数字滤波器的设计及仿真
LC带通滤波器的设计与仿真设计毕业设计(论文)
1.3.3 滤波器的前景....................................................7
1.3.4几种新型滤波器介绍..........................................8
●阻带滤波器：它的阻带限定在两个有限频率ƒ1与ƒ2之间，阻带两侧都有通带。
1.1.2 滤波器的种类
根据使用的波段和元件的不同，滤波器有很多种类，而且随着技术的发展，种类还在不断增加。总的来说，滤波器可分为两大类：无源滤波器和有源滤波器。
在无源滤波器中，所使用的是无源元件。他们在个体或组合的情况下，能够把一种形式的能量变换为另一种形式，并重新变回到原来的形式，换言之，它们必须是谐振性的。例如，在一个LC谐振电路中，在电容器的电场和电感线圈的磁场之间不断发生着能量的反复交换。因此，如果两个不同储能装置当相互偶合时，能够以很小的损耗实现能量的交换，它们就可以被利用为滤波器元件。
结束语.................................................................................43
致谢....................................................................................45
摘要
随着电子信息的发展，滤波器作为信号处理的不可缺少的部分，也得到了迅速的发展。LC滤波器作为滤波器的一个重要组成部分，它的应用相当的广泛。因此对于它的设计也受到人们的广泛关注。如何设计利用简单的方法设计出高性能的LC滤波器是人们一直研究的课题。
基于MATLAB的IIR数字滤波器设计与仿真
基于MATLAB的IIR数字滤波器设计与仿真一、概述在现代数字信号处理领域中，数字滤波器扮演着至关重要的角色。
其通过对输入信号的特定频率成分进行增强或抑制，实现对信号的有效处理。
无限脉冲响应（IIR）数字滤波器因其设计灵活、实现简单且性能优良等特点，得到了广泛的应用。
本文旨在基于MATLAB平台，对IIR数字滤波器的设计与仿真进行深入研究，以期为相关领域的研究与应用提供有益的参考。
IIR数字滤波器具有无限长的单位脉冲响应，这使得其在处理信号时能够展现出优秀的性能。
与有限脉冲响应（FIR）滤波器相比，IIR滤波器在实现相同性能时所需的阶数更低，从而减少了计算复杂度和存储空间。
在需要对信号进行高效处理的场合，IIR滤波器具有显著的优势。
MATLAB作为一款功能强大的数学软件，提供了丰富的函数和工具箱，使得数字滤波器的设计与仿真变得简单而高效。
通过MATLAB，我们可以方便地实现IIR滤波器的设计、分析和优化，从而满足不同应用场景的需求。
本文将首先介绍IIR数字滤波器的基本原理和特性，然后详细阐述基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计方法和步骤。
接着，我们将通过仿真实验验证所设计滤波器的性能，并对其结果进行分析和讨论。
本文将总结IIR数字滤波器设计与仿真的关键技术和注意事项，为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示。
1. IIR数字滤波器概述IIR（Infinite Impulse Response）数字滤波器是数字信号处理中常用的一类滤波器，它基于差分方程实现信号的滤波处理。
与FIR （Finite Impulse Response）滤波器不同，IIR滤波器具有无限长的单位脉冲响应，这意味着其输出不仅与当前和过去的输入信号有关，还与过去的输出信号有关。
这种特性使得IIR滤波器在实现相同的滤波效果时，通常具有更低的计算复杂度，从而提高了处理效率。
IIR滤波器的设计灵活多样，可以根据不同的需求实现低通、高通、带通和带阻等多种滤波功能。
基于VHDL的FIR低通数字滤波器设计与仿真
工具 ， 可以得 到所期望的实际 电路与 系统 。ＶＨ 被 广泛使用 ＤＬ
的基本 原因在于 ， 它是一种标准语 言 ， 与工具和工艺无关 ， 可以
１ｋ ｚ输入输 出序列位 宽 ｌ 位（ 高位 为符 号位 ）窗 口类型 ０Ｈ ， Ｏ 最 ，
ｋｉ ｒｂｔ为 ０５ ａ ｅ ，ｅａ ．。 ｓ
整个 设计 分为 Ｖ Ｌ程 序 设计和 原理 图设 计两个 单元 。 ＨＤ 其中Ｖ Ｄ Ｈ Ｌ程 序设计部 分负责 设计整个滤 波器 电路 中所需用
方 便地进行 移植和重 用 。本文 根据 ＦＲ滤波器 的设计原 理 ， Ｉ
以ＦＲ数 字滤 波器的设计为 例 ， Ｉ 介绍使 用 Ｖ ＤＬ硬件描述语言 的单 元器 件 ， Ｈ 包括寄存 器 、 加法器 、 减法器以及乘法器几个单元 进行数 字逻 辑设计 的过程和方 法 ， Ｑ ａｔｓＩ的集 成开发环 器件 。下面给 出各设计单元的 Ｖ ＤＬ程序以及仿真波形 。 在 ｕｒ Ｉ ｕ Ｈ 境下用 Ｖ Ｌ 写 了相应 代码 ， ＨＤ 编 并利 用 Ｑ ａｔｓＩ内部的仿真 ｕ ｒ Ｉ ｕ 器对设计做了脉冲 响应仿真和验证。
Ｋｅ ｒ ｓ：ＦＩ ； ｄ ｇ ｔ ｌ ｉ ｔ ； ｉ ｉａ ｓｇ ａ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ； ＶＨＤＬ ａ ｇ ａ ｅ ａ ｉ ｅ ｌｎ ｕ ｇ
０ 引 言 在通信 与信 息技术领域 ， 字信号处理 显得越来 越重要 ， 数
ｉ ｇｖｎ ｎ ｅｓ ｌ ｉ ｎ ｅｉｃｔ ｎ ｏ ｕｓ ｅｐ ｎ ｅｆｒｔｅ ｄｓｇ ｒ ｏ ｄ ｃ ｄ ｂ ｓ ｇ ｔｅ ｓ ｌｔｒｉ Ｑ ａｔｓＩ ｓ ｉｅ，ａｄ ｔ ｉ ａ ｏ ａｄ ｖｒ ａｉ ｆｉ ｌ ｒｓｏ ｓ ｏ ｅｉｎ ａｅｃ ｎ ｕｔ ｙ ｕｉ ｈ ｉ ａｏ ｎ ｕ ｒ Ｉ ｈ ｍｕ ｔ ｎ ｉ ｆ ｏ ｍｐ ｅ ｈ ｅ ｎ ｍｕ ｕ ．
基于DSP的FIR数字滤波器的设计与仿真毕业设计论文
基于DSP的FIR数字滤波器的设计与仿真毕业设计论文研究背景数字信号处理在现代通信、音视频处理、图像处理等领域中起着至关重要的作用，数字滤波器是数字信号处理中的重要内容。
其中FIR数字滤波器是一种常用的滤波器，其具有线性相位和稳定性等特点，在数字信号处理中应用广泛。
因此，本毕业设计将以FIR 数字滤波器为研究对象，结合DSP平台，进行数字滤波器的设计与仿真研究。
研究目标本文旨在设计一种基于DSP的FIR数字滤波器，并且研究其性能和仿真效果。
主要目标包括：1. 掌握DSP平台的开发流程和设计方法，包括硬件平台和软件开发技术。
2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧。
3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，包括硬件和软件两个方面，满足设计要求。
4. 仿真FIR数字滤波器的性能和效果，验证设计的正确性和可行性。
5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法。
研究方法本研究采用如下方法：1. 研究DSP平台的开发流程和设计方法，包括使用硬件平台和软件开发技术。
2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧。
3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，采用Verilog语言描述硬件电路，C语言编写软件程序。
4. 利用模拟工具对FIR数字滤波器进行仿真，测试性能和效果。
5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法。
预期结果本研究预期可以达到如下结果：1. 掌握DSP平台的开发流程和设计方法，能够应用于数字信号处理和嵌入式系统开发等领域。
2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧，能够进行数字信号处理相关工作。
3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，满足设计要求，具有较好的性能和稳定性。
4. 仿真FIR数字滤波器的性能和效果，能够验证设计的正确性和可行性。
5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法，具有较好的表达和撰写能力。
如何设计和实现电子电路的数字滤波器
如何设计和实现电子电路的数字滤波器数字滤波器是电子电路设计中常用的一种模块，它可以去除信号中的不需要的频率分量，同时保留所需的信号频率。
本文将介绍数字滤波器的设计和实现方法。
一、数字滤波器的基本原理数字滤波器可以分为两大类：无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器。
IIR滤波器的特点是具有无限长的脉冲响应，可以实现更为复杂的滤波功能；而FIR滤波器的脉冲响应是有限长的，适用于对频率响应要求较为严格的应用场景。
数字滤波器的设计思路是将模拟信号进行采样并转换为离散信号，然后利用差分方程实现各种滤波算法，最后将离散信号再次还原为模拟信号。
常见的离散滤波器有低通、高通、带通和带阻四种类型，根据不同的滤波需求选择合适的类型。
二、数字滤波器的设计步骤1. 确定滤波器类型和滤波需求：根据要滤除或保留的频率范围选择滤波器类型，确定截止频率和带宽等参数。
2. 选择合适的滤波器结构：基于具体需求，选择IIR滤波器还是FIR滤波器。
IIR滤波器通常具有较高的性能和更复杂的结构，而FIR滤波器则适用于对相位响应有严格要求的场景。
3. 设计滤波器的差分方程：根据所选滤波器结构，建立差分方程，包括滤波器阶数、系数等参数。
4. 系统状态空间方程：根据差分方程建立系统状态空间方程，包括状态方程和输出方程。
5. 计算滤波器的系数：根据差分方程或系统状态空间方程，计算滤波器的系数。
可以使用Matlab等专业软件进行系数计算。
6. 系统实现和验证：根据计算得到的系数，使用模拟或数字电路实现滤波器。
通过测试和验证，确保滤波器的性能符合设计要求。
三、数字滤波器的实现方法1. IIR滤波器实现方法：IIR滤波器可以通过模拟滤波器转换实现。
首先，将连续系统的模拟滤波器转换为离散滤波器，这一步通常使用差分方程实现。
然后，利用模拟滤波器设计的频响特性和幅频特性，选择合适的数字滤波器结构。
最后，通过转换函数将连续系统的模拟滤波器转换为数字滤波器。
实验五：双线性变换法的设计IIR-数字滤波器
实验五、双线性变换法设计IIR 数字滤波器一、实验目的：1、熟悉用双线性变换法设计IIR 数字滤波器的原理与方法。
2、掌握数字滤波器的计算机仿真方法。
3、熟悉Batterworth 滤波器设计方法及特点 二、实验原理（一）、IIR 数字滤波器的设计步骤：① 按照一定规则把给定的滤波器技术指标转换为模拟低通滤波器的技术指标； ② 根据模拟滤波器技术指标设计为响应的模拟低通滤波器；③ 跟据脉冲响应不变法和双线性不变法把模拟滤波器转换为数字滤波器；④ 如果要设计的滤波器是高通、带通或带阻滤波器，则首先把它们的技术指标转化为模拟低通滤波器的技术指标，设计为数字低通滤波器，最后通过频率转换的方法来得到所要的滤波器。
在MATLAB 中，经典法设计IIR 数字滤波器主要采用以下步骤：IIR 数字滤波器设计步骤（二）、用模拟滤波器设计数字滤波器的方法 1、冲激响应不变法：冲激响应不变法是从时域出发，要求数字滤波器的冲激响应h (n ) 对应于模拟滤波器h (t ) 的等间隔抽样。
优点：时域逼近良好；保持线性关系。
缺点：频域响应混叠。
只适用于限带低通滤波器和带通滤波器2、双线性变换法优点：克服了频域混叠模拟滤波器原型 buttap,cheb1ap频率变换 模拟离散化 bilinear,impin varIIR 数字滤波器/Tπ/T π-3/Tπ3/Tπ-j ΩσjIm (z)Re(z)1S 平面Z 平面1S ~S T Tππ-将整个平面压缩变换到平面一个的带状区域缺点：高频时会引起畸变1）冲激响应不变法impinvar格式：[BZ,AZ]= impinvar （B,A,Fs ）功能：把具有[B,A]模拟滤波器传递函数模型转换为采样频率为Fs 的数字滤波器的传递函数模型[BZ,AZ]，Fs 默认值为1。
例：一个4阶的Butterworth 模拟低通滤波器的系统函数如下：12251)(234++++=s s s s s H a试用冲激响应不变法求出Butterworth 模拟低通数字滤波器的系统函数。
数字切比雪夫滤波器的设计及matlab仿真
数字切比雪夫滤波器的设计及matlab仿真数字切比雪夫滤波器是一种常见的数字滤波器，它是由切比雪夫多项式设计而成的。
切比雪夫多项式是一类代数多项式，在理论计算和实际应用中具有广泛的应用。
数字切比雪夫滤波器的设计和matlab仿真是数字信号处理领域中重要的研究内容。
数字切比雪夫滤波器的设计基本步骤如下：首先确定滤波器类型，例如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。
然后，通过切比雪夫多项式计算出滤波器的传递函数H(s)，转换成离散传递函数H(z)，并确定滤波器的通带截止频率、阻带截止频率和通带最大衰减量。
最后在matlab中实现数字切比雪夫滤波器的设计和仿真。
在数字切比雪夫滤波器的设计中，需要注意以下几点：1.滤波器类型的选择要符合实际应用中的需求和要求，例如在音频处理中常用的是低通滤波器，用于去除高频噪声和杂音。
2.切比雪夫多项式的阶数越高，滤波器的设计越精细，但会使设计过程变得更加困难和计算量更大，需要权衡设计精细程度和计算成本。
3.通带截止频率和阻带截止频率的设置应该根据实际信号的频率分布情况来确定，保证滤波器能够有效去除噪声信号。
4.通带最大衰减量的选择应该综合考虑信号处理的精度和计算性能，保证在去除噪声的同时尽可能保留信号的有效信息。
数字切比雪夫滤波器的matlab仿真是设计过程中必不可少的环节之一。
在matlab中，可以使用自带的函数cheby1、cheby2、chebwin 等来进行数字切比雪夫滤波器的设计和仿真。
同时，matlab还提供了各种可视化工具，如fdatool、filter designer等，方便用户进行滤波器性能分析和优化。
在数字信号处理应用中，数字切比雪夫滤波器被广泛应用于图像处理、音频处理、信号解调等领域。
其设计和优化方法对于提高数字信号处理的效率和精度具有重要的意义。
因此，深入研究数字切比雪夫滤波器的设计和优化方法，不仅对于学术研究有所帮助，也对于工程实践具有重要的指导意义。
基于Simulink的数字滤波器系统仿真与分析
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｎ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｒ ａ ｆＸｉ ｎ ｉ ｇ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｙ
文 章编号 ：０ ６—５ ４ （０ ８ ０ １０ ３ ２ ２ ０ ）６—０ ４ ０ １—０ ３
基 于 Ｓｍ ｌ ｋ的数 字 滤 波 器 系统 仿 真 与分 析 ｉ ｕｉ ｎ
吴 四清 ， 熊 钢
（ ）Ｓｕｃｓ 块 库 中 的 Ｓｇａ Ｇ ｎｒｔｒ ２ ｏｒｅ 模 ｉ ｌ ｅｅａｏ 模 ｎ
块： 用来产生低频锯齿波信号 ｓｗｏｔ． ａｔ ｈ ｏ 数字滤 波器可 以对 系 统 输 入 的信 号 进行 数 字 （ ）Ｄ ｓｒｔ 模 块库 中 的 Ｄ ｓｒｔ Ｆｌ ｒ 块 ： ３ ｉ ｅ ｃ ｅ ｉ ｅｅ ｉｅ 模 ｃ ｔ
其 中 （ ）为 滤 波 器 的输 入 ，（ ）为 滤 波 器 的 输 ）ｎ ， 出． 由线 性 系 统 的定 义 可 知 ， 低通 数 字 滤 器 为 一 此 线性离 散 系 统． 线性 离 散 系 统往 往 在 ｚ域 进 行 描 述， 由滤 波器 系统 的差分 方程 可获 得 系统 的 ｚ变换 域描述 ¨ ：
下：
点：
（ ）正 弦 载波 信 号 模 块 Ｃ ｒｅ 的 参 数设 置 ： １ ａｒ ｒ ｉ
（ ）信 号发生 器模块 Ｓｇａ Ｇ ｎｒｔｒ 以用 １ ｉｎｌ ｅｅａ 可 ｏ
频 率 Ｆｅｕ ｎｙ为 １００ａ／ｅ ， 余 设 置 为 默认 来产生 多种 信 号 如方 波信 号 、 弦 信号 、 ｒｑ ｅｃ ０ ｒｄ ｓｃ其 正 锯齿 波 信 值． 号及随机信 号等 ， 使用 时只需选择相应的信号 即
（ ）信号发生器模块 Ｓｇａ Ｇ ｎ ｒ ｏ 参数设 可 ． ２ ｉ ｌ ｅｅ ｔ ｎ ａｒ 置 ： ｖ ｏｍ设 置 为 ｓｗ ｏｔ ， 值与频 率 均设 置 Ｗａ ｅｆｒ ａ ｔｏ 幅 ｈ （ ）解 调信号 为离散 信号 ， ２ 主要 是为 了使数 字
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h(n)
图 2.1 数字滤波器结构
其时域输入输出关系为：
yn xnhn
两边同时作傅里叶变换可得频域表达式：
XXXXXXXXX电信学院 学士学位论文答辩
数字滤波器的设计及仿真
答辩人：XXX 指导老师：XXX
目录
1
概述
2
论文主要工作
3
结论
一﹑ 概述
1.1 课题研究背景 1.2 课题研究的目的与意义 1.3 课题研究的主要内容
1.1 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 已成为当前极其重要的学科和技术领域，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 器（Digital Filter，简称DF），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。
一个含有10Hz、30Hz和60Hz的混合正弦波信号X=sin(2*pi*t*10)+ sin(2*pi*t*30)+sin(2*pi*t*60)，通过设计的IIR带通椭圆滤波器后， 使输入的混合信号中频率为30Hz的正弦波信号通过，而将频率为 10Hz和60Hz的正弦波信号大大衰减。
一个原始信号为x=sin(2*pi*70*t)+2*sin(2*pi*120*t)，抽样频率为 Fs=1000Hz。由于某种原因，信号被白噪声污染，实际获得的信号 为xn=x+randn(size(t))，现通过一个设计的FIR滤波器恢复出原始 信号。
二、论文主要工作
2.1 数字滤波器原理与分类 2.2 数字滤波器设计步骤 2.3 带通椭圆滤波器的设计 2.4 IIR数字滤波器设计及仿真 2.5 FIR数字滤波器设计及仿真 2.6 仿真模拟
2.1 数字滤波器原理与分类
2.1.1 数字滤波器的原理 2.1.2 数字滤波器的分类
2.1.1 数字滤波器的原理
模拟滤波器转换成数字滤波器（双线性变换法，用 bilinear函数）
2.4.1 产生一个4阶IIR带通椭圆滤波器
在设计过程中用到 的主要函数：
[z,p,k]=ellipap(4,rp,rs);
[A,B,C,D]=zp2ss(z,p,k);
[At,Bt,Ct,Dt]=lp2bp(A,B,C ,D,Wo,Bw);
2.5.1 仿真结果图
带过渡带的多带 FIR滤波器进行 滤波后，其原 始信号、被白 噪声污染的信 号、滤波后恢 复的信号如右 图所示。
2.6 仿真模拟
利用如右图所 示matlab中的 simulink进行 仿真模拟，设 置各参数，便 可得到仿真结 果。2Fra bibliotek6.1 仿真结果
三﹑结论
本文分析了采用MATLAB进行IIR数字滤波器和FIR数字 滤波器的设计，最终实现了IIR和FIR数字滤波器的设计与仿 真。
[At1,Bt1,Ct1,Dt1]=bilinear (At,Bt,Ct,Dt,Fs);
2.4.2 仿真结果图
对混合波进行滤波得到滤波前和滤波后的信号波形如上图所示。
2.5 FIR数字滤波器设计与仿真
由于白噪声分布在整个频带，所以需要在不衰减 原信号的前提下，对整个频带进行滤波，设计一 个带过渡带的多带FIR滤波器。采用firls函数， 其调用格式为b=firls(n,f,m)，其中n为滤波器阶数， f为转换频率向量，在0到1之间；m为滤波器幅频 响应中的频带增益向量。
IIR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；FIR滤波器比较容易实现线性相位特性。
IIR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；FIR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 计需要反复试算，因此计算量大。
研究意义： 在数字滤波器的设计过程中，采用Matlab语言，
充分发挥Matlab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。
1.3 课题研究的主要内容
设计一个通带为45Hz ~ 55Hz，低截止频率为40Hz，高截止频率为 60Hz，通带内衰减不大于3db，阻带衰减大于80db的数字带通滤波 器。
Matlab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。
1.2 课题研究目的与意义
研究目的： 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，本文介绍了 一种基于Matlab的数字滤波器设计方法。
敬请各位老师 批评指正！
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2.2 数字滤波器设计步骤
确定指标 模型逼近 性能分析和计算机仿真
2.3 带通椭圆滤波器的设计
利用如右图所 示的FDAtool 界面，定义各 个参数，便可 得到带通椭圆 滤波器的幅频 特性曲线。
2.4 IIR数字滤波器设计与仿真
创建模拟低通椭圆滤波器（ellipap函数）
模拟低通滤波器转换成模拟带通滤波器（lp2bp函数）
Y jw X jwH jw
2.1.2 数字滤波器的分类
按功能分： 低通、高通、带通、带阻滤波器
按滤波器的网络结构分：
IIR滤波器和FIR滤波器
它们的函数分别为：
M
N阶IIR滤波器： bk zk
H(z)
k 0 N
1 ak zk
Y (z) X (z)
k 1
N-1阶FIR滤波器：
N 1
H (z) h(n)zn