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1、 毕业设计(论文)课 题： 滤波器设计方法演示系统 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 信息与通信学院 姓 名： 职 称： 31滤波器设计方法演示系统摘 要几乎在所有的工程技术领域中都会涉及到信号处理问题 ，滤波器作为信号处理的重要组成部分，已发展的相当成熟。本论文首先介绍了滤波器的滤波原理以及模拟滤波器、数字滤波器的设计方法。重点介绍了模拟滤波器的设计和仿真。系统研究了模拟滤波器（包括巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器）的设计原理和方法，并在此基础上论述了模拟滤波器（包括低通、高通、带通、带阻）的设计。在此基础上，用MATLAB虚拟实现模拟滤波
2、器。此设计扩展性好，便于调节滤波器的性能，可以根据不同的要求在MATLAB上加以实现。通过MATLAB的仿真与实现，可以看出传统的模拟滤波器设计方法繁琐且不直观，而MATLAB具有较严谨的科学计算和图形显示这一优点，使设计结果显示的更加直观，而且对滤波器的精度也有了很大的提高，能更好的达到预期效果。同时，又对模拟滤波器低通至高通、带通、带阻的转换进行了理论上的阐述。 关键字： 滤波/模拟滤波器/MATLAB MATLAB BASED DESIGN OF ANALOG FILTERSABSTRACTIn almost all areas of engineering and technology
3、 will be related to signal processing, signal processing filter as an important component of the development has reached a mature state. This paper introduces the principle of filter and filter analog filters, digital filter design method. Focuses on the design of analog filters and simulation.Analo
4、g filter system (including the Butterworth filter and Chebyshev filter) design principles and methods, and on this basis on the analog filters (including low-pass, high pass, band-pass, band-stop) design. On this basis, the use of virtual realization of analog filters MATLAB. Good scalability of thi
5、s design, easy to adjust the performance of filters can be based on different requirements to be in the realization of MATLAB.Through the MATLAB simulation and realization of, we can see that the traditional design method of analog filters and do not intuitive red, and MATLAB with more stringent sci
6、entific computing and graphical display of the advantages of the design showed that the more intuitive, but also to filter accuracy has been greatly improved to better achieve the desired results. At the same time, low-pass analog filters of high pass, band-pass, band-stop conversion of a theoretica
7、lKEYWORD: Filtering, Analog filters, MATLAB目 录中文摘要I英文摘要II1 滤波器简介11.1 滤波器的工作原理11.1.1 模拟滤波器的工作原理11.1.2 数字滤波器的工作原理21.2 滤波器的基本特性31.2.1 模拟滤波器与数字滤波器的基本特性31.2.2 无限冲击响应IIR和有限冲击响应FIR滤波器51.3 滤波器的主要技术指标52 模拟滤波器的设计62.1 模拟滤波器的设计方法72.2 模拟原型滤波器及最小阶数的选择82.2.1 巴特沃斯滤波器及最小阶数的选择82.2.2 切比雪夫滤波器及最小阶数的选择122.2.3 椭圆滤波器及最小阶数的
8、选择172.2.4贝塞尔滤波器183 MATLAB仿真183.1 MATLAB简介183.2 对低通模拟滤波器的仿真203.3 模拟高通滤波器的仿真213.4 模拟带通滤波器的仿真223.5 对带阻模拟滤波器的仿真244 频率转换254.1低通至高通的转换254.2低通至带通的变换264.3低通至带阻的变换285 总结与展望30致 谢31参考文献321 滤波器简介从广义上讲，任何对某些频率（相对于其他频率来说）进行修正的系统称为滤波器。严格地讲，对输入信号通过一定的处理得到输出信号，这个处理通常是提取信号中某频率范围内的信号成分，把这种处理的过程称为滤波。实现滤波处理的运算电路或设备称为滤波器
9、。在许多科学技术领域中，广泛应用线性滤波和频谱分析对信号进行加工处理，模拟滤波是处理连续信号，数字滤波则是处理离散信号，而后者是在前者的基础上发展起来的。我们知道，无源或有源模拟滤波器是分立元件构成的线性网络，他们的性能可以用线性微分方程来描述，而数字滤波器是个离散线性系统，要用差分方程来描述，并以离散变换方法来分析。这些方程组可以用专用的或通用的数字计算机进行数字运算来实现。因此，数字滤波器的滤波过程是一个计算过程，它将输入信号的序列数字按照预定的要求转换成输出数列。1.1 滤波器的工作原理1.1.1 模拟滤波器的工作原理我们知道，模拟滤波器是对模拟信号实行线性滤波的一种线性时不变系统，如图
10、1.1所示。在时域内，它的动态特性可以用系统的单位冲激函数的响应来描述，也就是该滤波系统在任何时刻对输入单位冲激信号=（t）的输出响应。这个函数从时域上反映了该滤波系统的传输特性。对于任意输入信号，系统的输出可以卷积表示： = (1.1)上式表明在对线性滤波器系统进行时域分析时，采用了叠加原理，先将任意输入信号波形分成不同时间的窄脉冲之和，再分别求出各个脉冲通过滤波器之后的响应，并进行线性叠加从而得到总的输出信号。模拟滤波器,H(s)图1.1模拟滤波器原理在频域分析时，线性滤波器的转移函数等于系统的单位冲激函数的响应的拉普拉斯变换： （1.2）很明显，当s=j，上式就是傅立叶变换的表达式，它反
11、映了滤波器的传输特性对各种频率的响应，也就是滤波器的频率响应函数，它决定着滤波特性。当滤波器输入信号与输出信号的拉普拉斯变换，得 （1.3）这表明两信号卷积的变换等于各自变换的乘积。在频谱关系上，一个输入信号的频谱，经过滤波器的作用后，被变换成的频谱。因此，根据不同的滤波要求来选定，就可以得到不同类型的模拟滤波器。还可以看出，滤波器的滤波过程就是完成信号与它的单位冲激函数响应之间的数学卷积运算过程。1.1.2 数字滤波器的工作原理在数字滤波中，我们主要讨论离散时间序列。如图1.2所示。设输入序列为，离散或数字滤波器对单位抽样序列的响应为。因在时域离散信号和系统中所起的作用相当于单位冲激函数在时
12、域连续信号和系统中所起的作用。数字滤波器,H(z)图1.2 数字滤波器原理数字滤波器的序列将是这两个序列的离散卷积，即 （1.4） 同样，两个序列卷积的z变换等于个自z变换的乘积，即 （1.5）用代入上式，其中T为抽样周期，则得到 （1.6）式中和 分别为数字滤波器输入序列和输出序列的频谱，而为单位抽样序列响应的频谱。由此可见，输入序列的频谱经过滤波后，变为 ，按照的特点和我们处理信号的目的，选取适当的使的滤波后的符合我们的要求。1.2 滤波器的基本特性1.2.1 模拟滤波器与数字滤波器的基本特性如利用模拟电路直接对模拟信号进行处理则构成模拟滤波器，它是一个连续时间系统。如果利用离散时间系统对
13、数字信号（时间离散、幅度量化的信号）进行滤波则构成数字滤波器。数字滤波器的差分方程表示为： 系统函数表示:数字滤波器的特性通常用其频率响应函数来描述，包括幅度特性和相位特性。按信号通过系统时的特性（主要是幅频特性）来分类：可以有低通、高通、带通和带阻四种基本类型。（1） 低通数字滤波器：图1.3所示|H(ej)|c-c-22-fs/2-fsfs/2fs-fcfcf图1.3 低通数字滤波器的频谱（2） 高通数字滤波器：图1.4所示|H(ej)|c-c-22图1.4 高通数字滤波器的频谱（3） 带通数字滤波器：图1.5所示|H(ej)|2-2-221-1图1.5 带通数字滤波器的频谱（4）带阻数字滤波器：图1.6所示1|H(ej)|2-2-22-1 图1.6 带阻数字滤波器的频谱 其他较复杂的特性可以由基本滤波器组合。1.2.2 无限冲击响应IIR和有限冲击响应FIR滤波器按系统冲击响应（或差分方程）可以分成无限冲击响应 IIR和有限冲击响应FIR滤波器两类。这两种滤波器都可以现实各种频率特性要求，但它们在计算流程、具体特性逼近等方面是有差别的。(1) FIR滤波器(非递归型):(2) IIR滤波器（递归型） 还有一些其他的分类方法，例如在特定场
