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1、精品学习资源封面欢迎下载精品学习资源作者： PanHongliang仅供个人学习MATLAB的数字滤波器设计与仿真摘要 ：依据一实例提出基于MATLAB的三种设计 IIR数字带通滤波器的方法，给出了MATLAB完整程序与 SPTOOL 、FDATOOL工具界面设计的详细步骤，并用SIMULINK进行仿真；最终分析了二种不同设计方法的区分与优势；欢迎下载精品学习资源关键词 ： MATLAB； DF ； IIR ； SPTOOL ； FDATOOL ； SIMULINK1、引言在现代通信系统中，由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号分析都是基于滤波器而进行的，而数字滤波器是通过数字运算实现滤
2、波，具有处理精度高、稳固、灵 活、不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能；数字滤波器根据其冲击响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲击响应（IIR ）数字滤波器和有限长冲激响应（ FIR）数字滤波器；实现IIR滤波器的阶次较低，所用的储备单元较少，效率高、精度高，而且能够保留一些模拟滤波器的优良特性，因此应用很广；Matalab软件以矩阵运算为基础，把运算、可视化及程序有机融合到交互工作环境中，并且为数字滤波器的争论和应用供应了一个直观、高效、便利的利器；本文第一介绍了数字滤波器的概念，分类以及设计要求；接着利用信号处理图像界面FADtool 来设计滤波器以及Spto
3、ol界面设计方法，并用FDAtool 模拟 IIR 数字滤波器处理信号；2、数字滤波器数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的；数字滤波器也是具有确定传输选择特性的数字信号处理装置，其输入、输出均为数字信号，实质上是一个由有限精度算法实现的线性时不变离散系统；它的基木工作原理是利用离散系统特性对系统输入信号进行加工和变换，转变输入序列的频谱或信号波形，让有用频率的信号重量通过，抑制无用的信号重量输出；数字滤波器除了具有数字信号处理的固有优点外，仍有滤波精度高、稳固性好、灵敏性强等优点；数字滤波器有多种分类 , 依据数字滤波器冲激响应的时域特
4、点 , 可将数字滤波器分为两种 , 即无限长冲激响应 IIR 滤波器和有限长冲激响应 FIR 滤波器；依据数字滤波器的实现方法和形式可将数字滤波器分为递归型、非递归型、快速卷积型；依据数字滤波器的频率特性可以分为低通、高通、带通、带阻数字滤波器；3、IIR 数字滤波器的设计欢迎下载精品学习资源IIR滤波器系统函数的极点可以在单位圆内的任何位置，实现IIR滤波器的阶次较低，所用的储备单元较少，效率高，又由于IIR数字滤波器能够保留一些模拟滤波器的优 良特性，因此应用很广；一个 N 阶 IIR数字滤波器的系统函数可以表示为以下的有理分式:图 1从上式可以看出设计IIR 数字滤波器也即确定上式的系数
5、,使滤波器的频率特性中意给定的技术指标要求；目前设计数字滤波器的方法可以分为两大类：人工设计、运算机帮忙设计；在人工设计中，由于模拟滤波器设计理论已比较成熟，因此数字滤波器设计的关键就是将Hs 转化成为相应的 Hz 即把 Hs 平面映射到 Hz 平面； Hs 平面映射到 Hz 平面的方法主要有 基于冲激响应不变法的IIR数字滤波器设计，基于双线性Z 变换法的 IIR数字滤波器设 计；在实际工程应用中，由于手工设计运算复杂、效率低下，设计人员更多地接受运算机帮忙设计；下面以一个详细的例子来说明不同的方法；如产生有三个正弦成分（0Hz，15 Hz 和30Hz）的信号，设计一滤波器来去除0Hz 和
6、30Hz 的正弦信号，保留15 Hz 的信号；3.1 用 FDATOOL+SIMULIN设K计 IIR数字滤波器Matlab 中供应了功能强大的SIMULINK仿真软件； SIMULINK环境下可以对所设的滤波器进行仿真； FDATOO（L Filter Design Analysis Tool）是 MATLAB 信号处理工具箱专用的滤波器设计分析工具，操作简洁、灵敏，可以接受多种方法设计FIR 和IIR 滤波器；在MATLAB的命令窗口输入 FDATOOL, 按回车进入 FDATOO设L 计界面进行设计；在实际设计中可以接受 FDATOOL+SIMULIN的K设计方法，即在SIMULINK环
7、境中调入 DigitalFilter Design模块，双击该模块即可打开如FDATOO的L 界面；然后再调入一些信号模块和测量模块就可以仿真了；如图 2所示即为仿真模型；图2接受 FDATOOL+SIMULIN法K在图 2中，双击 DigitalFilter Design模块进入如图 3所示的界面，详细配置参数如下欢迎下载精品学习资源图所示；图3 DigitalFilter Design模块参数配置滤波前后的波形图如图4所示，可以看出滤波后的波形含有较少的谐波，达到了滤波效果；图4 滤波前后的波形图对滤波前后的波形图进行频谱分析可以得出如下图5、图 6所示的频谱图；图5 滤波前的信号频谱图图
8、6 滤波后的信号频谱图3.2 用 SPTOOL设计 IIR数字滤波器SPTOO是L 信号处理工具箱中一个具有交互式图形用户界面的信号处理工具，特地用于完成常用的数字信号处理任务；SPTOO可L 用于信号浏览、滤波器的设计分析以及频谱分析；它主要由三个交互式信号处理模块构成：Signal Browser，主要用于数字信号的显示、分析； Filter模块，主要用于数字滤波器的幅频响应及相位响应、阶跃及脉冲响应等 的查看，各种滤波器的分析及设计；Spectra 模块，用于信号的频谱分析；下面用 SPTOO设L 计上例的滤波器，详细方法如下：（ 1）创建并导入信号源；此过程中接受从工作空间中导入的方法
9、，需预先在命令窗口中输入命令： clear all ；Fs=100；t=0:100/Fs ； s= sin2*pi*t*5 + sin2*pi*t*15 + sin2*pi*t*30；（ 2）在SPTOO界L 面中设计滤波器；单击NEW按钮，弹出 Filter Designer窗口，配置参数如下图 7所示；此图中仍可以观看到滤波器的相位响应、幅频相位响应、脉冲响应、阶跃响应等；配置完成后，单击SPTOO界L 面中的 Apply ， Signal 栏下新显现两个信号，分别是滤波前滤波后的信号；图 7 Filter Designer滤波器配置参数（ 3）观看滤波前后波形时域图形，如下图8所示；绿色
10、代表滤波后波形图，蓝色代表滤波前的波形图；欢迎下载精品学习资源图8 滤波前后波形时域图（ 4）观看滤波前后波形频域图形，如下图9所示；红色代表滤波后频谱图，蓝色代表滤波前的频谱图；图9 滤波前后波形频谱图从上述过程中可以看出直流信号和30HZ信号大为衰减，而15HZ信号通过，所以此滤波器符合要求；4、结论在MATLAB平台上接受直接程序法和利用SPTOO和L FDATOO界L 面方法可以快捷有效地完成滤波器的设计；在实际使用中，只需按要求修改滤波器参数，并对程序作较少的改动，即可实现不同陷波频率的IIR滤波器，有用性较强；SPTOO和L FDATOO都L 是滤波器图形用户工具；但FDATOO在
11、L 滤波器设计方面的功能更为强大，而 SPTOO侧L 重于滤波信号的图形观测；SPTOO具L 有如下特点：交互式的图形用户界面工具；包括信号浏览器、滤波器浏览器、频谱浏览器，可以观测滤波之前、滤波之后的信号波形和频谱；包括的滤波器类型较少；不能导出滤波器设计参数；而FDATOO具L 有如下特点：滤波器图形用户工具；仅可以观测滤波器的响应波形；滤波器类型较多；可以导出滤波器设计参数；可以将设计的滤波器导出至SPTOO，L 进行滤波前后波形观测；参考文献：1王洪元 MATLAB语言及其在电子信息工程中的应用M. 清华高校出版社 ,2004 .版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜
12、集整理；版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text,欢迎下载精品学习资源pictures, and design. Copyright is Pan Hongliangs personal ownership.用户可将本文的内容或服务用于个人学习、争论或观看，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律的规定，不得侵害本网站及相关权益人的合法权益；除此以 外，将本文任何内容或服务用于其他用途时，须征得本人及相关权益人的书面许可，并支付酬劳；Users may use the contents or
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