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1、基于巴特沃斯的数字滤波器设计设计题目 基于巴特沃斯的数字滤波器设计学生信息姓名付嘉琦性别女班级通信1102学号1113024054任务要求：（1） 对数字滤波器进行分类研究。分别对有限和无限脉冲响应滤波器进行分析。（2） 对Butterworth滤波器的数字低通型，高通型，带通型，带阻型进行设计 。 （3） 在MATLAB环境下实现以上滤波器的滤波特性。（4）利用低通型Butterworth滤波器进行心电图去噪的尝试。所需实验设备、器材、软件 应用软件：MATLAB 。设计与制作方案、所用方法及技术路线本次课程设计应用MATLAB，以数字信号处理为核心，分别完成低通,带通,带阻,高通数字滤波器
2、,实现基于巴特沃斯的数字滤波器设计。设计与制作进度第1周：分析题目，方案设计；第2周：软件设计；第3-4周：系统仿真，完成设计。设计与制作完成情况本次课程设计在功能上完成了设计要求，软件仿真完成较好，而且对每个滤波器都进行了滤波，设计完全达到任务要求。设计与制作收获及总结通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有把理论知识应用到实践中去，才能真正学以致用，从而提高了自己的实际动手能力和独立思考能力。结果并不是很重要，过程才是美好的经历。 学生签字 年 月 日设计与制作成绩（五级制） 指导老师签字 年 月 日 教研室意见 教研室主任签字 年 月 日备注：学生除填写本表相应的内容外
3、，还应撰写一份完整的设计与制作报告（1.题目；2.目的；3.原理；4.器材；5.方案；6.说明等）基于巴特沃斯的数字滤波器设计付嘉琦(陕西理工学院物理与电信工程学院通信专业1102班，陕西 汉中 723000)指导教师：陈莉摘 要本文分析了国内外数字滤波技术的应用现状与发展趋势，介绍了数字滤波器的基本结构，并深入分析了该滤波器系统设计的功能特点、实现原理以及技术关键，阐述了使用Matlab进行滤波器设计及仿真的具体方法，而且设计了以Matlab为基础的基于巴特沃斯型的低通、带通、带阻、高通数字滤波器。调试结果表明，本系统功能已达到设计的各项要求。 关键词 Matlab;巴特沃斯；数字滤波器；D
4、igital Filter Design with ButterworthFu Jiaqi(Grade11,Class 2,Major of Communication Engineering，School of Physics and telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001,China)Tutor: Chen Li Abstract This paper analyzes the situation of application and development of
5、digital filter technology home and abroad. It introduces the basic structure of a digital filter and deeply analyzes the design features and principles of the filter system and the key technical in the design. Then it describs the use of Matlab in design and simulation of the digital filte design. A
6、nd design based on Matlab with butterworth lowpass, bandpass, band stop, highpass digital filter .The result enunciation of debug, various functions of this system are already all request of this design. Keywords Matlab; Butterworth；Digital Filter;目录1.数字滤波器的简介11.1 数字滤波器的研究背景11.2 数字滤波器的研究意义11.3 数字滤波器
7、的应用现状11.4 数字滤波器的发展趋势32.系统的总体设计42.1数字滤波器的实现方法分析42.2数字滤波器的基本结构42.2.1 IIR滤波器的基本结构42.2.2 FIR滤波器的基本结构62.2.3 IIR数字滤波器的设计方法72.2.4 FIR数字滤波器的设计方法82.2.5 IIR滤波器与FIR滤波器的分析比较92.3数字滤波器的设计原理102.4本章小节113. 数字滤波器的算法设计123.1由模拟滤波器设计IIR数字滤波器123.2巴特沃斯滤波器123.3 MATLAB概述133.4用MATLAB设计数字滤波器144.滤波器仿真过程154.1设定系统的仿真对象154.2系统对象滤
8、波器设计方法154.3 MATLAB程序仿真及结果分析154.3.1 低通数字滤波器仿真设计154.3.2 带通数字滤波器仿真设计164.3.3 带阻数字滤波器仿真设计174.3.4 高通数字滤波器仿真设计184.3.5数字滤波器整体仿真结果185.总结及体会21致谢22参考文献23IV基于巴特沃斯的数字滤波器设计1.数字滤波器的简介1.1 数字滤波器的研究背景当今，数字信号处理(DSP：Digtal Signal Processing)技术正飞速发展，它不但自成一门学科，更是以不同形式影响和渗透到其他学科：它与国民经济息息相关，与国防建设紧密相连；它影响或改变着我们的生产、生活方式，因此受到
9、人们普遍的关注。MATLAB是由美国Mathworks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MATrix LABoratory（矩形实验室）的缩写。在MATLAB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，MATLAB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。数字化、智能化和网络化是当代信息技术发展的大趋势，而数字化是智能化和网络化的基础，实际生活中遇到的信号多种多样，
10、例如广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号、生物医学信号、控制信号、气象信号、地震勘探信号、机械振动信号、遥感遥测信号，等等。上述这些信号大部分是模拟信号，也有小部分是数字信号。模拟信号是自变量的连续函数，自变量可以是一维的，也可以是二维或多维的。大多数情况下一维模拟信号的自变量是时间，经过时间上的离散化(采样)和幅度上的离散化(量化)，这类模拟信号便成为一维数字信号。因此，数字信号实际上是用数字序列表示的信号，语音信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个一维离散时间序列；而图像信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个二维离散空间序列。数字信号处理，就是用数值计算的方法
11、对数字序列进行各种处理，把信号变换成符合需要的某种形式。例如，对数字信号经行滤波以限制他的频带或滤除噪音和干扰，或将他们与其他信号进行分离；对信号进行频谱分析或功率谱分析以了解信号的频谱组成，进而对信号进行识别；对信号进行某种变换，使之更适合于传输，存储和应用；对信号进行编码以达到数据压缩的目的，等等。1.2 数字滤波器的研究意义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
12、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。数字滤波器与模拟滤波器相比，具有精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配以及能实现模拟滤波器无法进行的特殊滤波等优点。数字滤波技术是数字信号分析、处理技术的重要分支。无论是信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术，
13、它对信号安全可靠和有效灵活地传输是至关重要的。在所有的电子系统中，使用最多技术最复杂的要算数字滤波器了。数字滤波器的优劣直接决定产品的优劣。1.3 数字滤波器的应用现状在信号处理过程中，所处理的信号往往混有噪音，从接收到的信号中消除或减弱噪音是信号传输和处理中十分重要的问题。根据有用信号和噪音的不同特性，提取有用信号的过程称为滤波，实现滤波功能的系统称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，数字滤波器应用极为广泛，这里只列举部分应用最成功的领域。(1) 语音处理 语音处理是最早应用数字滤波器的领域之一，也是最早推动数字信号处理理论发展的领域之一。该领域主要包括5个方面的内容：第一，语音信号分
14、析。即对语音信号的波形特征、统计特性、模型参数等进行分析计算；第二，语音合成。即利用专用数字硬件或在通用计算机上运行软件来产生语音；第三，语音识别。即用专用硬件或计算机识别人讲的话，或者识别说话的人；第四，语音增强。即从噪音或干扰中提取被掩盖的语音信号。第五，语音编码。主要用于语音数据压缩，目前已经建立了一系列语音编码的国际标准，大量用于通信和音频处理。近年来，这5个方面都取得了不少研究成果，并且，在市场上已出现了一些相关的软件和硬件产品，例如，盲人阅读机、哑人语音合成器、口授打印机、语音应答机，各种会说话的仪器和玩具，以及通信和视听产品大量使用的音频压缩编码技术。(2) 图像处理数字滤波技术
15、以成功地应用于静止图像和活动图像的恢复和增强、数据压缩、去噪音和干扰、图像识别以及层析X射线摄影，还成功地应用于雷达、声纳、超声波和红外信号的可见图像成像。(3) 通信在现代通信技术领域内，几乎没有一个分支不受到数字滤波技术的影响。信源编码、信道编码、调制、多路复用、数据压缩以及自适应信道均衡等，都广泛地采用数字滤波器，特别是在数字通信、网络通信、图像通信、多媒体通信等应用中，离开了数字滤波器,几乎是寸步难行。其中，被认为是通信技术未来发展方向的软件无线电技术，更是以数字滤波技术为基础。(4) 电视数字电视取代模拟电视已是必然趋势。高清晰度电视的普及指日可待，与之配套的视频光盘技术已形成具有巨大市场的产业；可视电话和会议电视产品不断更新换代。视频压缩和音频压缩技术所取得的成就和标准化工作，促成了电视领域产业的蓬勃发展，而数字滤波器
