【正文】 計(jì)論文 3 前 言 濾波是信號(hào)處理的基礎(chǔ)，濾波運(yùn)算是信號(hào)處理中的基本運(yùn)算，濾波器的設(shè)計(jì)也就相應(yīng)成為數(shù)字信號(hào)處理的最基本問(wèn)題之一。 then described the IIR basic concepts of digital filter, which includes system is described, the transfer function of the system, system model。其主要內(nèi)容概括為：首先對(duì) 濾波器的 原理和設(shè)計(jì) 進(jìn)行了介紹；接著描述了 IIR數(shù)字濾波器的基本概念，其中包括系統(tǒng)的描述、系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、系統(tǒng)的模型； 接著 簡(jiǎn)單介紹 MATLAB，并對(duì)數(shù)字濾波器在 MATLAB環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了介紹；重點(diǎn)描述了 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程，最后對(duì) IIR濾波器進(jìn)行仿真。尤其是 Matlab中的信號(hào)處理工具箱使各個(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。 實(shí)現(xiàn) IIR濾波器的階次較低，所用的存儲(chǔ)單元較少，效率高，精度高，而且能夠保留一些模擬濾波器的優(yōu)良特性，因此應(yīng)用很廣。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目 基于 MATLAB 的 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 專業(yè)名稱 電子信息工程 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2020 年 6 月 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 I 目 錄 摘 要 ........................................................... 1 ABSTRACT........................................................ 2 前 言 ........................................................... 3 第 1 章 濾波器的基本概念 ......................................... 4 濾波器的定義 ............................................ 4 濾波器的發(fā)展 ............................................ 4 濾波器的分類 ............................................ 5 第 2 章 濾波器的原理與設(shè)計(jì) ....................................... 7 模擬濾波器的原理與設(shè)計(jì) .................................. 7 數(shù)字濾波器的原理與設(shè)計(jì) .................................. 8 第 3 章 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) .................................... 10 IIR 數(shù)字濾波器簡(jiǎn)介 .................................... 10 IIR 數(shù)字濾波器的主要 技術(shù) 指標(biāo) .......................... 10 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程 .............................. 12 用脈沖相應(yīng)不變法設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字濾波器 ................. 13 雙線性變換法設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字濾波器 ..................... 16 第 4 章 IIR 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn) .................................... 20 matlab 簡(jiǎn)介 ........................................... 20 matlab 的概況 ..................................... 20 matlab 的語(yǔ)言特點(diǎn) ................................. 20 matlab 的功能 ..................................... 22 利用模擬原型進(jìn)行 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和仿真 ............. 23 巴特沃斯 (Butterworth)和橢圓數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì) .... 24 切比雪夫（ Chebyshev）數(shù) 字濾波器的設(shè)計(jì) .............. 30 IIR 數(shù)字濾波器的直接設(shè)計(jì)法 ............................. 34 第 5 章 IIR 數(shù)字濾波器的綜合設(shè)計(jì)和仿真 .......................... 40 濾波器設(shè)計(jì)實(shí)例與仿真 ........................... 40 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 II ........................... 42 結(jié) 論 .......................................................... 45 致 謝 .......................................................... 46 參考文獻(xiàn) ....................................................... 47 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) ................................................... 48 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 摘 要 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，由于信號(hào)中經(jīng)常混有各 種噪聲 和干擾 ，所以很多信號(hào)分析都是基于濾波器而進(jìn)行的， 而數(shù)字濾波器是通過(guò)數(shù)值運(yùn)算實(shí)現(xiàn)濾波，具有處理精度高、穩(wěn)定、靈活、不存在阻抗匹配問(wèn) 題 等優(yōu)點(diǎn) ，可以實(shí)現(xiàn)模擬濾波器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特殊濾波功能。 數(shù)字濾波器根據(jù)其沖激響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性，可分為兩種，即無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng) (IIR)數(shù)字濾波器和有限長(zhǎng)沖激響應(yīng) (FIR)數(shù)字濾波器。Matlab軟件以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，把計(jì)算 、 可視化及程序設(shè)計(jì)有機(jī)融合到交互式工作環(huán)境中，并且為數(shù)字濾波的研究和應(yīng)用提供了一個(gè)直觀、高效、便捷的利器。 本文根據(jù)模擬濾波器的設(shè)計(jì)原理，提出了 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，并在 MATLAB環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和仿真。 關(guān)鍵詞 ： MATLAB， IIR 數(shù)字濾波器 ， 模擬濾波器 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 ABSTRACT In modern munication system, because the signal is often mixed with various noise and interference, so a lot of signal analysis are based on the filter and the digital filter, and through numerical arithmetic to realize filtering, has high processing precision, stable, flexible, there is no problem of impedance matching and other advantages, can realize analog filter can achieve special filtering filter based on the impulse response function in the time domain characteristics, can be divided into two types, namely, infinite impulse response (IIR) digital filters and finite impulse response (FIR) digital of IIR filter order is relatively low, the storage unit is less, high efficiency, high precision, and can retain some analog filter of excellent properties, so the application is very software for matrix putation based on the calculation, visualization, and the program design of the anic integration of the interactive environment, and digital filtering for applications in research and provides an intuitive, efficient, convenient the Matlab signal processing toolbox to various fields of research personnel can undertake scientific research and engineering application. In this paper, according to the analog filter design theory, puts forward the design of IIR digital filter method, and MATLAB environment in the realization of IIR digital filter design and main content is wraparound for: first on the filter principle and design are introduced。 then a brief introduction of the MATLAB, and the digital filters in the MATLAB environment how to realization are introduced。 濾波器可廣義的理解為一個(gè)信號(hào)選擇系統(tǒng)，它讓某些信號(hào)成分通過(guò)又阻止或衰減另一些成分。濾波器可分為三種：模擬濾波器、采樣濾波器和數(shù)字濾波器。 數(shù)字濾波器是具有一定傳輸選擇特性的數(shù)字信號(hào)處理裝置，其輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)由有限精度算法實(shí)現(xiàn)的線性時(shí)不變離散系統(tǒng)。數(shù)字濾波器和模擬濾波器有著相同的濾波概念，數(shù)字濾波器根據(jù)其單位脈沖響應(yīng)的性質(zhì)可分為無(wú)限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)濾波器 IIR 和有限長(zhǎng)單位脈沖響 應(yīng)濾波器 (FIR)兩種，按其頻率響應(yīng)特性可分為低通、高通、帶通、帶阻等類型 ,與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器除了具有數(shù)字信號(hào)處理的固有優(yōu)點(diǎn)外，還有靈活性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、濾波精度高等優(yōu)點(diǎn)。 濾波器的功能就是允許某一部分頻率的信號(hào)順利的通過(guò)，而另外一部分頻率的信號(hào)則受到較大的抑制，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路。 濾波器的發(fā)展 在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛；在所有的電子部件中，使用最多，技術(shù)最為復(fù)雜的要算濾波器了。 1917 年美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家分別發(fā)明了 LC濾波 器， 美國(guó)第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn) ， 20世紀(jì) 50 年代無(wú)源濾波器日趨成熟 ， 60年代起由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階， 并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉 的 方向努力 ， 70 年代以后的主攻方向 為 小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠導(dǎo)致 RC 有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展，到 70 年代后期，上述幾種濾波器的單片集成已被研制出來(lái)并得到應(yīng)用 ， 80 年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍 ， 90 年代至現(xiàn)在主要致力于把 各類濾波器應(yīng)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。 我國(guó) 于 50 年代后 廣泛使用濾波器，當(dāng)時(shí)主要用于話路濾波和報(bào)路 濾波。 濾波器的分類 安縣好處理的類型分， 濾波器分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。按脈沖響應(yīng)來(lái)分類 ，數(shù)字濾波器分 為 IIR和 FIR，即無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器和有限沖激響應(yīng)濾波器；其中 IIR 網(wǎng)絡(luò)中有反饋回路， FIR 網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有 反 饋回路。 、高通、帶通和帶阻濾波器四種。 高通濾波器：它允許信號(hào)中的高頻分量通過(guò)，抑制低頻或直流分量。 帶阻濾波器：它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻 段以外的信號(hào)通過(guò)。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：電路比較簡(jiǎn)單，不需要直流電源供電，可靠性高；缺點(diǎn)是：通帶內(nèi)的信號(hào)有能量損耗，負(fù)載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件時(shí)容易引起電磁感應(yīng)，當(dāng)電感 L 較大時(shí)濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：通帶內(nèi)的信號(hào)不僅沒(méi)有能量損耗，而且還可以放大，負(fù)載效應(yīng)不明顯，多級(jí)相聯(lián)時(shí)相互影響很小，利用級(jí)聯(lián)的簡(jiǎn)單方法很容易構(gòu)成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽 (由于不使用電感元件）；缺點(diǎn)