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1、毕业设计（论文）题 目基于MATLAB数字滤波器的优化设计 系 （院）物理与电子科学系专 业电子信息科学与技术班 级2007级2班学生姓名李梦学 号2007080510指导教师李卫兵职 称副教授二九年六月十八日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二一 年 月 日毕业设计（论文）使用授权声明本人完
2、全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 二一 年 月 日 基于MATLAB的数字滤波器的设计摘要数字滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等突出优点。随着数字技术的发展，用数字技术实现滤波器功能越来越受到人们的重视，并得到了广泛的应用。数字滤波器功能可通过软件和硬件两种方案实现，MAT
3、LAB是当前流行的数值分析软件，提供了丰富的信号处理功能。本文分析了IIR和FIR滤波器的原理，介绍了其设计思路和方法，基于MATLAB提出了数字滤波器的程序设计法，设计了3阶IIR滤波器和3阶FIR滤波器，通过MATLAB可视化程序给出了幅频和相频特性曲线，与Simulink仿真结果对照，该设计实现了既定的目标；对声音信号分别进行FIR和IIR数字滤波器的仿真。基于MATLAB设计的滤波器，可以随时对比设计要求和滤波器特性，参数调整方便，仿真波形直观，缩短了设计时间，有利于滤波器设计的最优化，具有较高的实际应用价值。关键词：数字滤波器； MATLAB； FIR； IIR Design of
4、Digital Filter based on MATLABAbstractDigital filter has the advantages of high stability, high precision, and so highlight flexibility. With the development of digital technology, using digital technology to achieve more and more filter functions absorbs attention and is widely used. Digital filter
5、 function can be realized by the two programs, software and hardware. MATLAB is a popular numerical analysis software, providing a wealth of signal processing functions.This paper analyzes the IIR and FIR filter principle, and introduces its design ideas and methods, a MATLAB-based digital filter de
6、sign procedures, designing the 5-order IIR filter and 96-order FIR filter. Through the MATLAB visualization procedures given the frequency and phase-frequencys characteristic curve, comparing the Simulink simulation results of control, and the design is to achieve the established objectives. A varie
7、ty of filtering image processing effects significantly. Through the MATLAB-based filter design, design requirements and the filter characteristics can be compared, facilitate the adjustment parameters, the simulation waveform intuitive, shorten the design time and is conducive to optimal filter desi
8、gn. It has the practical application of high value.Key words: Digital filter;MATLAB;FIR;IIR 目录引言1第一章数字滤波器的基本原理及应用21.1数字滤波器的原理及表示方法21.1.1数字滤波器的实现方法21.1.2数字滤波器的设计步骤21.2 MATLAB的数字滤波器应用简介31.2.1数字滤波器的程序设计法41.2.2数字滤波器的Simulink仿真41.2.3结 论5第二章 基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计及应用.102.1IR数字滤波器的基本原理及其常用设计方法.152.2典型的IIR数字滤
9、波器的设计方法162.3 从原型低通滤波器到其他数字各型滤波器的频带变换法.172.4 MATALB设计IIR数字滤波器实际应用.20第三章基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计及应用.243.1FIR数字滤波器的基本原理及其常用设计方法183.2FIR滤波器的窗函数设计法193.3频率取样法设计线性相位FIR滤波器213.4 应用 MATLAB设计FIR数字滤波器.25结论28参考文献29谢辞30附录31附录一FADTool简介31附录二IIR低通数字滤波器设计完整程序32附录三 应用MATLAB处理音频信号.40引言 数字滤波器是数字信号处理的重要内容，在对信号的过滤、监测与参数的估计等
10、信号处理中，数字滤波器是使用最为广泛的装置。数字滤波器与模拟滤波器比较，具有精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配以及实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能等优点。数字滤波器是一个离散系统，从实现的网络结构或者从单位脉冲响应分类，可以分成无限冲击响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器。在现代通信系统中，滤波是最常用的一种信号处理技术，是抑制干扰的一种有效途径，一般用来衰减信号频谱中需要消除的部分，增强有用的部分。通常情况下，用来消除或减弱随机噪声，以提高信号的信噪比。通俗地说，一个原始信号通过某一装置后变为一个新信号的过程称为滤波。原始信号称为输入，新信号称为输出，该装置
11、便称为滤波器而数字滤波就是把输入序列通过一定的运算变换成输出序列。数字滤波的核心思想是突出有效波，抑制干扰波。根据有效波和干扰波的频谱特性和视速度方面的差异，分别用频率滤波和二维视速度滤波来区分它们。频率滤波又称一维频率滤波，视速度滤波又称为二维视速度滤波。数字滤波可以在时间域内进行，也可以在频率域内进行。频率域滤波是把原始信号分解成各种不同频率的信号，让它们通过滤波器后，观测各种不同频率的信号在振幅和相位上的变化，这种变化关系称为频率特性；时间域滤波是把一个单位脉冲通过滤波器，将其输出称为脉冲响应(或时间特性或滤波因子)，脉冲响应是一个振幅随时间变化的函数，其傅立叶变换就是频率响应。数字滤波
12、有2种实现方式：软件方式和硬件方式。在实际生产中，一般用硬件滤波电路或软件滤波算法来提高测试数据的准确性。硬件滤波应用较广，技术也比较成熟，大多嵌入于仪表或装置中，但硬件滤波需增加设备，提高成本，而且电子设备的增加有可能带来新的干扰源；软件滤波不需要增加硬件设备，可靠性高，功能多样，使用灵活,较硬件滤波优越，但需占用一定的运行时间，如果信号采集速率跟不上，会影响系统的实时性。 硬件滤波和软件滤波各有长处，在实际中常常是先采用硬件电路滤波，然后软件算法滤波的双重滤波手段，以去除干扰,得到较纯净的真实信号。在数字信号处理中，滤波占有极其重要的地位。与模拟滤波相比，数字滤波具有很多突出的优点，如：它
13、可以满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求，可以避免模拟滤波无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题1。第一章数字滤波器的基本原理及设计方法1.1数字滤波器的基本原理及其实现方法数字滤波器(Digital Filter，简介DF)是数字信号处理的重要基础，数字滤波器实际上是一种运算过程。它是指完成品率选择或频率分辨任务的线性是不变系统的通用名。因此，离散时间LTI系统也成为数字滤波器。其功能是将一组输入的数字序列通过一定的运算后转变为另一组输出的数字序列，因此它本身就是一台数字是的处理设备。与模拟滤波器类似，数字滤波器按频率特性划分也有低通、高通、带通、带阻、全通等类型。由于频率响应的周期性，频
14、率变量以数字频率来表示（w=/,为模拟角频率，T为抽样时间间隔，为抽样频率，所以数字滤波器设计必须给出抽样频率）。数字滤波器一般可以用两种方法实现：一种是涉及专用的数字硬件、专用的数字信号处理器或采用通用的数字信号处理器来实现；另一种是直接用计算机，将所需要的运算编程程序来执行，这也就是用软件来实现数字滤波器。数字滤波器是离散系统，所处理的信号是离散信号。一般是与离散系统或网络可以用差分方程、单位脉冲响应以及系统函数进行。如果系统输入、输出服从N阶差分方程+ （5.1）则其系统函数，及滤波器的传输函数为 （5.2）由式5.1可知，实现一个数字滤波器需要如下三种基本的运算单元。加法器：此元件有两个输入和一个输出，三个或多个信号相加由相连的的两个输入加法器实现。乘法器（增益）：这是一个单入单出元件，由于乘1时易于理解，因此，这里明确处处示意图。延迟单元(移位或记忆)：此元件通过它的信号延迟一个样本，是由移位寄存器实现的。1.1.2数字滤波器的设计步骤数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性可分为两种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。由数字信号处理的一般理论可知，IIR滤波器的特征是具有无限持续时间的冲激响应，而FIR滤波器使冲激响应只能持续一定的时
