1、精選優質文檔-傾情為你奉上湖南文理學院課程設計報告實習名稱： IIR高通濾波器的設計 教學院部： 電氣與信息工程學院 專業班級： 通信工程 09103班 學生姓名： 藍 學生學號： 6 指導教師： 朱明旱 完成時間： 2012 年06月14日 報告成績： 評閱意見： 評閱教師 日期 摘要此報告重點介紹了用雙線性不變法設計IIR數字濾波器的基本流程，比較了各種設計方法的優缺點，總結了模擬濾波器的性能特征。最后以雙線性不變法設計了一個高通巴特沃斯IIR數字濾波器，介紹了設計步驟，然后在Matlab環境下進行了仿真與調試，實現了設計目標。關鍵詞：Matlab 雙線性不變法 IIR數字濾波器 巴特沃斯

2、 高通AbstractThis report introduced with emphasis of the basic flow of designing the IIR digit filterby the bilinear political reform, compared with each kind of design method's good and bad points, summarized analog filter's performance characteristic. Finally design one by the bilinear polit

3、ical reform to pass Butterworth high IIR digit filter, introduced the design procedure, then has carried on the simulation and the debugging under the Matlab environment, has achieved the project objective. Key word: Matlab bilinearity political reform the IIR digital filter pass high butterworth一、設

4、計目的課題要求設計一個IIR數字濾波器，高通，采用雙線性變換法，用巴特沃斯實現，用matlab軟件對其進行仿真與調試。本設計將先說明用雙線性法設計IIR數字濾波器的原理，然后寫出基于matlab的軟件設計流程。在對設計進行調試，分析實驗數據。二、設計要求（1）掌握雙線性變換法設計iir高通濾波器的設計。（2）要有設計的源程序和matlab仿真的結果（3）要嚴謹的、要有理有據的編寫課程設計報告并及時的提交給老師檢查三、設計原理3.1數字濾波器的分類 1、 從實現的網絡結構劃分： 無限脈沖響應（IIR） 有限脈沖響應（FIR） 2、數字濾波器的技術要求是幅頻特性，它表示信號通過該濾波器后各頻率成分

5、衰減情況，一般選頻濾波器的技術要求由它給出。是相頻特性，反映各頻率成分通過濾波器后在時間上的延時情況，如果對輸出波形有要求，就要考慮相頻特性的技術指標。3.2 IIR數字濾波器的設計方法頻率變換法： 借助于模擬濾波器的設計 IIR濾波器設計的主要方法是先設計低通模擬濾波器，然后轉換為高通、帶通或帶阻數字濾波器。對于其他如高通，帶通，則通過頻率變換轉換為設計相應的高通，帶通等。在設計的全過程的各個步驟，matlab都提供相應的工具箱函數，使得IIR數字濾波器設計變得非常簡單。總的來說，我的設計思路主要有以下兩種：思路一：從歸一化模擬低通原型出發，先在模擬域內經頻率變換成為所需類型的模擬濾波器；然

6、后進行雙線性變換，由S域變換到Z域，而得到所需類型的數字濾波器。歸一化模擬低通原型數字高,帶通或帶阻模擬高,帶通或帶阻 模擬域 沖激響應不變法頻率變換 雙線性變換法圖2-1 先頻率變換再離散思路二：先進行雙線性變換，將模擬低通原型濾波器變換成數字低通濾波器；然后在Z域內經數字頻率變換為所需類型的數字濾波器。 歸一化模擬低通原型數字高,帶通或帶阻數字原型低通 數字域 雙線性變換法 頻率變換圖2-2 先離散再頻率變換3.3 設計的具體要求 1、 設計要求參數和題目采用雙線性變換法設計一巴特沃斯高通濾波器，其通帶截止頻率為3khz，阻帶上限截止頻率為1.5khz，通帶衰減不大于3db，阻帶衰減不小于

7、16db，采樣頻率為10khz 2、設計的思路IIR數字濾波器的設計借助模擬濾波器原型，再將模擬濾波器轉換成數字濾波器，這些過程已經成為一整套成熟的設計程序。模擬濾波器的設計已經有了一套相當成熟的方法，它不但有完整的公式，而且還有較為完整的圖表查詢，因此，充分利用這些已有的資源將會給數字濾波器的設計帶來很大的方便。 已知數字低通濾波器的設計要求wp，ws，Rp和As，首先設計一個等效的模擬濾波器，然后再將它映射為所期望的數字濾波器來確定H(z)。對這個過程所要求的步驟是：1)選取T并確定模擬頻率： 利用設計參數p，s，Rp和As，設計一個模擬濾波器Ha(s)；這可以利用模擬濾波器的原型來完成；

8、3)再將(1)代入Ha(s)，求出H(z)。3.4 理論設計的參數計算 1、 求對應數字的頻率 2、求常數 采用歸一化（）原型低通濾波器作為變換的低通原型，則低通到高通的變換所需的 3、求低通原型 設為滿足數字高通濾波器的歸一化原型模擬低通濾波器的阻帶起始截止頻率，則可按的預畸變換關系來求，得 4、求階次N 按阻帶衰減求原型歸一化模擬低通濾波器的階次N。有巴特沃斯低通濾波器頻率響應公式去對數，即其中解得 取N=3。 5、求歸一化巴特沃斯低通原型的 去N=3，查表可得為 6、求數字濾波器的系統函數 最終求得 將代入，可求得四、原程序清單%任務指標fph=3*1000; %模擬域通帶截止頻率fsh

9、=1.5*1000; %模擬域阻帶截止頻率fs=3*1000; %采樣頻率rp=3;rs=16; %通帶衰減，阻帶衰減omegaph=fph/(fs/2); %通帶截止頻率歸一化omegash=fsh/(fs/2); %阻帶截止頻率歸一化N,wn=cheb1ord(omegaph,omegash,rp,rs) %調用cheb1ord工具函數得到濾波器階數和截止頻率BZ,AZ=cheby1(N,rp,wn,'high') %調用cheby1函數得高通濾波器傳遞函數系數ht=impz(BZ,AZ); %調用impz函數畫濾波器沖擊響應n=0:511; %輸入信號離散化t=n/fs;

10、x=2*sin(2*pi*1000*t)+5*sin(2*pi*3000*t); %輸入信號包含f=1000hz，f=3000hz的正弦波y=filter(BZ,AZ,x); %調用該濾波器得該輸出信號%濾波器頻響特性曲線figure(1); freqz(BZ,AZ,512,1.5*10000)grid on;%濾波器沖擊響應曲線figure(2);plot(ht)grid on;%輸入信號時域波形圖figure(3);axis(0,0.01,-7,7);plot(t,x);title('輸入信號');grid on;%輸出信號離散序列figure(4);stem(y,'

11、;.');title('輸出序列');grid on;%輸出信號時域波形圖figure(5);ya=y*sinc(fs*(ones(length(n),1)*t-(n/fs)'*ones(1,length(t);plot(t,ya);axis(0,0.01,-7,7);title('輸出波形');grid on;%輸入信號頻譜圖figure(6);N1=512;y=fft(x,N1);f=(0:length(y)-1)'*fs/length(y);mag=abs(y);stem(f,mag);title('N1=512點'

12、);%輸出信號頻譜圖figure(7);yb=fft(ya,N1);f=(0:length(yb)-1)'*fs/length(yb);mag=abs(yb);stem(f,mag);title('N1=512點');五、仿真結果N = 3wn = 0.4333BZ = 0.0204 -0.1225 0.3063 -0.4084 0.3063 -0.1225 0.0204AZ = 1.0000 0.6668 1.5833 1.1320 0.9552 0.4684 0.1951圖1 濾波器頻率響應曲線六設計的心得和體會在課設之前，我對MATLAB軟件，特別是濾波器設計中的

13、函數基本上處于一種模糊狀態。通過在學校的電子資源的期刊網上找了些論文資料，借閱圖書，一點一滴的自學，以及和同學不斷的交流，最后完成了這次課設，對濾波器的設計有了比較清楚的了解。MATLAB軟件擁有出色的圖形繪制功能，簡潔明了的編程環境，精準的數值計算，與線性代數的巧妙結合，賦予了matlab獨特的魅力與價值如今：MATLAB 產品族可以用來進行以下各種工作： 數值分析 數值和符號計算 工程與科學繪圖 控制系統的設計與仿真 數字圖像處理 技術 數字信號處理 技術 通訊系統設計與仿真MATLAB在通訊系統設計與仿真的應用 財務與金融工程 MATLAB 的應用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控

14、制系統設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。附加的工具箱（單獨提供的專用 MATLAB 函數集）擴展了 MATLAB 環境，以解決這些應用領域內特定類型的問題。在課程設計的過程中，我學到了很多東西，比如設計濾波器的一些基本函數的用法，各種模擬濾波器的特性，設計濾波器的一些基本方法。但更為重要的是，我對于解決一個問題的思路更加清晰，找到了屬于自己的方法。當然，在設計的過程中，不可能避免的遇到了很多問題，如剛開始思路比較混亂，沒有明確的方向。主要是如何將理論計算的模型轉換為仿真模型。因為在理論上，將低通轉換成高通，一般是變換將高通頻率特征轉換成低通原型頻率特征；而在軟件設計中，是對其傳遞函數進行修改，即變換其z域的表達式，設計初期一直不知道如何將其聯系起來。后來發現，其實變換傳遞函數，也就是變換頻率特征，是將變換后的頻率代入原低通模型，而后得到高通模型的。總的來說，這次課程設計讓我對MATLAB有了更深刻的了解，對MATLAB語言的發展和特點有了更深的了解，并且進一步掌握了MATLAB的使用方法.，熟悉其工作環境，并掌握了MATLAB的基本語法，了解了MATLAB程序書寫的一般思路及一般步驟，學會了用MATLAB解決復雜信號處理等問題的