畢業(yè)論文設(shè)計(jì)：iir數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)-展示頁(yè)
2025-01-21 20:07本頁(yè)面
【正文】 的輸入，濾波器的輸出信號(hào)波形也是不一樣的。假設(shè)數(shù)字濾波器的傳輸函數(shù) 用 下式表示： （ 1－ 1） 式中 ， │)│H(e ω j 稱(chēng)為幅頻特性；φ (ω )稱(chēng)為相頻特性。 圖 2 理想低通、高通、帶通、帶阻濾波器幅度特性 數(shù)字濾波器從實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者從單位脈沖響應(yīng)分類(lèi)，可以分成無(wú)限脈沖響應(yīng)（ Infinite Impulse Response Filter 簡(jiǎn)稱(chēng) IIR）濾波器和有限脈沖響應(yīng)（ Finite Impulse Response Filter 簡(jiǎn)稱(chēng) FIR）濾波器。 數(shù)字 濾波器從功能上可分為四種：即低通（ LP, Low Pass） 、 高通（ HP, High pass） 、 帶通（ BP, Band Pass）和帶阻 (BS, Band Stop)濾波器 。 經(jīng)典濾波器即一 般的濾波器，特點(diǎn)是輸入信號(hào)中有用的頻率成 份 和希望濾除的頻率成 份 占有不同的頻帶，通過(guò)一個(gè)合適的選頻濾波器達(dá)到濾波的目的。這幾種描述方式相互關(guān)聯(lián)，從不同方面說(shuō)明了濾波器的特性。 數(shù)字濾波器的描 述 與 分類(lèi) 一般情況下，數(shù)字濾波器是一個(gè)線性時(shí)不變離散系統(tǒng)，可用差分方程、脈沖響應(yīng) h(n)、傳輸函數(shù) H(z)及頻率響應(yīng) 來(lái)描述。正因?yàn)?這些 不同點(diǎn)，數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配以及實(shí)現(xiàn)模擬濾波器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特殊濾波功能等優(yōu)點(diǎn) [6]。 1 數(shù)字濾波器 綜述 數(shù)字濾波器的基本概念 所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻率成分的相對(duì)比例或者濾除某些頻率成分的器件。 MATLAB(即 matrix 和 laboratory 的前 3 位字母組合，意為“矩陣實(shí)驗(yàn)室” )是美國(guó) MathWorks 公司于 1984 年推出的數(shù)學(xué)軟件，是一種用于科學(xué)工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言 [3]。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)要進(jìn)行復(fù)雜的推導(dǎo)和計(jì)算，所以運(yùn)算量非常龐大 [2]。 關(guān)鍵詞 ： 濾波器 ， IIR 數(shù)字濾波器 ， 設(shè)計(jì) ， MATLAB Design of IIR Digital Filter Electronics and Information Science and Technology Candidate: Lu Jianbo Advisor: Qiao Naosheng Abstract: IIR digital filter is one kind of the classical digital filter. Method and step of limitless pulse respond digital filter are introduced by MATLAB that have high efficiency and visual as an image visual software. Indirect method of designing infinite impulse respond digital filter by MATLAB is given. The method is to design the simulation filter at first, and then change sz level to achieve the design purpose. Keywords: filter, IIR digital filter, design, MATLAB IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 2 引言 IIR數(shù)字濾波器屬于經(jīng)典數(shù)字濾波器中的一種，在很多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。 給出 了 運(yùn)用 MATLAB 設(shè)計(jì)無(wú)限脈沖響應(yīng)（ IIR）數(shù)字濾波器的方法 ： 間 接法 。IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 1 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生：魯劍波 指導(dǎo)老師： 喬鬧生 摘要 ： IIR 數(shù)字濾波器是經(jīng)典數(shù)字濾波器的一種。 介紹 了 怎樣運(yùn)用 MATLAB 這一編程效率高、 形象直觀的可視化軟件來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)限脈沖響應(yīng)（ IIR）數(shù)字濾波器的方法和步驟。 該方法 主要 是 先設(shè)計(jì)模擬濾波器，再進(jìn)行 sz 平面轉(zhuǎn)換而 達(dá)到設(shè)計(jì)目的。與 FIR數(shù)字 濾波器相比，它可以用較低的階數(shù)獲得較高的性能，所以存儲(chǔ)單元少， 經(jīng)濟(jì)效益高，在相同門(mén)級(jí)規(guī)模和相同時(shí)鐘速度下可以提供更好的帶外衰減性 [1]。目前，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)常借助 于 計(jì)算機(jī)， 利用 MATLAB 軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。它集數(shù)值分析 、 矩陣運(yùn)算 、 信號(hào)處理和圖形顯示于一體 ,功能強(qiáng)大，編程效率高，是設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的強(qiáng)有力的工具 [4]。數(shù)字濾波器的概念 和模擬濾波器相同，只是信號(hào)的形式和實(shí)現(xiàn)濾波方法不同 [5]。如果要處理的是模擬信號(hào)， 則 可通過(guò) A/DC 和 D/AC，在信號(hào)形式上進(jìn)行匹配轉(zhuǎn)換，同樣可以使用數(shù)字濾波器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波 [7]。圖 1 示出了所有描述濾波器的方法。 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 3 圖 1 數(shù)字濾波器的描述方法 數(shù)字濾波器按照不同的 分類(lèi)方法，有許多種類(lèi)，但總起來(lái)可分為經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器兩類(lèi)。如果信號(hào)和干擾的頻帶互相重疊，則不能完成對(duì)干擾的有效濾除，這時(shí)需要采用另一類(lèi)所謂的現(xiàn)代濾波器，這些濾波器可按照隨機(jī) 信號(hào)內(nèi)部的一些統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，從干擾中最佳地提取信號(hào)。 它們的幅頻特性 如下圖 。 數(shù)字濾波器的技術(shù)要求 通常用的數(shù)字濾波器一般屬于選頻濾波器。幅頻特性表示信號(hào)通過(guò)該濾波器后各頻率成 份衰減情況，而相頻特性反映各頻率成份 通過(guò)濾波器后在時(shí)間上的延時(shí)情況。一般選頻濾波器的技術(shù)要求由幅頻特性給出，相頻特性一般不作要求，但如果對(duì)輸出波形有要求 ，則需要考慮相頻特性的技術(shù)指標(biāo)，如語(yǔ)音合成、波形傳輸、圖 像 信號(hào)處理等。 2 設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)和選擇 IIR 濾波器設(shè)計(jì)方法有兩類(lèi) ,常用的 間接法 是借助于模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的 。由于要解聯(lián)立方程，設(shè)計(jì)時(shí)需要計(jì)算機(jī) 作 輔助。 其 設(shè)計(jì)過(guò)程是：按照技術(shù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)模擬低通濾波器，得到模擬低通濾波器的傳輸函數(shù) )(sHa ，再按照一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系將 )(sHa 轉(zhuǎn)換成數(shù)字低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù) )(zH 。將傳輸函數(shù) )(sHa 從 S 平面轉(zhuǎn)換到 Z平面的方法有多種，但工程上常用的是脈沖響應(yīng)不變法和雙線性 變換 法。另外一
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