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1、 毕毕 业业 设设 计计基于基于 MatlabMatlab 的数字滤波器的设计与仿真分析的数字滤波器的设计与仿真分析学学 院院 名名 称：称： 新华学院新华学院 专专 业业 名名 称：称： 电子信息工程电子信息工程 年年 级：级： 20072007 级级 学学 生生 学学 号：号： 学学 生生 姓姓 名：名： 指指 导导 教教 师：师： 申申 请请 日日 期：期： 20112011 年年 5 5 月月 1010 日日 宁夏大学新华学院本科学位论文I摘摘 要要本文研究了 IIR 数字滤波器和 FIR 数字滤波器在 Matlab 环境下的设计方法及仿真分析。在无限脉冲响应（IIR）数字滤波器设计中
2、，先采用脉冲响应不变法及双线性 Z 变化法设计数字滤波器，最后进行滤波器的频带转换，即进行模拟滤波器的设计，然后进行模拟-数字滤波器转换。在有限脉冲响应（FIR）数字滤波器设计中，研究了 FIR 线性相位滤波器的特点和用窗函数法设计 FIR 滤波器两个问题。这两类滤波器全部设计过程都是由理论分析、编程设计、具体实现的步骤进行的。数字滤波器的单位冲激响应是有限长的，可以用一个因果系统来实现，因而数字滤波器可以做成即是因果又是稳定的系统。关键词：关键词：数字滤波器；Matlab；无限脉冲响应；有限脉冲响应宁夏大学新华学院本科学位论文IIAbstractIn this paper, designs
3、of the Infinite Impulse Response digital filter (IIR) and Finite Impulse Response digital filter (FIR) under Matlab are studied. The design of IIR filters can be achieved through three steps: firstly, the design of analog low-pass filter; secondly, it is analog-to-digital filter conversion; lastly,
4、it is the conversion of filter frequency band. In design of FIR filters, two questions are discussed: the characteristics of FIR linear phase filter and reasoning of related formulas; the other is about the design of the FIR filters by means of window functions. The design of FIR and IIR follows the
5、 procedures of theoretical analysis, programming design and realization.The unit impulse response of digital filter is limited, can be achieved by a causal system, so digital filter can make it that is causal and stable system.Key words:Digital Filter; Matlab; IIR; FIR宁夏大学新华学院本科学位论文III宁夏大学新华学院本科学位论文
6、IV目目 录录第第 1 1 章章 绪论绪论.11.1 课题的背景及研究意义 .11.2 国内外的研究综述 .11.3 研究内容和预期目标 .21.4 研究方法 .3 第第 2 2 章章 数字滤波器的基本概念数字滤波器的基本概念.42.1 数字滤波器的定义 .42.2 数字滤波器的分类 .42.3 IIR 数字滤波器设计方法 .42.3.1 模拟滤波器设计 .42.3.2 模拟-数字滤波器设计 .52.3.3 频带变换 .72.4 FIR 数字滤波器设计方法 .82.4.1 线性相位条件 .82.4.2 线性相位 FIR 滤波器幅度特性的特点 .92.4.3 线性相位 FIR 滤波器零点分布特点
7、 .102.4.5 各种窗函数的实现与比较 .122.5 本章小结 .12 第第 3 3 章章 基于基于 MatlabMatlab 的的 IIRIIR 数字滤波器设计与仿真分析数字滤波器设计与仿真分析.133.1 基于 Matlab 的模拟滤波器设计与仿真分析 .133.1.1 巴特沃斯低通滤波器设计与仿真分析 .133.1.2 切比雪夫低通滤波器设计与仿真 .143.1.3 椭圆低通滤波器设计与仿真 .173.2 基于 Matlab 的模拟-数字滤波器变换仿真 .193.2.1 脉冲响应不变法 .193.2.2 双线性 Z 变换法 .213.3 基于 Matlab 的频带变换仿真 .233.
8、3.1 模拟低通滤波器转换成数字高通滤波器 .233.3.2 模拟低通滤波器转换成数字带阻滤波器 .253.3.3 模拟低通滤波器转换成数字带通滤波器 .26 第第 4 4 章章 基于基于 MatlabMatlab 的的 FIRFIR 数字滤波器设计与仿真分析数字滤波器设计与仿真分析.284.1 基于 Matlab 的窗函数的 FIR 数字滤波器设计与仿真分析 .28宁夏大学新华学院本科学位论文V4.1.1 海明窗设计与仿真数字低通滤波器 .284.1.2 汉宁窗设计与仿真数字高通滤波器 .294.1.3 汉宁窗设计与仿真数字带阻滤波器 .334.1.4 布拉克曼窗及三角窗设计与仿真数字带通滤
9、波器 .35 第第 5 5 章章 工程实例工程实例.405.1 IIR 数字滤波器工程实例 .405.2 FIR 数字滤波器工程实例 .41 第第 6 6 章章 结结论论.43 附录附录.44 参考文献参考文献.47 致谢致谢.48宁夏大学新华学院本科学位论文1第第 1 1 章章 绪论绪论1.11.1 课题的背景及研究意义课题的背景及研究意义信号与信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。长期以来，信号处理技术一直用于转换、产生模拟或数字信号，其中最为频繁应用的领域就是信号的滤波。数字滤波是语音、图像处理、模式识别和谱分析等应用中的一个基本处理部件，它可以满足滤波器对幅度和相位特性
10、的严格要求，避免模拟滤波器无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题。我的毕业设计的课题是基于 Matlab 的数字滤波器的设计与仿真分析 ，其主要目的是通过此次课程设计进一步学习和巩固数字信号处理及其相关知识，并学会利用所学的知识能力，在设计过程中能综合运用所学知识内容，进一步熟悉和掌握 Matlab的使用方法;对数字滤波器的原理有较深的了解;为即将进入社会参加工作打下坚实的基础; 掌握收集资料、消化资料和综合资料的能力等等。从事电子通信业而不能熟练操作使用 Matlab 电子线路设计软件，在工作和学习中将是寸步难行的。在数学、电子、金融等行业，使用 Matlab 等计算机软件对产品进行设计、仿真在很早以前就已经成为了一种趋势，这类软件的问世也极大地提高了设计人员在通信、电子等行业的产品设计
