基于MATLAB的数字滤波器设计毕业答辩ppt.ppt

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1、重庆重庆XXXX大学生物信息学院大学生物信息学院学士学位论文答辩学士学位论文答辩基于基于MATLABMATLAB的数字滤波器设计的数字滤波器设计答辩人：答辩人：xxx指导老师：指导老师：123论文主要工作论文主要工作结结 论论目目 录录概概 述述一一 概述概述 1.1 课题研究背景课题研究背景 1.2 课题研究的目的与意义课题研究的目的与意义 1.3 课题研究的主要内容课题研究的主要内容1.1 1.1 课题研究背景课题研究背景 随着信息时代和数字化世界的到来，数字信号处理随着信息时代和数字化世界的到来，数字信号处理已成为当前极其重要的学科和技术领域，而在数字信号已成为当前极其重要的学科和技术领

2、域，而在数字信号处理中，起着重要作用并已得到广泛应用的是数字滤波处理中，起着重要作用并已得到广泛应用的是数字滤波器（器（Digital Filter，简称，简称DF），它是数字信号处理的基），它是数字信号处理的基础，可用于消除干扰和除去不需要的背景噪声等等。础，可用于消除干扰和除去不需要的背景噪声等等。MATLAB软件在许多研究领域中都有广泛的应用，软件在许多研究领域中都有广泛的应用，它的频谱分析和滤波器分析设计功能很强，可以大大简它的频谱分析和滤波器分析设计功能很强，可以大大简化计算量，使数字信号处理变得十分简捷，从而提高了化计算量，使数字信号处理变得十分简捷，从而提高了设计效率。设计效率。

3、1.2 1.2 课题研究目的与意义课题研究目的与意义研究意义：研究意义：在数字滤波器的设计过程中，采用在数字滤波器的设计过程中，采用MATLABMATLAB语言，语言，充分发挥充分发挥MATLABMATLAB软件在数值计算、图像处理中的优势，软件在数值计算、图像处理中的优势，能非常容易地设计出具有严格要求的滤波器。能非常容易地设计出具有严格要求的滤波器。研究目的：研究目的：传统数字滤波器的设计过程复杂，计算量大，滤传统数字滤波器的设计过程复杂，计算量大，滤波特性调整困难，影响了它的应用。因此，本文介绍波特性调整困难，影响了它的应用。因此，本文介绍了一种基于了一种基于MATLABMATLAB的数

4、字滤波器设计方法。的数字滤波器设计方法。1.3 1.3 课题研究的主要内容课题研究的主要内容在在MATLABMATLAB环境下无限脉冲响应（环境下无限脉冲响应（IIRIIR）数）数字滤波器的设计方法及实现方法。字滤波器的设计方法及实现方法。在在MATLABMATLAB环境下有限脉冲响应（环境下有限脉冲响应（FIRFIR）数）数字滤波器的设计方法及实现方法。字滤波器的设计方法及实现方法。二、论文主要工作二、论文主要工作数字滤波器原理与结构数字滤波器原理与结构2.1数字滤波器设计步骤数字滤波器设计步骤2.2IIRIIR数字滤波器设计数字滤波器设计32.3FIRFIR数字滤波器设计数字滤波器设计42

5、.42.1 2.1 数字滤波器原理与结构数字滤波器原理与结构h(n)x(n)y(n)2.2 2.2 数字滤波器设计步骤数字滤波器设计步骤确定指标确定指标模型逼近模型逼近性能分析和计算机仿真性能分析和计算机仿真2.3 IIR2.3 IIR数字滤波器设计数字滤波器设计模拟滤波器设计模拟滤波器设计 图图2-2 2-2 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性巴特沃斯低通滤波器的幅频特性(基基于于MATLABMATLAB实现实现)%巴特沃斯模拟低通滤波器设计关键巴特沃斯模拟低通滤波器设计关键程序代码程序代码 z,p,kz,p,k=buttap(Nbuttap(N););%设计巴特沃斯低通滤波器设计巴特沃斯低通滤波

6、器 b,ab,a=zp2tf(z,p,k);=zp2tf(z,p,k);%零极零极点增益模型转换为传递函数模型点增益模型转换为传递函数模型 H,wH,w=freqs(b,a,nfreqs(b,a,n););%求解模拟滤波器频率响应求解模拟滤波器频率响应magH2=(abs(H).2;magH2=(abs(H).2;%取模值函数取模值函数 hold on hold on%保持当前图保持当前图形形plot(w,magH2)plot(w,magH2)%画二维线性画二维线性图图axis(0 2 0 1);axis(0 2 0 1);%控制坐标轴控制坐标轴比例和外观比例和外观脉冲响应不变法的设计原理是用

7、数脉冲响应不变法的设计原理是用数字滤波器的单位脉冲响应序列字滤波器的单位脉冲响应序列h(nh(n)逼近模拟滤波器的单位脉冲响应逼近模拟滤波器的单位脉冲响应ha(t)。采样信号的拉式变换与相应序列的采样信号的拉式变换与相应序列的Z Z变换之间的映射关系可表示为：变换之间的映射关系可表示为：系统函数系统函数Ha(s)和数字滤波器的系统和数字滤波器的系统传递函数传递函数H(zH(z)的关系为：的关系为：模拟模拟-数字滤波器转换数字滤波器转换 图图2-32-3脉冲响应不变法设计数字低通滤波器的幅频脉冲响应不变法设计数字低通滤波器的幅频特性特性(基于基于MATLABMATLAB实现实现)频带转换频带转换

8、 图图2-42-4基于巴特沃斯模拟低通滤波器设计的基于巴特沃斯模拟低通滤波器设计的IIRIIR数数字高通滤波器的幅频响应曲线字高通滤波器的幅频响应曲线 从模拟低通滤波器的从模拟低通滤波器的s s平面到平面到IIRIIR数字高数字高通滤波器的通滤波器的z z平面的映射关系为：平面的映射关系为：IIRIIR数字高通滤波器的传递函数为：数字高通滤波器的传递函数为：2.4 FIR2.4 FIR数字滤波器设计数字滤波器设计 FIRFIR数字滤波器的特点数字滤波器的特点 1 1、稳定、稳定FIRFIR滤波器的系统函数滤波器的系统函数H(zH(z)为：为：其中，其中，N N是是FIRFIR滤波器单位脉冲响应

9、滤波器单位脉冲响应h(nh(n)的长度。的长度。2 2、线性相位、线性相位FIRFIR滤波器的传输函数为：滤波器的传输函数为：其中，其中，Hg()称为幅度特性，称为幅度特性，()称为称为相位特性。相位特性。窗函数简介窗函数简介 本文主要介绍了矩形窗、三角形窗、汉宁窗、海明窗和布莱本文主要介绍了矩形窗、三角形窗、汉宁窗、海明窗和布莱克曼五种窗函数。各窗函数的基本参数如表克曼五种窗函数。各窗函数的基本参数如表2-12-1所示。所示。表表2-1 2-1 各种窗函数的基本参数各种窗函数的基本参数 窗函数法设计窗函数法设计FIRFIR滤波器滤波器 布莱克曼窗及三角形窗设计布莱克曼窗及三角形窗设计FIRF

10、IR数字带通滤波器数字带通滤波器%用布莱克曼窗和三角形窗分别设计一个用布莱克曼窗和三角形窗分别设计一个WplWpl=0.4,=0.4,WphWph=0.6,=0.6,WslWsl=0.2,=0.2,WshWsh=0.8,=0.8,AplApl=1dB,=1dB,AphAph=1dB,Asl=60dB,Ash=60dB=1dB,Asl=60dB,Ash=60dB 的的FIRFIR数字带通滤波器。数字带通滤波器。WplWpl=0.4*=0.4*pi;Wphpi;Wph=0.6*=0.6*pi;Wslpi;Wsl=0.2*=0.2*pi;Wshpi;Wsh=0.8*pi;=0.8*pi;tr_wid

11、thtr_width=min(Wpl-Wsl),(Wsh-Wphmin(Wpl-Wsl),(Wsh-Wph););%过渡带宽度过渡带宽度N=ceil(11*pi/N=ceil(11*pi/tr_widthtr_width)+1 )+1%滤波器长度滤波器长度n=0:1:N-1;n=0:1:N-1;WclWcl=(Wsl+Wpl)/2;=(Wsl+Wpl)/2;%理想带通滤波器的下截至频率理想带通滤波器的下截至频率 WchWch=(Wsh+Wph)/2;=(Wsh+Wph)/2;%理想带通滤波器的上截至频率理想带通滤波器的上截至频率 hdhd=ideal_bp(Wcl,Wch,Nideal_bp(

12、Wcl,Wch,N););%理想带通滤波器的单位冲激响应理想带通滤波器的单位冲激响应w_bmanw_bman=(=(blackman(Nblackman(N);%布莱克曼窗布莱克曼窗w_triw_tri=(=(triang(Ntriang(N);%三角形窗三角形窗h1=h1=hdhd.*.*w_bmanw_bman;%截取得到实际的单位脉冲响应截取得到实际的单位脉冲响应h2=h2=hdhd.*.*w_triw_tri;db1,mag1,pha1,w1=freqz_m6(h1,1);db1,mag1,pha1,w1=freqz_m6(h1,1);%计算实际滤波器的幅度响应计算实际滤波器的幅度响应

13、db2,mag2,pha2,w2=freqz_m7(h2,1);db2,mag2,pha2,w2=freqz_m7(h2,1);delta_wdelta_w=2*pi/1000;=2*pi/1000;ApAp=-(min(db(Wpl/delta_w+1:1:Wph/delta_w+1)=-(min(db(Wpl/delta_w+1:1:Wph/delta_w+1)%实际通带纹波实际通带纹波As=-round(max(db(Wsh/delta_w+1:1:500)As=-round(max(db(Wsh/delta_w+1:1:500)%实际阻带纹波实际阻带纹波图图2-5 2-5 FIRFIR

14、数字带通滤波器脉冲响应与幅度响应数字带通滤波器脉冲响应与幅度响应 运行结果：运行结果：三三 结论结论 本文分析了采用本文分析了采用MATLABMATLAB语言进行语言进行IIRIIR数字滤波器和数字滤波器和FIRFIR数数字滤波器的设计，最终实现了字滤波器的设计，最终实现了IIRIIR和和FIRFIR数字低通、高通、带数字低通、高通、带通及带阻滤波器的设计。通及带阻滤波器的设计。IIR IIR滤波器的相位特性一般都是非线性的，并且很难实现滤波器的相位特性一般都是非线性的，并且很难实现线性相位特性；线性相位特性；FIRFIR滤波器比较容易实现线性相位特性。滤波器比较容易实现线性相位特性。IIR IIR滤波器的设计可以借助成熟的模拟滤波器设计技术，滤波器的设计可以借助成熟的模拟滤波器设计技术，简化设计过程；简化设计过程；FIRFIR滤波器设计的窗函数设计法中，对通带波滤波器设计的窗函数设计法中，对通带波动和阻带衰减不容易控制，一般对特性要求较高的滤波器设动和阻带衰减不容易控制，一般对特性要求较高的滤波器设计需要反复试算，因此计算量大。计需要反复试算，因此计算量大。敬请各位老师、敬请各位老师、同学批评指正！同学批评指正！