基于MATLAB信號(hào)處理工具箱的IIR濾波器設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)

1、 PAGE39 / NUMPAGES44基于MATLAB信號(hào)處理工具箱的IIR濾波器的設(shè)計(jì)與仿真摘要 在現(xiàn)今通信中，信號(hào)中總是夾雜著噪聲和許多無用的頻率成分，因此需要采用一定的方法將這些成分濾除，數(shù)字濾波器便是其應(yīng)用。數(shù)字濾波器的工作原理是能夠讓特定頻段的信號(hào)通過，其他頻段則不能通過。 數(shù)字濾波器主要應(yīng)用于通信，圖像處理，語音編碼，雷達(dá)等領(lǐng)域。 該設(shè)計(jì)的目的就是讓我們的系統(tǒng)的掌握所學(xué)過的IIR濾波器設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，熟悉MATLAB中相關(guān)的信號(hào)處理工具箱，熟練仿真軟件simulink。本文首先對(duì)數(shù)字濾波研究背景、發(fā)展前景與MATLAB進(jìn)行介紹；接著又介紹了對(duì)數(shù)字濾波原理，對(duì)濾波器進(jìn)行分類；然后對(duì)

2、IIR數(shù)字濾波方法進(jìn)行了研究，緊接著開始設(shè)計(jì)數(shù)字濾波系統(tǒng)，利用PDATool工具進(jìn)行界面設(shè)計(jì)；最后利用設(shè)計(jì)成果，設(shè)計(jì)Simulink仿真模塊對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真，對(duì)一特定信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)比濾波前后信號(hào)的失真情況，以此判斷所設(shè)計(jì)濾波器是否滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：IIR 濾波器 FDATool simulinkDesign and Simulation of IIR filter basedon MATLAB signal processing toolboxABSTRACTIn the present communication, the signal always mixed with th

3、e noise and many useless frequency components, therefore need to use a certain method to filter these ingredients, digital filter is its application. The working principle of digital filter is able to let the signal of a specific frequency, other frequency can not through. Digital filter is mainly u

4、sed in communication, image processing, speech coding, radar and other fields. The purpose of the design is to let us master the knowledge of the IIR filter design, familiar with the signal processing toolbox in MATLAB, and skilled simulation software SIMULINK. At first, the background and developme

5、nt of the IIR filter is untroduced th. Then I talk aboute principle classification of the IIR filter; and studies the IIR digital filtering method, immediately began to design digital filter system, PDATool tool is used to design the interface; finally, using the design results, design Simulink modu

6、le of the designed filter simulation, a special signal processing, contrast before and after filtering the signal distortion, in order to determine the designed filter can meet the design requirements.KEYWORDS: IIR filter FDAToolSimulink目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc27042 中文摘要 PAGEREF _Toc27042 I

7、 HYPERLINK l _Toc2977 英文摘要 PAGEREF _Toc2977 II HYPERLINK l _Toc25600 1 緒論 PAGEREF _Toc25600 1 HYPERLINK l _Toc17465 1.1 研究的背景與意義 PAGEREF _Toc17465 1 HYPERLINK l _Toc14911 1.2 數(shù)字濾波器的發(fā)展前景 PAGEREF _Toc14911 2 HYPERLINK l _Toc23562 1.3 MATLAB軟件的簡介 PAGEREF _Toc23562 2 HYPERLINK l _Toc21317 2 數(shù)字濾波器概述 PAGE

8、REF _Toc21317 4 HYPERLINK l _Toc24371 2.1 數(shù)字濾波器簡介 PAGEREF _Toc24371 4 HYPERLINK l _Toc4155 2.2 經(jīng)典數(shù)字濾波器的分類 PAGEREF _Toc4155 4 HYPERLINK l _Toc16792 2.3 數(shù)字濾波器的主要設(shè)計(jì)指標(biāo) PAGEREF _Toc16792 5 HYPERLINK l _Toc22356 3 IIR數(shù)字低通濾波器設(shè)計(jì)方法的研究 PAGEREF _Toc22356 7 HYPERLINK l _Toc29461 3.1 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟 PAGEREF _Toc29

9、461 7 HYPERLINK l _Toc14758 3.2 IIR數(shù)字低通濾波器的直接設(shè)計(jì)法 PAGEREF _Toc14758 8 HYPERLINK l _Toc18026 3.2.1 設(shè)計(jì)方法與原理 PAGEREF _Toc18026 8 HYPERLINK l _Toc13543 3.2.2 MATLAB設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc13543 9 HYPERLINK l _Toc18567 3.2.3 直接設(shè)計(jì)法的優(yōu)缺點(diǎn) PAGEREF _Toc18567 11 HYPERLINK l _Toc22547 3.3 脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器 PAGEREF _Toc2

10、2547 11 HYPERLINK l _Toc21270 3.3.1 設(shè)計(jì)方法與原理 PAGEREF _Toc21270 11 HYPERLINK l _Toc2631 3.3.2 MATLAB設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2631 13 HYPERLINK l _Toc15479 3.3.3 脈沖響應(yīng)不變法優(yōu)缺點(diǎn) PAGEREF _Toc15479 15 HYPERLINK l _Toc27980 3.4 雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器 PAGEREF _Toc27980 16 HYPERLINK l _Toc22672 3.4.1 設(shè)計(jì)方法與原理 PAGEREF _Toc22672

11、 16 HYPERLINK l _Toc25002 3.4.2 MATLAB設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc25002 18 HYPERLINK l _Toc22809 3.4.3 雙線性變換法設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn) PAGEREF _Toc22809 19 HYPERLINK l _Toc8260 4 IIR數(shù)字濾波系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc8260 21 HYPERLINK l _Toc20814 4.1 FDATool工具的界面介紹 PAGEREF _Toc20814 21 HYPERLINK l _Toc15808 4.2 直接設(shè)計(jì)法的FDATool設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc1580

12、8 22 HYPERLINK l _Toc44 4.3 經(jīng)典設(shè)計(jì)法的FDATool設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc44 24 HYPERLINK l _Toc20045 4.3.1 巴特沃斯低通濾波器FDATool設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc20045 24 HYPERLINK l _Toc23977 4.3.2 橢圓濾波器的FDATool設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc23977 25 HYPERLINK l _Toc21641 5 IIR數(shù)字濾波系統(tǒng)的simulink仿真設(shè)計(jì)26 HYPERLINK l _Toc2688 5.1 simulink簡介26 HYPERLINK l _Toc15

13、499 5.2 直接設(shè)計(jì)法的simulink仿真27 HYPERLINK l _Toc32647 5.3 經(jīng)典法的simulink仿真31 HYPERLINK l _Toc27753 5.3.1 脈沖響應(yīng)不變法的simulink仿真31 HYPERLINK l _Toc181 5.3.2 雙線性變換的simulink仿真32 HYPERLINK l _Toc32169 結(jié)束語34 HYPERLINK l _Toc14647 致 PAGEREF _Toc14647 35 HYPERLINK l _Toc3966 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc3966 361 緒論1.1 研究的背景與意義數(shù)字

14、濾波器是一種能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行濾波的硬件或軟件。對(duì)于一輸入輸出皆為離散序列的信號(hào)來說，其沖擊響應(yīng)也應(yīng)為離散的，我們便把此種濾波器稱為數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器在數(shù)字信號(hào)的處理與其應(yīng)用中起著十分重要的作用，通過對(duì)數(shù)據(jù)和信號(hào)進(jìn)行采樣來進(jìn)行運(yùn)算和處理從而達(dá)到濾波的目的。數(shù)字濾波器能有效提取有用信號(hào)，方式靈活，是現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理中不可或缺的一部分。數(shù)字濾波器可用于數(shù)字通信，模式識(shí)別，圖像處理，譜分析，自動(dòng)控制等領(lǐng)域，因而具有十分廣泛的應(yīng)用。與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器無漂移，對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行處理效果非常好，運(yùn)用一些方式使得頻率響應(yīng)特性可以非常接近理想特性，精度高，集成度高等優(yōu)點(diǎn)將使得數(shù)字濾波器的應(yīng)用越來越廣

15、泛。數(shù)字濾波器更具有模擬濾波器所無可比擬的優(yōu)點(diǎn)： 靈活性高：數(shù)字濾波器性能與乘法器的各個(gè)系數(shù)息息相關(guān)，這些系數(shù)存放于系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，以此，對(duì)各個(gè)系數(shù)的改變將對(duì)濾波系統(tǒng)產(chǎn)生影響，便可以此數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)預(yù)期的濾波器。相比之下通過改變系數(shù)來對(duì)濾波器系統(tǒng)進(jìn)行改變要比使用模擬濾波器系統(tǒng)更加容易，方便。 可靠性好：數(shù)字信號(hào)區(qū)別于模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)時(shí)域和頻域都是離散的，這就使得數(shù)字信號(hào)只有01兩種，所受到的噪聲和環(huán)境的影響較小。相比之下，由于模擬濾波器具有一定的溫度系數(shù)，所以易受溫度，振蕩，電磁干擾等影響。一般來說，對(duì)于常采用大規(guī)模集成電路的數(shù)字濾波器來說他的可靠性要高于模擬濾波器的，因?yàn)橛蓚€(gè)分立元件構(gòu)成的模擬濾

16、波器的故障率更高一些。 集成度更高：高度集成的數(shù)字濾波器在體積，重量，性能等方面比模擬濾波器更具優(yōu)勢(shì)。并行處理：實(shí)現(xiàn)并行處理是數(shù)字濾波器另一個(gè)十分重大的優(yōu)點(diǎn)。正是由于數(shù)字濾波器所擁有的這些優(yōu)點(diǎn)使得數(shù)字濾波有了更加廣泛的應(yīng)用，人們對(duì)數(shù)字濾波的研究也越來越深入，這些研究必將為人類世界的發(fā)展起到不可磨滅的貢獻(xiàn)。1.2 數(shù)字濾波器的發(fā)展前景 近幾年，Wiener濾波，Kalman濾波和自適應(yīng)濾波等一些非線性濾波獲得更進(jìn)一步的發(fā)展。此外，隨著科技的不斷發(fā)展，通過借助不同的方式使得非線性的濾波方法也得到了飛速的發(fā)展，人們對(duì)于小波濾波、同態(tài)濾波、中值濾波和形態(tài)濾波的研究也越來越深入。 Wiener濾波能在在

17、最小均方誤差條件下對(duì)混有白噪聲信號(hào)進(jìn)行最佳估計(jì)，但由于Wiener-H0ff方程求解復(fù)雜使得其應(yīng)用困難。Kalman濾波與Wiener濾波相似，同樣可在最小均方誤差條件下給出信號(hào)的最佳估計(jì)。不同之處在于這種濾波方式在時(shí)域中采用遞推的方式，速度更快，便于實(shí)時(shí)處理，因而應(yīng)用廣泛。Kalman濾波可以用于圖象的去噪。當(dāng)Wiener濾波器單位脈沖響應(yīng)有限長時(shí)，可采用自適應(yīng)濾波的方法得到濾波器的最佳響應(yīng)。不需要求解Wiener-Hoff方程，為一些問題的解決提供很大方便。小波濾波利用了信號(hào)和噪聲特性。同態(tài)濾波適用于信號(hào)和噪聲之間相乘關(guān)系的問題。此外，當(dāng)信號(hào)與噪聲之間為卷積關(guān)系時(shí)，一定條件下可用同態(tài)濾波方

18、法將信號(hào)分離但是，Wiener濾波、Kalman濾波和自適應(yīng)濾波這些非線性濾波容易導(dǎo)致容易導(dǎo)致信號(hào)邊緣的模糊。中值濾波，一種非線性濾波，能給出最佳估計(jì)消除邊緣模糊現(xiàn)象，也具有良好的清除脈沖噪聲的能力。形態(tài)濾波建立在集合運(yùn)算上，是一種非線性濾波，用于清除噪聲圖像分析。 無論對(duì)于哪種濾波器而言，隨著研究的深入，人們對(duì)濾波器也有了越來越多的認(rèn)識(shí)，所設(shè)計(jì)的濾波器的性能也越來越優(yōu)秀，濾波器的應(yīng)用圍也會(huì)更加廣泛，因此對(duì)于我們而言學(xué)習(xí)好濾波器和MATLAB這些課程是十分必要的，擴(kuò)充了我們的知識(shí)面，又為以后的工作學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。1.3 MATLAB軟件的簡介 MATLAB(Matrix Laborator

19、y)是到目前為止已被國際公認(rèn)為最優(yōu)秀的數(shù)學(xué)運(yùn)算軟件之一，他集計(jì)算、圖形可視化、和編輯功能于一體，作為Mathworks公司所開發(fā)的一種工具，他的運(yùn)算功能十分強(qiáng)大而且操作比較簡單。到20世紀(jì)90年代，MATLAB已成為國際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。MATLAB的出現(xiàn)極方便了運(yùn)算，具有無可替代的一系列優(yōu)點(diǎn)它具有友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能十分強(qiáng)大，操作性也更高，MATLAB所使用的語言更加的簡單易用，其圖形處理能力亦非常出色，所使用的工具箱將各模塊集合起來使得操作更加簡潔，調(diào)用起來更加方便。其中所包含的FDATool工具和simulink模塊對(duì)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)至關(guān)重要；使用FDATool工

20、具可直接進(jìn)行多種濾波器的設(shè)計(jì)，使用方法也非常簡單，而simulink模塊則是對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行模擬仿真的工具，對(duì)于設(shè)計(jì)也是不可或缺的，可以用此工具對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行驗(yàn)證以檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的濾波器是否滿足設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)目的。2 數(shù)字濾波器概述2.1 數(shù)字濾波器簡介數(shù)字濾波器是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波而得到期望的響應(yīng)特性的離散時(shí)間系統(tǒng)。工作在數(shù)字域的數(shù)字濾波器與工作在模擬信號(hào)域的模擬濾波器的工作方式完全不同，其主要不同在于： 兩種濾波器的工作域不同， 數(shù)字濾波器在數(shù)字信號(hào)域工作而模擬濾波器在模擬信號(hào)域工作。 對(duì)于信號(hào)的處理上也有不同之處，數(shù)字濾波是將經(jīng)過采樣器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 數(shù)字濾波器與模擬濾

21、波器的工作方式也完全不同; 由電阻器、電容器、晶體管等一些元件所組成的物理網(wǎng)絡(luò)具有濾波的功能，模擬濾波器就是靠這種方式實(shí)現(xiàn)的；然而數(shù)字濾波器則不同，由數(shù)字運(yùn)算器件所組成的數(shù)字濾波系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的運(yùn)算處理，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 數(shù)字濾波器理論上可實(shí)現(xiàn)任何以數(shù)字算法表示的濾波?？捎梢恍┗镜臄?shù)字運(yùn)算電路構(gòu)成。描述離散系統(tǒng)輸出與輸入關(guān)系的卷積和差分方程為數(shù)字信號(hào)濾波器提供運(yùn)算規(guī)則，以此規(guī)則完成對(duì)輸入數(shù)據(jù)的處理。時(shí)域離散系統(tǒng)的頻域特性:X(ej)，Y(ej)分別表示數(shù)字濾波器的輸入輸出序列的頻域特性。H(ej)是單位抽樣響應(yīng)頻譜，X(ej)信號(hào)經(jīng)濾波后得Y(ej)信號(hào)，根據(jù)輸入信號(hào)特點(diǎn)，處理信號(hào)

22、的要求和目的選擇合適的H(ej)，最終使輸出滿足設(shè)計(jì)要求，此為數(shù)字濾波原理。2.2 經(jīng)典數(shù)字濾波器的分類 經(jīng)典數(shù)字濾波以單位抽樣響應(yīng)h(n)時(shí)域特性可分為無限長單位沖擊響應(yīng)（IIR）和有限長單位沖擊響應(yīng)（FIR）。若單位抽樣響應(yīng)時(shí)寬無限，為IIR系統(tǒng)；若時(shí)寬有限為FIR系統(tǒng)。 根據(jù)數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法和結(jié)構(gòu)可分為遞歸和非遞歸型。遞歸型數(shù)字濾波器當(dāng)前輸出y(n)是輸入x(n)的當(dāng)前值和以前的各輸入值x(n),x(n-1),和以前各輸出值y(n),y(n-1),的函數(shù)。遞歸系統(tǒng)傳統(tǒng)函數(shù)定義為：一N階遞歸數(shù)字濾波器（IIR）差分方程為： 其中，式中系數(shù)至少有一項(xiàng)不為零。 0說明必須將延時(shí)輸出序列y(

23、n)進(jìn)行反饋。 經(jīng)典數(shù)字濾波器從濾波特性分類，可分為低通濾波器，帶通濾波器，高通濾波器，帶阻濾波器。 由于低通濾波可以通過一定的方式轉(zhuǎn)換為帶通，帶阻，高通，故此本文只對(duì)低通濾波進(jìn)行研究分析。本文主要是設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波。圖2.1 各種理想濾波器的幅頻特性2.3 數(shù)字濾波器的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)常常在頻域給出數(shù)字濾波器指標(biāo)，數(shù)字濾波器的頻響特性函數(shù)式：其中H(ej)為幅頻特性函數(shù)，為相頻特性函數(shù)。幅頻特性表示信號(hào)通過該濾波器后輸出的幅度隨頻率的變化情況，而相頻特性反映各頻率通過濾波器后相位差隨輸入頻率的變化情況。對(duì)于一般的IIR數(shù)字濾波器，只用幅頻響應(yīng)函數(shù)|H(ej)|來描述設(shè)計(jì)指標(biāo)即可，不需要在對(duì)

24、相頻部分進(jìn)行處理，本文為使設(shè)計(jì)更加完整，也加入了部分相頻響應(yīng)的指標(biāo)。IIR濾波器指標(biāo)參數(shù)如下圖所示。圖中，和分別為通帶邊界頻率和阻帶邊界頻率；和分別為通帶波紋和阻帶波紋；使用分貝(dB)來表示衰減，通帶所允許的最大衰減和阻帶允許的最小衰減分別用和表示：通常要求：時(shí)，時(shí)，圖2.2 數(shù)字低通濾波技術(shù)指標(biāo)3 IIR數(shù)字低通濾波器設(shè)計(jì)方法的研究3.1 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法是多樣的，主要采用直接設(shè)計(jì)法和經(jīng)典設(shè)計(jì)法這種設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)：其一是利用了模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)方式是首先設(shè)計(jì)一模擬濾波器然后通過某種方法轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器，此即為模數(shù)轉(zhuǎn)換的思想，為經(jīng)典設(shè)計(jì)法，這里我

25、將采用脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法兩種設(shè)計(jì)方式來設(shè)計(jì)；其二是直接在頻域或時(shí)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要借組計(jì)算機(jī)求解復(fù)雜復(fù)雜方程以作輔助設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)過程主要是先設(shè)計(jì)一過渡的模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，再將該系統(tǒng)函數(shù)借助某種方法轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。兩種設(shè)計(jì)方式相比，采用模數(shù)轉(zhuǎn)換思想的設(shè)計(jì)方法即經(jīng)典設(shè)計(jì)法更加容易些，主要是因?yàn)槟M濾波器的設(shè)計(jì)方法已比較成熟，設(shè)計(jì)公式也相當(dāng)全面，不僅如此，還有了大量圖表曲線等資料可供設(shè)計(jì)使用。為此我們提出了兩點(diǎn)要求，其目的是為保證轉(zhuǎn)換后的數(shù)字濾波器穩(wěn)定且滿足最初的設(shè)計(jì)要求： (1) 對(duì)于一因果穩(wěn)定的模擬濾波器而言，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字濾波器也應(yīng)為因果穩(wěn)定的。 (2) 模擬濾

26、波器所在的S平面應(yīng)映射到數(shù)字濾波器所在Z平面的單位圓上，兩者是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因而模擬濾波器和數(shù)字濾波器的頻響特性應(yīng)是相似的。利用模擬濾波器來設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的主要有以下幾個(gè)設(shè)計(jì)步驟：首先應(yīng)確定所要設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器與技術(shù)指標(biāo)，包括通帶邊界頻率，阻帶邊界頻率，通帶所允許的最大衰減，阻帶所允許的最小衰減。其次將數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)通過某種方式轉(zhuǎn)換為模擬濾波器的技術(shù)指標(biāo)。然后根據(jù)得出的模擬濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)來設(shè)計(jì)過渡的模擬濾波器。最后應(yīng)用自己所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換方法將模擬濾波器系統(tǒng)函數(shù)Ha(s)轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。IIR濾波器的設(shè)計(jì)流程圖如下：數(shù)字濾波器技術(shù)指標(biāo) 模擬濾波器 技術(shù)指標(biāo) 數(shù)字濾波器 模擬濾

27、波器 模擬濾波器 設(shè)計(jì)方法變換變換圖3.1 設(shè)計(jì)流圖設(shè)計(jì)容：設(shè)計(jì)一采樣頻率Fs=1000Hz的IIR數(shù)字低通濾波器，要求通帶邊界頻率fp=300Hz,通帶最大衰減Rp=1dB，阻帶邊界頻率fs=400Hz，阻帶最小衰減Rs=30dB。根據(jù)這些參數(shù)設(shè)計(jì)出合理的IIR數(shù)字濾波器。3.2 IIR數(shù)字低通濾波器的直接設(shè)計(jì)法3.2.1 設(shè)計(jì)方法與原理MATLAB數(shù)字信號(hào)處理工具箱中包含了函數(shù)庫，擁有大量的函數(shù)可供調(diào)用，濾波器的設(shè)計(jì)便可通過調(diào)用其中的一些函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，調(diào)用這些函數(shù)為濾波器的設(shè)計(jì)提供了極大的便利。其主要設(shè)計(jì)方法有：1.零極點(diǎn)累試法這種方法也稱為零極點(diǎn)累試法。在確定零極點(diǎn)位置時(shí)要注意：(1)極點(diǎn)

28、必須位于z平面單位圓，保證數(shù)字濾波器因果穩(wěn)定；(2)復(fù)數(shù)零極點(diǎn)必須共軛成對(duì)出現(xiàn)，保證系統(tǒng)函數(shù)有理式的系數(shù)是實(shí)的。2.IIR數(shù)字濾波器的時(shí)域直接設(shè)計(jì)法 先設(shè)計(jì)一數(shù)字濾波器H(z),采用逼近的方式來進(jìn)行設(shè)計(jì)，其目的就是讓所設(shè)計(jì)的濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)盡可能的達(dá)到所要設(shè)計(jì)的IIR濾波器的單位脈沖響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。在頻域直接設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器 頻域直接設(shè)計(jì)是利用幅度平方誤差最小的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器?？梢訫ATLAB函數(shù)庫里有多種函數(shù)可供直接調(diào)用以此來設(shè)計(jì)濾波器。 可以通過調(diào)用butter()函數(shù)來設(shè)計(jì)Butterworth濾波器，使用這種方法來設(shè)計(jì)低通，帶通，高通，帶阻模擬和數(shù)字濾波器具有無可比擬

29、的優(yōu)點(diǎn)，能夠使通帶幅度響應(yīng)達(dá)到最大限度的平滑；但也存在不足之處，因?yàn)樗麚p失了截頻處的下降斜度。 切貝雪夫?yàn)V波器有型和型兩種，分別調(diào)用chebyl()和cheby2()兩種函數(shù)，同樣可以用來設(shè)計(jì)低通，帶通，帶阻，高通模擬和數(shù)字濾波器，但兩者有一定的區(qū)別，型等波紋通帶，阻帶單調(diào)，而型正好與此相反，型比型下降斜度大，但型的代價(jià)是通帶波紋較大。 可以調(diào)用函數(shù)ellip()來設(shè)計(jì)橢圓濾波器，根據(jù)濾波的的特性依舊可設(shè)計(jì)低通、帶通、帶阻、高通模擬和數(shù)字濾波器。與巴特沃斯和切貝雪夫?yàn)V波器相比，使用ellip函數(shù)所設(shè)計(jì)的濾波器得到的下降斜度更大一些，得到的通帶阻帶都應(yīng)為等波紋。通常，橢圓濾波器可以最低階實(shí)現(xiàn)所需

30、要設(shè)計(jì)濾波器的性能。3.2.2 MATLAB設(shè)計(jì)Chebyshev I型設(shè)計(jì)的M程序：Fs=1000; Flp=300; Fls=400;Wp=2*Flp/Fs; Ws=2*Fls/Fs; Rp=1; Rs=30; N,Wn=cheb1ord(Wp,Ws,Rp,Rs); b,a=cheby1(N,Rp,Wn); hw,w=freqz(b,a);subplot(2,1,1);plot(w/pi,20*log10(abs(hw);grid on;xlabel(/);ylabel(幅度（dB）)title(切比雪夫I型幅頻響應(yīng));subplot(2,1,2);plot(w/pi,abs(hw);gr

31、id on;xlabel(/);ylabel(幅度（H）);運(yùn)行以后產(chǎn)生以下圖形：圖3.2 Chebyshev I型的MATLAB仿真同樣，我們也可以設(shè)計(jì)出Chebyshev II型的M程序：Fs=1000; Flp=300; Fls=400;Wp=2*Flp/Fs; Ws=2*Fls/Fs; Rp=1; Rs=30; N,Wn=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs); b,a=cheby2(N,Rs,Wn); hw,w=freqz(b,a);subplot(2,1,1);plot(w/pi,20*log10(abs(hw);grid on;xlabel(/);ylabel(幅度（dB）)

32、title(切比雪夫II型幅頻響應(yīng));subplot(2,1,2);plot(w/pi,abs(hw);grid on;xlabel(/);ylabel(幅度（H）);得運(yùn)行后圖形：圖3.3 Chebyshev II型MATLAB仿真3.2.3 直接設(shè)計(jì)法的優(yōu)缺點(diǎn) 時(shí)域直接設(shè)計(jì)法中采用逼近的方式設(shè)計(jì)需要求解N+M+1個(gè)方程組成的一個(gè)方程組，求解比較麻煩，易出錯(cuò)；頻域直接設(shè)計(jì)法中采用迭代方式計(jì)算較之更簡便些，采用這種算法也是的系統(tǒng)的穩(wěn)定性和收斂性好，性能良好。3.3 脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器3.3.1 設(shè)計(jì)方法與原理 用脈沖響應(yīng)不變法來設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器，應(yīng)使數(shù)字濾波器的單位

33、脈沖響應(yīng)序列h（n)模仿模擬濾波器的沖擊響應(yīng)ha(t)，使h(n)正好等于ha(t)的抽樣值，即h（n)=ha(nT)其中T為采樣周期。 脈沖響應(yīng)不變法利用了模數(shù)轉(zhuǎn)換的思想把模擬濾波器S平面轉(zhuǎn)換到數(shù)字濾波器的Z平面，其映射關(guān)系如下圖所示：圖3.4 映射關(guān)系圖模擬濾波器的傳遞函數(shù)若只有單極點(diǎn)，且分母的階數(shù)高于分子的階數(shù)NM，則可表達(dá)為部分分式形式：其拉式反變換為其中u(t)為單位階躍函數(shù)。對(duì)ha(t)采樣就得到數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)序列再對(duì)h(n)取z變換，得到數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)為避免濾波器的增益太高而使數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)不隨抽樣頻率變化，以此做了以下修正，令則有3.3.2 MATLAB設(shè)計(jì)

34、 本部分將采用所給參數(shù)使用脈沖響應(yīng)不變法來設(shè)計(jì)巴特沃斯數(shù)字低通濾波器，其設(shè)計(jì)步驟如下：先討論f與的關(guān)系與數(shù)字域性能的公式表示。有模擬頻率與數(shù)字頻率之間的線性關(guān)系，=T=2fT，T為抽樣周期，則有 對(duì)應(yīng)于 對(duì)應(yīng)于 由衰減知：=0處頻率響應(yīng)幅度歸一化為1，即，則上式變?yōu)椋?） 這里將數(shù)字濾波器的性能要求轉(zhuǎn)變?yōu)槟M濾波器的性能要求。由 ，給出模擬濾波器指標(biāo)計(jì)算所需階數(shù)N與3dB截止頻率。巴特沃斯低通濾波器的幅度平方函數(shù)為用分貝形式表示把求出的性能指標(biāo)關(guān)系式帶入得用等號(hào)來滿足指標(biāo)聯(lián)立方程求解得N=5.8858 ,由于N必須去整數(shù)故N=6得使用查表法，當(dāng)N=6時(shí)，歸一化原型模擬低通巴特沃斯濾波器的系統(tǒng)函

35、數(shù)為 以上便是利用采用沖擊響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)巴特沃斯數(shù)字低通濾波器的步驟，可知運(yùn)用這種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)運(yùn)算非常復(fù)雜，而且容易出錯(cuò)，通過MATLAB程序設(shè)計(jì)來進(jìn)行設(shè)計(jì)更加的方便簡單。下面通過M程序?qū)崿F(xiàn)：fp=300;Fs=400;Fs=1000;Rp=1;Rs=30;T=1/Fs;W1p=fp/Fs*2;W1s=fs/Fs*2;N,Wn=buttord(W1p,W1s,Rp,Rs,s); z,p,k=buttap(N); bp,ap=zp2tf(z,p,k); bs,as=lp2lp(bp,ap,Wn*pi*Fs); bz,az=impinvar(bs,as,Fs); sys=tf(bz,az,T);

36、H,W=freqz(bz,az,512,Fs);subplot(2,1,1);plot(W,20*log10(abs(H);grid on;xlabel(頻率/Hz);ylabel(振幅/dB);subplot(2,1,2);plot(W,abs(H);grid on;xlabel(頻率/Hz);ylabel(振幅/H);運(yùn)行后產(chǎn)生圖形如下圖所示:圖3.5 脈沖響應(yīng)不變法的MATLAB仿真3.3.3 脈沖響應(yīng)不變法優(yōu)缺點(diǎn)脈沖響應(yīng)不變法能使數(shù)字濾波器沖擊響應(yīng)完全的模仿模擬濾波器的沖擊響應(yīng)，時(shí)域逼近比較好，且使數(shù)字頻率和模擬頻率呈線性=T。因此一具有線性相位的模擬濾波器可映射成一線性相位數(shù)字濾波器

37、。但由于頻響混疊，因而脈沖響應(yīng)不變法值適用于帶限模擬濾波器而對(duì)于高通和帶阻濾波器則不適合采用該設(shè)計(jì)方法。對(duì)于帶通和低通濾波器而言，都需要充分帶限，帶阻衰減越大則混疊效應(yīng)越小。3.4 雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器3.4.1 設(shè)計(jì)方法與原理 雙線性變換法是使數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)與模擬濾波器的頻率響應(yīng)相似的一種變換方法。 就這種變換方法其實(shí)就是采用頻率壓縮的方式來說，先將S平面頻率軸壓縮到-/T/T，再通過標(biāo)準(zhǔn)變換關(guān)系z(mì)=es1T轉(zhuǎn)換到Z平面上，于是S平面與平面便建立了一種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這樣一來便消除了多值變換的可能性，從而不會(huì)再有頻譜混疊的發(fā)生。如下圖所示：圖3.6 雙線性變換法的映射關(guān)

38、系圖將S平面的整個(gè)虛軸j壓縮到S1平面j1軸上的-/T到/T一段，可用以下變換關(guān)系： (3-1) 如此一來，=變換到1=/T，=0變到1=0，則有：（3-2）解析延拓到整個(gè)s平面和s1平面，令j=s,j1=s1,則有（3-3）再將s1平面通過映射到z平面最后得到S平面和z平面的單值映射關(guān)系為（3-4）（3-5）引入待定常數(shù)c可得，使得（2-1）式和（2-3）式變成(3-6) （3-7）依然將代入，得 (3-8) (3-9)對(duì)于常數(shù)c的選擇，一般有以下兩種方式 低頻處時(shí)模擬濾波器與數(shù)字濾波器有比較確切的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即低頻處1。1較小時(shí)由（2-4）式與1可知從而 (3-10)使用數(shù)字濾波器某一特定的

39、頻率（如）與模擬濾波器原型的某一特定的頻率c嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，也即則（3-11）3.4.2 MATLAB設(shè)計(jì)雙線性變換法的設(shè)計(jì)步驟如下：先寫出此濾波器的系統(tǒng)函數(shù)采用雙線性變換法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)為利用雙線性變換法設(shè)計(jì)橢圓濾波器的M程序如下：fs=1000;wp=2*pi*300/fs;ws=2*pi*400/fs;Rp=1;Rs=30;Ts=1/fs;Wp=2/Ts*tan(wp/2);Ws=2/Ts*tan(ws/2);N,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs,s);z,p,k=ellipap(N,Rp,Rs);Bap,Aap=zp2tf(z,p,k);b,a=lp2lp(Ba

40、p,Aap,Wn);bz,az=bilinear(b,a,fs);H,f=freqz(bz,az,512,fs);subplot(2,1,1);plot(f,20*log10(abs(H);title(N=2 頻率響應(yīng));grid on;xlabel(頻率/Hz);ylabel(振幅/dB);subplot(2,1,2);plot(f,abs(H);grid on;xlabel(頻率/Hz);ylabel(振幅/H);運(yùn)行后產(chǎn)生圖形如下：圖3.7 雙線性變換法的MATLAB仿真3.4.3 雙線性變換法設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn) 該設(shè)計(jì)方法最大優(yōu)點(diǎn)是避免了頻率響應(yīng)的混疊現(xiàn)象，而對(duì)于模擬角頻率和數(shù)字角頻率而言具

41、有變換關(guān)系由此可見s與z平面是單值的切一一對(duì)應(yīng)，S平面上與Z平面的成非線性的正切關(guān)系，如下圖所示;圖3.8 與的關(guān)系圖可看出s平面虛軸映射到z平面單位圓上下兩部分，頻率軸具有單值變換關(guān)系，時(shí)，=為折疊頻率，因此不存在高于折疊頻率的分量，也就避免了脈沖響應(yīng)不變法引起的頻響混疊現(xiàn)象。 但是，頻率與間會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的非線性關(guān)系導(dǎo)致新的問題的產(chǎn)生，在這一過程中可能沒有保持原先的線性相位，若某一頻段的幅頻響應(yīng)變化比較大就會(huì)發(fā)生畸變，這些問題會(huì)影響到所設(shè)計(jì)的濾波器的精確性，因而必須盡量去避免這樣的問題發(fā)生，使得所設(shè)計(jì)的濾波器能夠符合要求。圖3.9 雙線性變換法的幅度和相位特性的映射 相對(duì)于分段常數(shù)濾波器來說，

42、變換后得到的濾波器幅頻特性仍為分段常數(shù)，上述所說的畸變是可以通過一定的方法克服的，可以通過頻率的預(yù)畸來進(jìn)行矯正，也就是在變換前就開始把頻率進(jìn)行畸變，變換后經(jīng)過映射關(guān)系正好能得到所需的頻率。4 IIR數(shù)字濾波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 FDATool工具的界面介紹 MATLAB7.0版本提供了Toolboxes工具箱里面便包含了FDATool工具。FDATool工具幾乎可以設(shè)計(jì)所有常規(guī)的包括IIR和FIR濾波器的設(shè)計(jì)。操作方式也比較簡單靈活。圖4.1 FDATool界面觀察FDATool工具的界面其設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)本部分; Response Type:選擇濾波器的通帶，有Lowpass(低通)，High

43、pass(高通)，Bandpass(帶通)，Bandstop(帶阻)等類型，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的通帶，本設(shè)計(jì)選擇Lowpass(低通)。 Design Method:選擇濾波器的類型，是IIR還是FIR且每種類型又分多種設(shè)計(jì)方式，要按實(shí)際所需來選擇。 Filter Order:Specity order代表手動(dòng)填寫所設(shè)濾波器階數(shù)，這個(gè)是按參數(shù)設(shè)置填寫的；Minimum order是工具根據(jù)所設(shè)置參數(shù)自動(dòng)設(shè)置所需最低階數(shù)，一般都選擇此項(xiàng)。 Frequency Specificatons：Units代表單位選擇Hz，F(xiàn)s代表抽樣頻率，,fpass代表通帶頻率，fstop代表阻帶頻率。 Magni

44、tude Specifications:Units單位dB，Apass通帶衰減，Astop阻帶衰減。下面我們根據(jù)第2章所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)。4.2 直接設(shè)計(jì)法的FDATool設(shè)計(jì) 前一章我們分別給出了切貝雪夫，型的MATLAB設(shè)計(jì)，現(xiàn)在我們使用FDATool工具進(jìn)行界面設(shè)計(jì)。使用FDATool來設(shè)計(jì)切貝雪夫，型濾波器，方法比較簡單，而且能夠很清晰的得到所設(shè)計(jì)的濾波器的幅頻相頻響應(yīng)的圖形。 Response Type選擇Lowpass；Design Method選擇IIR，Chebyshev Type；Filter Order中選擇Minimum order；Frequency Spec

45、ificatons中的Fs為1000，fpass為300，fstop為400；Magnitude Specifications項(xiàng)中Apass為1，Astop為30。然后點(diǎn)擊Design Filter直接顯示幅頻響應(yīng)結(jié)果：圖4.2 Chebyshev Type型濾波器的幅頻響應(yīng)點(diǎn)擊Analysis/Phase Response顯示相頻響應(yīng)圖4.3 Chebyshev Type型濾波器的相頻響應(yīng)切貝雪夫型的設(shè)計(jì)與型相似只需將Design Method項(xiàng)中IIR的類型Chebyshev Type改為Chebyshev Type然后點(diǎn)擊Design Filter獲得Mnitude Response(幅

46、頻響應(yīng))和Phase Response（相頻響應(yīng)）的結(jié)果。圖4.4Chebyshev Type型濾波器的幅頻響應(yīng)圖4.5Chebyshev Type型濾波器的相頻響應(yīng)4.3 經(jīng)典設(shè)計(jì)法的FDATool設(shè)計(jì) 在這一部分我們給出了用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)巴特沃斯低通濾波器和雙線性變換法設(shè)計(jì)橢圓濾波器，下面我分別給出巴特沃斯低通濾波器設(shè)計(jì)和橢圓濾波器的FDATool設(shè)計(jì)。4.3.1 巴特沃斯低通濾波器FDATool設(shè)計(jì)打開FDATool設(shè)計(jì)界面，Response Type選擇Lowpass；Design Method選擇IIR，Chebyshev Type；Filter Order中選擇Minimum

47、order；Frequency Specificatons中的Fs為1000，fpass為300，fstop為400；Magnitude Specifications項(xiàng)中Apass為1，Astop為30。然后點(diǎn)擊Design Filter獲得幅頻響應(yīng)圖像;圖4.6 巴特沃斯低通濾波器的幅頻響應(yīng)再點(diǎn)擊Analysis/Phase Response得相頻響應(yīng)的圖像：圖4.7巴特沃斯低通濾波器的相頻響應(yīng)4.3.2 橢圓濾波器的FDATool設(shè)計(jì)與巴特沃斯低通濾波器設(shè)計(jì)相似只需將Design Method中的IIR濾波器方式改為Butterworth,然后獲得結(jié)果圖4.8 橢圓濾波器的幅頻響應(yīng)4.9

48、橢圓濾波器的相頻響應(yīng)5 IIR數(shù)字濾波系統(tǒng)的simulink仿真設(shè)計(jì)5.1 simulink簡介Simulink是一個(gè)與MATLAB融為一體，對(duì)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)進(jìn)行模擬，仿真和分析的應(yīng)用軟件。這樣的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)既可以是線性的也可為非線性的，可以是連續(xù)，離散或者兩者混合的。使用simulink仿真結(jié)果能夠很好的了解所設(shè)計(jì)的濾波器的濾波效果，通過濾波前后信號(hào)的對(duì)比，可以準(zhǔn)確判斷地所設(shè)計(jì)的濾波器的精確性，因此simulink是濾波器設(shè)計(jì)不可缺少的環(huán)節(jié)。 本節(jié)將通過使用simulink工具對(duì)信號(hào)一特定信號(hào)進(jìn)行仿真濾波，此過程中需要調(diào)用simulink庫中的各種構(gòu)成IIR濾波器的模塊，建立仿真框圖，仿真使根據(jù)所要

49、設(shè)計(jì)的參數(shù)要求雙擊各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)置，最終獲得仿真結(jié)果。設(shè)計(jì)步驟如下：打開MATLAB工具點(diǎn)擊File中new新建model，點(diǎn)擊左下角的startsimulinkLibraryBrowser,就打開了simulink庫，在Sources選項(xiàng)中找到信號(hào)源Sine Wave然后將此拖入model中由于有2個(gè)輸入信號(hào)源故要拖入2個(gè)，在Sinks中找到示波器Scope然后在model中拖入2個(gè)，Math Operations中找到Add并拖入，最后再點(diǎn)擊Signal Processing BlocksetFilteringFilter Designs找到Digital Filter Design模塊拖

50、入然后將各個(gè)模塊連接起來如下圖所示:圖5.1 模塊設(shè)計(jì)圖其中有2個(gè)輸入信號(hào)源，2個(gè)示波器，Scope中顯示兩輸入信號(hào)的波形，Scope1顯示濾波前和濾波后的波形，Add將兩信號(hào)疊加通過濾波器Digital Filter Design獲得濾波后的信號(hào)。下面我們將對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器逐個(gè)進(jìn)行仿真。注：Scope剛拖入model中時(shí)只有一個(gè)引腳，對(duì)其進(jìn)行雙擊，出來界面中點(diǎn)擊Parameters然后將Number of axes中的1改為2點(diǎn)擊OK即可。 本文所要進(jìn)行濾波的信號(hào)為x(t)=sin(2*pi*250*t)+sin(2*pi*450*t)，根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)和所知濾波參數(shù)對(duì)各模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后

51、仿真獲得仿真結(jié)果。5.2 直接設(shè)計(jì)法的simulink仿真 我們首先對(duì)切貝雪夫型濾波器進(jìn)行仿真，要對(duì)仿真模塊進(jìn)行設(shè)置雙擊Sine Save對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置如下圖所示;圖5.2 信號(hào)源Sine Save的參數(shù)設(shè)置再對(duì)Sine Save 1進(jìn)行設(shè)置圖5.3 信號(hào)源Sine Save 1的參數(shù)設(shè)置Digital Filter Design設(shè)置圖5.4 Digital Filter Design的參數(shù)設(shè)置然后模塊整體就變?yōu)閳D5.5 Chebyshev Type型模塊圖 點(diǎn)擊simulation選項(xiàng)下的configuration parameters選項(xiàng)設(shè)置起始時(shí)間0.0截止時(shí)間2.0，然后點(diǎn)擊simu

52、lation中的run獲得波形圖如下：圖5.6 Scope波形圖5.7 Scope1波形 由所給出的參數(shù)就能知曉，兩信號(hào)源代表了兩個(gè)輸入信號(hào)，一信號(hào)頻率為250Hz處于通帶，因此該信號(hào)能夠通過濾波器，另一信號(hào)頻率為450Hz處于阻帶，因而會(huì)被過濾。圖5.6中前一信號(hào)為通帶信號(hào)后一信號(hào)為阻帶信號(hào)。圖5.7位濾波前后信號(hào)的對(duì)比情況，前為濾波前的信號(hào)其后為濾波后的信號(hào)，通過圖5.6與圖5.7的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，濾波后的波形與通帶信號(hào)的波形基本上沒有差別，這說明所設(shè)計(jì)的濾波器能夠滿足最初的設(shè)計(jì)要求，周期也與前面的相近，因而該設(shè)計(jì)可行。 然后我們來對(duì)切貝雪夫型濾波器進(jìn)行simulink仿真其設(shè)計(jì)的參數(shù)與型的基本

53、上相一致，區(qū)別在于濾波器這一模塊的差別，因此我們只需從新設(shè)置Digital Filter Design這一模塊即可。在設(shè)置上只需將濾波器類型改為Chebyshev Type，模塊框圖與型的稍有不同;圖5.8 Chebyshev Type型設(shè)計(jì)模塊 圖5.9 Scope波形圖5.10 Scope1波形 通過圖5.9和圖5.10的對(duì)比發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的濾波器是符合設(shè)計(jì)要求的。5.3 經(jīng)典法的simulink仿真 經(jīng)典法包含了脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法兩種方式，上文我們也進(jìn)行了MATLAB仿真和使用FDATool工具設(shè)計(jì)界面，這里我們要進(jìn)行simulink仿真。5.3.1 脈沖響應(yīng)不變法的simulin

54、k仿真 在上面的simulink設(shè)計(jì)中所用的濾波模塊是從模塊庫中直接尋找和設(shè)置的，這樣一來我們就需要重復(fù)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，該濾波模塊還有另一種設(shè)計(jì)方式那就是在使用FDATool設(shè)計(jì)界面時(shí)，設(shè)計(jì)完成后可以直接將所設(shè)置的濾波器導(dǎo)入到model模塊中這樣就避免了重復(fù)對(duì)該濾波器的設(shè)計(jì)，這種方式的原理與前面的是一樣的，只是設(shè)計(jì)方式不同而已。其主要方法為： 首先設(shè)計(jì)FDATool界面，這一過程在上文中圖已經(jīng)給出，為避免設(shè)計(jì)容的繁瑣使設(shè)計(jì)更加簡潔，這里不再重復(fù)，界面設(shè)計(jì)完成后點(diǎn)擊File/New/model新建一框圖，在設(shè)計(jì)的FDATool界面上點(diǎn)擊File/Export To Simulink Model便

55、完成了濾波器模塊設(shè)計(jì)此時(shí)的濾波器模塊不需要再進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后打開simulink庫將所需模塊一一拖入model中，再對(duì)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，最后所得到的整體框圖如下： 圖5.11 巴特沃斯低通濾波器的simulink仿真模塊兩信號(hào)源的參數(shù)設(shè)置和圖5. 2和圖5.3是一致的，參數(shù)設(shè)置完成后最后運(yùn)行，得到最后的結(jié)果;圖5.12 Scope波形圖5.13 Scope 1波形 通過對(duì)比圖5.12和圖5.13發(fā)現(xiàn)該濾波器的設(shè)計(jì)也是滿足設(shè)計(jì)要求的，濾波效果良好，達(dá)到性能要求。5.3.2 雙線性變換的simulink仿真 設(shè)計(jì)方法與5.2.1是一樣的，不同的地方在于濾波器模塊，本節(jié)的濾波器模塊是由圖導(dǎo)出的，其

56、他參數(shù)保持不變，其框圖與5.2.1節(jié)的框圖是一樣的只是濾波模塊參數(shù)的差別。完成后運(yùn)行，得到結(jié)果如下：圖5.14 Scope波形圖5.15 Scope1波形 由于濾波器的類型不同，其濾波特性也會(huì)不同，產(chǎn)生的濾波效果也會(huì)有所差別，這一點(diǎn)通過對(duì)比圖5.7、圖5.10、圖5.13和圖5.15就會(huì)發(fā)現(xiàn)。但這些濾波器都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。結(jié)束語 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)查閱了大量的資料，不斷積累并借鑒了前人的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成的，自己也付出了大量的時(shí)間和精力，自己的辛勤勞動(dòng)沒有白費(fèi)，終于有了自己的成果，設(shè)計(jì)也接近尾聲。自己一字字的敲打，搜索了大量信息并對(duì)這些信息進(jìn)行研究整合，工作量比較大，這些問題終于

57、在自己的努力下完成。 本設(shè)計(jì)屬于軟件模擬類型不需要做實(shí)物只需做軟件設(shè)計(jì)，然而做起來卻不是那么容易，和那些做硬件設(shè)計(jì)相比容確實(shí)要多很多。由于我在大學(xué)幾年里學(xué)習(xí)不夠努力，成績也不怎么好，而且這些知識(shí)基本上是大二大三所學(xué)課程學(xué)的知識(shí)也遺忘了很多因此做起來困難重重，其中也包括了一些新知識(shí)在以前的學(xué)習(xí)過程中接觸過MATLAB的基本知識(shí)，然而這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)所涉與的容遠(yuǎn)比以前所學(xué)習(xí)的多；例如對(duì)于FDATool工具的使用，simulink仿真這些容以前確實(shí)沒有接觸過，然而這些容對(duì)于此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)又極其重要，因此只能靠自己去學(xué)習(xí)研究，一點(diǎn)點(diǎn)的摸索。好在無論是圖書館還是網(wǎng)絡(luò)上都擁有大量的資源可供利用，這為此次的畢

58、業(yè)設(shè)計(jì)提供了極大的幫助。個(gè)人覺得最困難的一部分在于simulink仿真這一部分，因此在這一塊花費(fèi)了很多時(shí)間，找了很多參考資料，但都對(duì)這一部分?jǐn)⑹鲞^于簡單，由于之前并沒有接觸simulink這部分知識(shí)，這部分知識(shí)的學(xué)習(xí)只能從零開始，相對(duì)來說比較困難，simulink仿真原理，各個(gè)模塊，以與參數(shù)設(shè)置等這些問題讓我絞盡腦汁，由于自己的堅(jiān)持這些問題也被自己一一克服。 此次的課程設(shè)計(jì)讓我獲益匪淺，培養(yǎng)了自己獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力，發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。在此過程中我也學(xué)習(xí)了解了很多新的知識(shí)為今后的學(xué)習(xí)和工作打下很好的基礎(chǔ)。這個(gè)過程是令人痛苦乏味的，然而自己得到了很多，讓我學(xué)會(huì)了堅(jiān)持，學(xué)會(huì)獨(dú)立解決問題，這是一生用

59、之不竭的財(cái)富。致 此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的，任老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱心態(tài)度令我印象深刻，給予我們無微不至的關(guān)懷，無論是學(xué)習(xí)上還是生活上都給以熱忱的關(guān)懷。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中老師給予了細(xì)心的指導(dǎo)，為我提供設(shè)計(jì)思路，從大局著手為我們的設(shè)計(jì)進(jìn)行布局提供意見，每周都會(huì)和導(dǎo)師見面匯報(bào)自己所做的成果和老師討論問題，對(duì)自己不理解的地方能夠與時(shí)反饋獲得老師的意見，老師經(jīng)常敦促我們的進(jìn)程，讓我們最后再規(guī)定時(shí)間完成了課程設(shè)計(jì)，在此我向任老師表示我崇高的敬意。 同時(shí)，我也要感和我一起進(jìn)行學(xué)習(xí)工作的同學(xué)們，宋蒙同學(xué)和我一樣有著共同的指導(dǎo)老師而且我們的題目相近，我做的IIR數(shù)字濾波器他做的FIR數(shù)字濾波器，因此設(shè)計(jì)上有很多一樣之處，設(shè)計(jì)容基本上是一樣的，除了設(shè)計(jì)方式的不同其他方式很相近，因此我們