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1、唐山 学 院 数字信号处理课程 设计 题 目 基于ATLAB的数字滤波器设计 系 (部) 信息工程系 班 级 0通信本2 姓 名 学 号 指导教师 213 年1 月 7 日至 1 月 11 日 共 周 数字信号处理 课程设计任务书一、设计题目、内容及要求设计题目:基于MATA的数字滤波器设计设计内容：所设计的数字滤波器应完成以下功能:（1)设计低通、带通、高通数字滤波器;(2)可以对合成信号(含低频、中频、高频分量）、语音信号进行滤波；(3）通过GUI界面进行控制。设计要求:1、根据题目要求进行数字滤波器总体设计。 2.完成数字滤波器具体设计。（）输入信号的选定。（2）确定设计方法、设计指标。
2、.滤波器程序的设计。(1)完整源程序。(2）运行结果图。4.书写设计说明书。二、设计原始资料范寿康主编,DSP技术与SP芯片,电子工业出版社。三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等) 设计结果能正确仿真演示设计说明书一份（包括总体设计、算法原理图及说明、系统GUI演示、源程序清单等)四、进程安排 周一:资料收集周二：利用MTAB完成GUI界面绘制周三:程序调试 周四:书写课程设计说明书周五：答辩五、主要参考资料1、楼顺天,李博菡.基于MATAB的系统分析与设计信号处理.西安电子科技大学出版社，199、奥本海姆离散时间信号处理.科学出版社,003、宗孔德,胡广书.数字信号处理.清华
3、大学出版社，997 指导教师(签名)：教研室主任(签名）：课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（0分)课设答辩(20分)设计成果（60分)总成绩(100分)提问（答辩）问题情况综合评定 指导教师签名: 年 月 日目录1 绪论2数字滤波器的设计.1 数字滤波器的基本概念2.2 利用双线性变换法设计IIR数字滤波器23 课程设计的具体实现33.1对语音信号进行滤波的滤波器设计33.1II数字滤波器的流程图3.1.2IIR低通滤波器设计331.3 IR高通滤波器设计31I带通滤波器设计7.2 对合成信号进行滤波的滤波器设计3.1设计目的和要求83.合成信号的程序设
4、计832.3合成信号的频谱程序设计3.低通滤波器设计132.5 IR带通滤波器设计1.2. IIR高通滤波器滤波13软件简介15系统界面设计工具U概述154.2界面设计及使用说明155结论16 致谢 8参考文献9附录20绪论与模拟滤波器相对应，在离散系统中广泛应用数字滤波器。它的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形或频率进行加工处理。或者说,把输入信号变成一定的输出信号,从而达到改变信号频谱的目的。数字滤波器一般可以用两种方法来实现：一种方法是用数字硬件装配成一台专门的设备，这种设备称为数字信号处理机;另一种方法就是直接利用通用计算机，将所需要的运算编成程序让通用计算机来完成,即利用计算
5、机软件来实现。模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置。例如：带通滤波器用作频谱分析仪中的选频装置;低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗频混滤波；高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声;带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器，等等。MALAB是由美国Mathrks公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环境。MATLAB是英文MAri LBoratory(矩形实验室）的缩写。在ATLAB环境下,用户可以集成地进行程序设计,数值计算，图形绘制，输入输出,文件管理等各项操作。除此之外,MTLAB还具有很强的功能扩展能力,与它的主系统一起，可以配备各种各样的工具箱，以完成
6、一些特定的任务。目前，Mathworks公司推出了18种工具箱。用户可以根据自己的工作任务，开发自己的工具箱。2数字滤波器的设计2. 数字滤波器的基本概念滤波器从功能上分类可以分为经典滤波器和现代滤波器，经典滤波器主要用于在频率域的滤波选取，现代滤波器是通过复杂的统计学理论，用于在大量的同频率信号中选取需要的信号数据,数字滤波器从实现方法上可以分为无限冲击响应滤波器和有限冲击响应滤波器。它们是用单位采样响应(n)的特性来区分的，IR滤波器的h(n）是无限长序列，而IR滤波器的h(n)是有限长序列。22 利用双线性变换法设计IR数字滤波器变换原理:双线性变换法是使数字滤波器的频率响应与模拟滤波器
7、的频率响应相似的一种变换方法。为了克服脉冲响应不变法的多值映射这一缺点，首先把整个s平面压缩变换到某一中介的s平面的一横带里,然后再通过标准变换关系将此横带变换到整个z平面上去，这样就使平面与平面是一一对应关系,消除了多值变换性,同时也就消除了频谱混叠现象。I滤波器的设计原理IR数字滤波器的设计一般是利用目前已经很成熟的模拟滤波器的设计方法来进行设计,通常采用模拟滤波器原型有buterworth函数、heyshe函数、besel函数、椭圆滤波器函数等。IIR数字滤波器的设计步骤：1.按照一定规则把给定的滤波器技术指标转换为模拟低通滤波器的技术指标；2.根据模拟滤波器技术指标设计为响应的模拟低通
8、滤波器;3.很据脉冲响应不变法和双线性不变法把模拟滤波器转换为数字滤波器;如果要设计的滤波器是高通、带通或带阻滤波器，则首先把它们的技术指标转化为模拟低通滤波器的技术指标，设计为数字低通滤波器，最后通过频率转换的方法来得到所要的滤波器。本课程设计设计思想:首先利用MATLAB分别产生低频中频高频信号，然后进行叠加得到连续时间信号；对所产生的连续时间信号进行采样,得到数字信号;对信号进行频谱分析,绘制其频谱图；根据信号频谱分析的结果，分别设计高通,低通，带通滤波器，得到滤波器的幅频及相频特性。3课程设计的具体实现3.1对语音信号进行滤波的滤波器设计3.1 IIR数字滤波器的流程图开始读入数字滤波
9、器技术指标将指标转换成归一化模拟滤波器的指标计算归一化的模拟滤波器阶数N和3db截止频率模拟域频率变换，将信号变换成模拟滤波器H（s）用双线性变换法将H(s)转换成数字滤波器H(z)输入信号后显示相应结果结束图3.1IIR数字滤波器流程图 3.1.2 II低通滤波器设计根据数字滤波器的设计原理,首先将数字域的指标转化为模拟域的指标设计模拟低通滤波器，然后应用双线性变换法将模拟滤波器转化为数字滤波器将指标转换成归一化模拟低通滤波器的指标，通过归一化的模拟低通滤波器阶数N和3d截止频率的计算，将模拟域频率变换成模拟低滤波器H(s）,并用双线性变换法将H()转换成数字低通滤波器H（),由此得到低通数
10、字滤波器。IIR低通滤波器的设计程序为:wb=b*ps; wc=fc*pi/fs； =2*s*an(wb/2);Wc=2*tn(w);,n=btr(W，Wc,Ap,A,s);b,a=butter(n，w，)； bd，dbilinea(b,s); ，=reqz(bd,ad,1024); figr（）;subplot(，1，1);lo(w*f(2*p),0l1(ab(h)）; title(IR低通滤波器幅频特性);图.2 IR低通滤波器的幅频特性读入信号对信号傅里叶变换进行频谱分析，利用filte函数滤波,对得到的信号傅里叶变换进行频谱分析,与滤波前进行比较。并在滤波前后用sound函数播放语音信
11、号，观察滤波前后的变化。 图3.3滤波前后信号的波形和频谱比较分析滤波前后信号的变化，波形图变窄,频谱变化表明:信号的低频率段被保留，高频率段被滤除。分析滤波前后的声音变化,滤波后声音明显变低而沉闷，这说明滤波器设计基本符合指标要求13 IR高通滤波器设计与低通滤波器的设计原理相似,首先将数字域的指标转化为模拟域的指标设计模拟低通滤波器，然后应用双性变换发将模拟滤波器转化为数字滤波器。将指标转换成归一化模拟低通滤波器的指标,通过归一化的模拟低通滤波器阶数N和3dB截止频率的计算，将模拟域频率变换成模拟低滤波器(),并用双线性变换法将（s)转换成数字低通滤波器H(z），由此得到低通数字滤波器。I
12、IR高通滤波器的设计程序为： b = fb*2*pi/f；c = fc*2pi/f;W 2fs*tn(wb/2)； W = 2s*tn(wc)；,uttod(Wb,W，ap,s）; b,abutter(n，w,hg，); bd,dbilinear(b,，fs)；h，wfrqz（bd,ad,12）;fiue(3）;blot（,1，1);plo(w,abs（h）; grid;tite(II高通滤波器幅频特性)图3. IR高通滤波器的幅频特性读入信号对信号傅里叶变换进行频谱分析,利用filte函数滤波，对得到的信号傅里叶变换进行频谱分析，与滤波前进行比较。并在滤波前后用sou函数播放语音信号,观察滤
13、波前后的变化。图3.5滤波前后信号的波形和频谱比较分析滤波前后信号的变化,波形图变窄,频谱变化表明:信号的高频率段被保留，低频率段被滤除。分析滤波前后的声音变化，滤波后声音明显变高而尖锐,这说明滤波器设计基本符合指标要求。3.4 IIR带通滤波器设计IR带通滤波器的设计程序为：b =fb1 b*2pifs; wc =c1 fc2*2*pi/； Wb =2*s*an(wb/2）； W =2s*an(w/2); n,n=od(,Wc,p,as,s);,a=butte（n,w,）； d，d=biliner(b,a，fs); ,w=freqz(bd,ad);fure(5);plot(w*fs/(2*pi),2*log1(abs(h)；grid; ttle
