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1、 存档编号 华北水利水电学院North China University of Water Resources and Electric Power 毕 业 设 计题目 基于Matlab的IIR数字滤波器设计学 院 信息工程学院 专 业 通信工程 姓 名 学 号 指导教师 完成时间 2012年5月20日 教务处制独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，
2、均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计（论文）作者签名： 指导导师签名： 签字日期： 签字日期：毕业设计（论文）版权使用授权书本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用毕业设计（论文）的规定。特授权华北水利水电学院可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定）。毕业设计（论文）作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期：目 录摘要IAbstractII第1章
3、 绪论11.1 数字滤波器技术概述11.2 滤波器的分类21.3 数字滤波器的工作原理31.4 Matlab软件简介4第2章 数字滤波器基础52.1 数字滤波器概述52.2 系统的描述62.3 系统的传递函数72.4 IIR数字滤波器的基本结构72.4.1 直接I型82.4.2 直接II型92.4.3 级联型102.4.4 并联型113.1 用脉冲相应不变法设计IIR数字滤波器133.2 脉冲响应不变法优缺点153.3 用双线性变换法设计IIR数字滤波器153.4 双线性变换法优缺点174.1 双线性数字滤波器设计步骤194.2 用Matlab设计模拟低通滤波器194.3 用Matlab设计I
4、IR滤波器的实例224.4 利用所设计的IIR滤波器处理波形254.5 利用滤波器处理音频波形28参考文献33附录一 外文原文及翻译34附录二 利用Matlab实现IIR滤波器设计源程序46华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告56基于Matlab的IIR数字滤波器设计摘要在现代通信系统中，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值运算实现滤波，具有处理精度高，稳定，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，IIR数字滤波器具有阶数较低，所用的存储单元较少，效率高，精度高，而且保留了一些模拟滤波器的优良特性，
5、因而应用很广，对于IIR数字滤波器的研究就显得颇为重要，本文就基于Matlab软件对IIR数字滤波器进行设计。文中首先对数字滤波器作了简要的叙述。介绍了数字滤波器的分类情况，并对其工作原理进行了简要描述。然后文中对IIR数字滤波器的设计基础作了一定的介绍。讨论了用脉冲响应不变法和双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理及优缺点。最后文中采用的设计方法是双线性变换法结合Matlab工具箱函数设计出相应IIR数字滤波器，运行出幅频和相频特性图，然后利用设计出的滤波器实现对给出信号的滤波处理，并观察滤波效果。关键字：IIR数字滤波器；Matlab；双线性变换法； Design of the Matla
6、b-based IIR digital filterAbstractIn modern communication systems, because the signal is often mixed with a variety of complex composition, so a lot of signal analysis is carried out based on filter. The digital filter is filtering through numerical computation with high precision, stable, flexible,
7、 there is no impedance matching, analog filters can not be achieved special filtering, IIR digital filter order lower, less storage unit, high efficiency, high precision, and retained some of the good characteristics of the analog filter, and thus a very wide application, it is quite important for t
8、he IIR digital filter, based on Matlab software IIR digital filter design. First, a brief description of the digital filter. Classification of a digital filter, and a brief description of its working principle. And IIR digital filter design basis was made by the introduction of. The principle of inv
9、ariance and bilinear transformation method design IIR digital filter with impulse response and the advantages and disadvantages. Finally, the design method is the bilinear transformation method combined with the Matlab toolbox function design IIR digital filter, run the amplitude-frequency and phase
10、-frequency characteristic diagram, and then use the filter design to achieve given the signal of the filter processing , and observe the filtering effect. Key words: IIR digital filter; Matlab ; Bilinear transform I第1章 绪论1.1 数字滤波器技术概述数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信
11、号频谱的目的。数字滤波器一词出现于60年代中期。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已经可以用计算机软件实现，也可以用大规模集成数字硬件实时实现。数字滤波器是一个离散时间系统（按预定的算法，将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置）。用数字滤波器处理模拟信号时，首先应对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波器输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即二分之一抽样频率点呈镜像对称。为得到模拟信号，数字滤波器处理的输出信号应经数模转换、平滑。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复
12、用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用1。数字滤波器领域的一个重要发展标志是对有限冲激响应（FIR）和无限冲激响应（IIR）关系认识的转化。初期，一般认为IIR滤波器比FIR滤波器具有更高的运算效率，因而都很倾向前者，然而当人们提出用快速傅里叶变换（FFT）实现卷积运算的概念之后，发现高阶FIR滤波器也可以用很高的运算效率来实现，这就促使人们对于高性能的FIR滤波器的设计方法和滤波器的领域设计方法进行了大量的研究，从而使此后的数字滤波器设计中频域方法和时域方法并驾齐驱的局面。然而，这些均属于数字滤波器的早期的研究。70年代科学技术的蓬勃发
13、展，数字信号处理开始与大规模和超大规模集成电路技术、高速数字算术单元、微处理技术、双极性高密度半导体存储器、电荷转移器件等新技术新工艺结合了起来，并且引进了计算机辅助设计方法，这使数字滤波器的设计不仅仅是对相应模拟滤波器的逼近。这样，数字滤波器的分析与设计内容也更丰富起来，各种新的数字信号处理系统，也都能用专用的数字硬件加以实现2。数字信号处理理论与技术的发展，替代了原来的模拟信号处理中的线性滤波与频谱分析所应用的模拟计算机和分立L、C、R线性网络，高度发挥了数字技术与计算技术相结合的特色和优越性。特别是微处理器和微型计算机技术的高速发展，将更有利于电子仪器与电子技术应用系统朝着数字化、自动化
14、、小型化以及多功能的方向发展，促使其成为富有智能的电子系统。现在，包括数字滤波器在内的数字信号处理技术正以飞快的速度朝这方面发展，据统计这种趋势还要持续一个较长的时期，未来的发展可能会比过去更能激动人心，其必将引领一些一些领域的飞跃性发展。1.2 滤波器的分类滤波器是一种选频的装置，对某一频率范围内的电信号给以很小的衰减，使其能顺利通过，对其它频率的电信号则给以很大的衰减，从而尽可能的阻止其通过。通过滤波器时不受衰减或者很小衰减的频带称为通带，经受的衰减超过规定值的频带称为阻带，位于通带和阻带之间的称为过渡带。于是，可根据通带的不同，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器、带通滤波器等
15、。此外，还可根据处理的信号类型，可分为模拟滤波器和数字滤波器，模拟滤波器用来处理连续信号，数字滤波器处理离散信号，后者是在前者基础上发展起来的。数字滤波器相对于模拟滤波器，其优点主要是精度高、稳定性强、灵活性好、便于大规模集成和可实现多维滤波等。目前，在诸如通信、雷达、声纳、测量、语言和生物医学等科学领域的信号处理中，已经运用了数字处理技术，而且随着数字计算技术和大规模集成电路技术的发展，它的应用会越来越广泛。数字滤波器按照单位冲激响应h(n)的时域特性可分为无限脉冲响应(Infinite Impulse Response，IIR)和有限脉冲响应(Finite Impulse Response，FIR)
