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1、 数字信号处理实训(论文)说明书题 目： 滤波器设计与制作 院 （系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2013 年 7 月 7 日桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 摘 要滤波器的作用主要是选择所需频带的信号内容而抑制不需要的其他频带的信号内容。数字滤波器因其精度高、可靠性好、灵活性大等优点,在语音信号处理、信号频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像处理等工程实际应用中都很广泛。模拟带通滤波器一般是用电路元件(如电阻、电容、电感)来构成我们所需要的频率特性电路。模拟带通滤波器的原理是通过对电容、电阻和电感参数的配置，使得模拟滤波器对基波呈现很小的阻抗，而对谐波呈现
2、很大的阻抗，这样当负载电流信号通过该模拟带通滤波器的时候就可以把基波信号提取出来。 利用MATLAB设计滤波器,可以按照设计要求非常方便地调整设计参数,极大地减轻了设计的工作量,有利于滤波器设计的最优化。Matlab因其强大的数据处理功能被广泛应用于工程计算,其丰富的工具箱为工程计算提供了便利,利用Matlab信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器,设计简单方便。关键字：滤波器；MATLAB；信号处理AbstractFilter the role of the main is to choose the frequency band of the signal required con
3、tent and suppress dont need other band signal. Digital filter because of its advantages of high precision, good reliability, flexibility, in speech signal processing, signal spectrum estimation, signal denoising, wireless communication frequency and the number in the image processing and other proje
4、cts in the practical application is very extensive. Analog bandpass filter is commonly used circuit components (e.g., resistor, capacitor, inductor) frequency characteristics of the circuit to make up our need. Analog bandpass filter principle is based on the capacitance, resistance and inductance p
5、arameters configuration, make simulation filter for fundamental wave appears very small impedance, and the harmonic present great impedance, so that when the load current signal through the simulation of the band-pass filter when fundamental wave signals can be extracted.Using the MATLAB design filt
6、er, may, in accordance with the design requirements is very convenient to adjust design parameters, and greatly reduce the workload of design, and is beneficial to optimization of filter design. Matlab because of its powerful data processing functions are widely used in engineering calculation, its
7、rich toolkit provides a convenient to engineering calculation, Matlab signal processing toolbox can be used to quickly and efficiently design all kinds of digital filter, the design is simple and convenient.Key words: filter; MATLAB; The signal processing目 录引言11 滤波器11.1 滤波器简介11.2滤波器的原理21.3滤波器的分类22 带
8、通滤波器22.1带通滤波器的工作原理33 硬件设计33.1 硬件设计基本要求33.2 硬件设计方案33.2.1硬件设计原理图43.2.2NE5532简介53.3 带通滤波器的主要参数53.4 硬件调试64 基于MATLAB的GUI界面数字滤波器64.1 MATALB GUI介绍64.2 IIR滤波器74.2.1IIR滤波器设计原理74.2.2IIR滤波器设计思想74.2.3IIR滤波器设计编程实现74.3 FIR滤波器84.3.1FIR滤波器设计原理84.3.2FIR滤波器设计思想84.3.3FIR滤波器设计编程实现85 基于Matlab GUI的数字滤波器设计思路及实现85.1“滤波器设计软
9、件”设计的GUI界面设计95.2控件实现编程105.3运行和结果显示126 总结12谢 辞14参考文献15附 录163引言滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。它的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零；实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。本次关于滤波器的实训，目的就是让我们在学习理论知识的基
10、础上，通过对有源带通滤波器的硬件及软件设计和操作，加深我们对理论的理解，同时提高我们的动手能力。1 滤波器1.1 滤波器简介自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力。其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向，导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展。到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成被研制出来并得到应用。80年代致力于各类新型滤波器性能提高的研究并逐渐扩大应用范围。90年代至今在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制
11、。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流电。您可以通过二阶通用滤波器传递函数，推导出最通用的滤波器类型：低通、带通、高通、帯阻。传递函数的参数f0、d、hHP、hBP 和hLP。可用来构造所有类型的滤波器。转降频率f0为s项开始占支配作用时的频率。设计者将低于此值的频率看作是低频，而将高于此值的频率看作是高频，并将在此值附近的频率看作是带内频率。阻尼d用于测量滤波器如何从低频率转变至高频率，它是滤波器趋向振荡的一个指标。实际阻尼值从0至2变化。高通系数hHP是对那些高于转降频率的频率起支配作用的分子的系数。带通系数hBP是
12、对那些在转降频率附近的频率起支配作用的分子的系数。低通系数hLP是对那些低于转降频率的频率起支配作用的分子的系数。设计者只需这5个参数即可定义一个滤波器。1.2滤波器的原理 滤波器是可以使信号中特定的频率成分通过而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统。滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。通频带或通带是信号能够通过的频率范围，而信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带，通带和阻带之间的分界频率称为截止频率。理想滤波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零，实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过
13、渡带。理想滤波器实际上并不存在。1.3滤波器的分类滤波器按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种；按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种；按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种：（1）低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。（2）高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。 （3）带通滤波器:它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。（4）带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。数字滤波器是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频
14、率成分的硬件。实质上就是一个由有限精度算法实现的线性时不变离散系统。它的基本工作原理是利用离散系统的特性对系统输入信号进行加工和变换，改变输入序列的频谱或信号波形，让有用的频率分量通过，抑制无用的信号分量输出。根据其频率特性同样可以分为低通、高通、带通、带阻。如果要处理的信号是模拟信号，就可以通过A/D或者D/A转换，在信号形式上进行匹配转换，同样可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波。2 带通滤波器 带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量。但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤
15、波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。 2.1带通滤波器的工作原理 一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉。另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦开始出现“波纹”。3 硬件设计3.1 硬件设计基本要求通过运放实现模拟带通滤波器。要求：中心频率：28000（Hz）；品质因素：2.8；实现滤波器阶数：4阶；需频率函数图，至少要40个点及以上。3.2 硬件设计方案有源滤波器一般由集成运
