正弦波的對應(yīng)參數(shù)觀察仿真結(jié)果 點擊 Simulink 菜單下的 Start 開始仿真并雙擊示波器觀察運行結(jié)果如圖 所示 13 三種正弦信號的波形 圖 5 14 濾波前后的對比 結(jié)論與展望 如今的時代是信息化時代借助好的計算機(jī)軟件來進(jìn)行輔助設(shè)計這已是科學(xué)研究領(lǐng)域的一個必然的發(fā)展趨勢其最具代表性的就是 Matlab 軟件及其工具箱Matlab已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科的功能強(qiáng)大的大型軟件在歐美等高校 Matlab已經(jīng)成為線性代數(shù)數(shù)理統(tǒng)計數(shù)值分析優(yōu)化技術(shù)自動控制數(shù)字信號處理圖像處理時間序列分析動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具 成為大學(xué)生研究生和博士生必須掌握的基本技能同時 Matlab 也被研究單位和工業(yè)部門廣泛應(yīng)用使科學(xué)研究和解決各種具體問題的效率大大提高利用 Matlab 軟件可以使數(shù)字濾波器的設(shè)計和實現(xiàn)變得事半功倍計算機(jī)仿真軟件 Simulink是 Matlab產(chǎn)品中的圖形化的建模工具它主要應(yīng)用于系統(tǒng)級設(shè)計和仿真同時也可用于算法開發(fā)該軟件的建模功能是相當(dāng)巨大的從某中意義上說凡是能夠用數(shù)學(xué)方式描述的系統(tǒng)都可用Simulink建模用 Simulink可以搭建的系統(tǒng)包括數(shù)字信號處理系統(tǒng)電力系統(tǒng)通訊系統(tǒng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層動力學(xué)系統(tǒng)控制系統(tǒng)生物系 統(tǒng)和金融系統(tǒng)等為了建立各種各樣的系統(tǒng)模型 Simulink 提供了一些基本庫和針對各種領(lǐng)域的擴(kuò)展庫用戶可以使用這些庫中的模塊搭建自己的模型因此本文借助 MATLAB 軟件來進(jìn)行應(yīng)用研究 本課題的主要方向是基于 Matlab 的數(shù)字低通濾波器的設(shè)計與仿真文章首先對數(shù)字濾波器的主體結(jié)構(gòu)和 Matlab 在當(dāng)今時代的現(xiàn)狀然后分別介紹了有限沖激響應(yīng) FIR 和無限沖激響應(yīng) IIR 的設(shè)計在這部分主要分析了數(shù)字濾波器的設(shè)計思路并比較了設(shè)計 FIR 和 IIR 數(shù)字濾波器時的區(qū)別 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計的基本技術(shù)就是利用復(fù)值映射把熟知的模擬濾波 器轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器模擬濾波器的設(shè)計技巧非常成熟不僅有封閉形式的公式而且設(shè)計系數(shù)已經(jīng)表格化因此用模擬濾波器設(shè)計數(shù)字濾波器的方法準(zhǔn)確簡便而與 IIR 濾波器相比 IR 的實現(xiàn)是非遞歸的總是穩(wěn)定的更重要的是 FIR 濾波器在滿足幅頻響應(yīng)要求的同時可以獲得嚴(yán)格的線性相位特性在這部分主要介紹了設(shè)計 IR 最常用的方法窗函數(shù)法文章分別對各個窗函數(shù)逐一進(jìn)行了介紹并給出了 M 語言來驗證了所設(shè)計的濾波器的特性 最后時利用 Simulink 工具進(jìn)行濾波器設(shè)計與仿真并對常用的方法創(chuàng)建了圖形用戶界面使得濾波器設(shè)計過程更加簡單方便直觀對于數(shù)字濾波器設(shè)計 的學(xué)習(xí)設(shè)計應(yīng)用等具有很好的輔助作用相信隨著 Matlab 軟件在信息技術(shù)中的不斷推廣和使用將會使科技工程人員從各類繁瑣的計算工作中解脫出來有時間思考和研究更重要的問題這必將為科技的進(jìn)步起到巨大的推動作用本論文不完善之處是濾波器的實現(xiàn)方法濾波方法都僅限于書本所學(xué)的還有許多工程上比較實用的濾波方法沒有添加進(jìn)去輸入信號雖然可以自己輸入但也僅限于 Matlab 所能識別的函數(shù)的組合濾波器的系數(shù)的量化問題也沒有考慮用戶界面也比較簡單等希望以后能夠做的更加完善致 謝首先對我的指導(dǎo)老師趙老師表示深深的敬意和由衷的感謝感謝趙老 師在這半年畢業(yè)設(shè)計期間給予我的深深的教誨無私的關(guān)懷和悉心的指導(dǎo)趙老師淵博的學(xué)識敏銳的思維嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和孜孜不倦的工作作風(fēng)都令我受益匪淺為我以后踏入社會打下了堅實的基礎(chǔ) 作 者 2020 年 6 月日 參考文獻(xiàn) [1] 丁玉美高西全數(shù)字 信號處理 [M]西安西安電子科技大學(xué)出版社2020201222MATLAB 工程應(yīng) 用系列叢 書清華 大學(xué)出 版社 2020 年 5 月9787302172291 [3] 吳正茂 IIR 數(shù)字濾波器的 MATLAB 設(shè)計與實現(xiàn)《長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報》 2020 年 02 期 ISSN10090200B 錢進(jìn) IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計《長江職工大學(xué)學(xué)報》 2020 年 03 期 ISSN100903013 [5] 聶祥飛 IIR 數(shù)字濾波器的直接設(shè)計法研究 《重慶三峽學(xué)院學(xué)報》 2020年 01 期 李文 IIR 數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計《中 山大學(xué)學(xué)報論叢》 2020 年 05 期 陳愛萍胡曉東 基于 MATLAB 的 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計 《湖南工程學(xué)院學(xué)報 自然科學(xué)版 》 2020 年 03 期 武衛(wèi)華基于 MATLAB 的 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計《自動化儀表》 2020 年 07 期ISSN100007006 [9] 聶祥飛基于 MATLAB 的 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計研究《信息技術(shù)》 2020 年 12期 柳春鋒用 MATLAB 語言實現(xiàn) IIR 濾波器的設(shè)計《齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報》 2020年 04 期 Digital filter digital filter is the number of multipliers adders and delay units of a device Its function is to input the number of discrete signal processing code in order to achieve the purpose of changing the signal spectrum As a result of puter technology and the development of largescale integrated circuits digital filters have been available for puter software to achieve but also largescale integrated digital hardware can be used to achieve realtime Digital filter is a discretetime systems in accordance with a predetermined algorithm the input discretetime signal is converted to the required output signal discretetime devicespecific functions Application of digital filter of analog signal processing the first analog signal to be input to limit zone sampling and analogtodigital conversion Digital filter sampling rate of the input signal should be processed more than twice the signal bandwidth the frequency response with a sampling frequency of the cycle to repeat interval properties and to fold the frequency that is 1 2 the sampling frequency was mirrorsymmetric points For analog signals digital filter the output of digital signal processing shall be subject to digitaltoanalog conversion smooth Digital filter with high precision and high reliability can be programmed to change the properties or reuse ease