硬件软件滤波器设计与仿真
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 ．
滤波器设计与仿真考核试卷
B.切比雪夫滤波器
C.椭圆滤波器
D.低通滤波器
11.模拟滤波器的实现方式包括以下哪些？（）
A.无源RC滤波器
B.有源运放滤波器
C.数字滤波器
D.软件滤波器
12.数字滤波器的设计方法包括以下哪些？（）
A.窗函数法
B.频率采样法
C.最小二乘法
D.模拟滤波器原型法
13.以下哪些因素影响滤波器的实际应用性能？（）
3. IIR滤波器具有递归结构，输出与输入及过去输出有关，频率响应具有非线性相位特性。FIR滤波器不具有递归结构，输出仅与当前和过去输入有关，频率响应具有线性相位特性。
4.对于一个实际信号处理应用，选择低通滤波器，截止频率为1kHz，阶数为4。选择依据是应用需要去除高频噪声，同时保持信号的基本特征。滤波器在该应用中起到降噪和信号整形的作用。
滤波器设计与仿真考核试卷
考生姓名：__________答题日期：__________得分：__________判卷人：__________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.以下哪种滤波器属于无源滤波器？（）
A.数字滤波器
B.模拟滤波器
8. ABC
9. ABCD
10. BC
11. AB
12. ABCD
13. ABCD
14. ABC
15. ABCD
16. ABCD
17. ABCD
18. A
19. ABCD
20. ABCD
三、填空题
1.指数状
2.带阻
3.幅度响应
4.输出
5.切比雪夫
6.模拟数字ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于FPGA的硬件滤波器设计及仿真
一、 ｆ
｝ ｌ ｜
Ｆｏ ｕｒ ／ ｃ ｒ ｑ ｅ ￣ ＫＨ
／ ，
图 １
一
质量监督・ 消费指导 ５７
广 质 监 导 西 量 督 报
在 ＦＧ ＰＡ中使 用将 １ 位 定点 数据 。 因此在 使 用 Ｇｎｒｔ ６ ｅｅａｅ ＨＬ Ｄ 工具生成 ＦＧ 设计所 需要 的 Ｖｒ ｇ ＰＡ ｅｌ 文件 之前，我们还要将 ｏ
三、Ｓｍｕｉ ｉ ｌｋ中的仿真 ｎ
为 了进一步验证仿真我们设计 的滤 波器 ，在 Ｓｍ ｌ ｋ ｉｕ ｎ 环境 ｉ
下，将我们设计的滤波器作为模块导出，并输入信号为 Ｓ（） ｔ
＝ｉ （００２ ｔ ｓｎ （００ ｔ ，设 计如 图 ２ 示的仿 ｓ １０ ）＋ｉ ３００ ２ ） ｎ 所
图５
陈 然 ’胡代弟 （． １ 郑州铁路职业技术学院。河南 郑州 ４ ０ ５ ； ５ ０ ２
２ 郑州大学西亚斯学院 。河南 郑 州 ４ ０５ ） 。 ５０２
一
、
引言
ＦＡ ｏｌ（ｉ ｅ ｅｉ ＤＴｏ Ｆｌ ｒＤｓ ｎ＆ Ａａ ｓ ｏ１ ｔ ｇ ｎｌ ｉ Ｔｏ）是 Ｈ ＴＡ 信 号 ｙｓ实现 。首先 ，我们使 用 Ｍ ＴＡ 生成 Ａ ＬＢ Ａ ＬＢ 输入波形数据 ，为 了便于 比较 ，我们取 与 Ｓｍ ｌ ｋ ｉｕｉ 中相同的仿 ｎ 真数据。在 Ｍ ＴＡ 中建立 ＳＮ Ｉ． 文件 ，内容如下 ： ＡＬＢ Ｉ＿ＮＭ
ｘＯ ９ ＝ ：９ ；
广西质量监督导报
基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的硬件滤波器设计及仿真
［ 要］本文通过对～个四阶 Ｉ 摘 Ｉ Ｒ椭圆滤波器的设计 ，介绍利用 ＭＴＡ 及 Ａ ＬＢ
ＱＡＴＩ软件 实现基 于 Ａｔｒ 公司的 ＦＧ Ｕ Ｒ Ｉ ｌ ａ ｅ ＰＡ器件 的滤波器设计及仿 真的方法。
模拟有源滤波器设计的MATLAB实现课程设计（已处理）
模拟有源滤波器设计的MATLAB实现课程设计摘要本文阐述了滤波器的基本概念,介绍了模拟有源滤波器的设计原理和逼近理论。
其中包括巴特沃思逼近、切比雪夫I型逼近、切比雪夫Ⅱ型逼近、椭圆函数逼近和贝塞尔逼近。
并研究了模拟有源滤波器的设计流程及性能测试。
综合了传统的硬件设计方法与软件编程技术,由MATLAB仿真出了各种滤波器逼近技术的幅频特性曲线并进行了实例分析。
对巴特沃思滤波器实例的研究仿真,由程序快速的得到了最小阶数和截止频率,取代了传统繁复的计算;方便的实现了由模拟低通滤波器向高通、低通和带阻滤波器的转换;对四运放复杂电路进行了设计仿真,通过求取其不同点的输出传递函数,模拟了二阶低通、高通、带通和带阻滤波器的幅频特性曲线并得到了较好的仿真结果。
关键词:模拟有源滤波器;逼近理论;幅频特性;MATLAB程序设计ABSTRACTThis paper describes the basic concepts of filters introduced analog active filter design principles and approximation theory. Including Butterworth approximation, Chebyshev type I approximation, Chebyshev Ⅱ type approximation, elliptic function approximation and Bezier approximation. The first author studied the analog active filter design process and performance testing.Combines the traditional hardware design methods and software programming techniques, the MATLAB simulation of a variety of filter approximation technique of amplitude-frequency characteristic curve and an illustrative example. Butterworth filter instance on simulation studies, by the program to quickly get the minimum order and the cutoff frequency, replacing the traditional complex calculations; convenientlyachieved by the analog low-pass filter to the high-pass, low-pass and band-stop filter the conversion; complex on quad op amp circuit design simulation, through its different points strike output transfer function to simulate the second-order low-pass, high pass, band pass and band-stop filter frequency characteristic curve and get better simulation results.Keywords:Analog and Active Filter;Theory of Approximation, Amplitude-frequency characteristics,MATLAB program design Compiling?and?organizing?dataAfter?you?have?established?the?purpose?of?the?report,?you?need?to compileandorganizetheinformationneededtosupportit.Thegathe ring?of?information?may?have?given?you?a?lot?of?materials,?but?you?ne ed?to?be?a?firm?editor?and?retain?only?the?essential?data?and?throw?o ut?the?rest.Consider?your?readers,?and?think?about?how?much?background?inform ation?they?will?need.Writing?the?reportA?report?consists?of?five?parts:?title,?introduction,?findings,?c onclusion?and?recommendations.1.?TitleThis?should?run?no?longer?than?one?line.2.?IntroductionThis?tells?the?reader?what?the?purpose?and?objective?of?the?repor t?are.?It?might?also?give?the?reader?some?background?information?on?t he?subject.The?purpose/objective/aim?of?this?report?is?toThis?report?aims?to/is?intended?to3.?FindingsThis?is?the?main?part?of?the?report.?It?tells?the?reader?what?you havefoundinyourinformationgathering.It?is?important?to?differentiate?between?fact?and?opinion.?Which? of?the?following?phrases?report?facts?and?which?report?opinions?We?found?that?could?be?both?fact?and?opinionIt?clearly?shows?that?factIt?was?found?thatfactWe?discovered?thatfactWe?observed?thatopinionThere?is?evidence?thatfact4.?ConclusionThis?part?tells?the?reader?about?the?results?of?the?report?based? on?the?findings.It's?concluded/decided/agreed/felt?thatIt?can?be?seen?thatIn?conclusionNo?conclusions?were?reached?regarding.关于一事未得出任何结论We?can?conclude?that5.?RecommendationsFinally,?recommendations?are?made?on?what?future?actions?need?to? be?taken.Based?on?our?findings,?we?would?recommend?thatIt?is?recommend-ed/proposed/suggested?that.It?seems?to?me?thattitle,?introduction,?findings,?conclusion?and?recommendations.1 Introduction滤波是信号处理的一种最基本而重要的技术,利用滤波可从复杂的信号中提取所需要的信号,抑制不需要的部分。
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。
基于FPGA的数字滤波器设计与实现
基于FPGA的数字滤波器设计与实现数字滤波器是信号处理中常用的工具，可以通过滤除不需要的频率成分或者增强需要的频率成分对信号进行处理。
在数字信号处理领域，基于FPGA的数字滤波器设计与实现是一项重要的研究课题。
本文将介绍FPGA数字滤波器的设计原理、实现方法和应用领域。
首先，我们来了解一下FPGA（可编程逻辑门阵列）是什么。
FPGA是一种可重构的硬件平台，它由大量的可编程逻辑门电路构成。
相比于传统的ASIC（专用集成电路）设计，FPGA具有更高的灵活性和可重构性，可以实现多种不同的电路功能。
在数字滤波器设计中，FPGA可以用来实现各种类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
FPGA数字滤波器的设计通常包括以下几个步骤：1. 规格定义：确定滤波器的工作频率范围、滤波器类型（如FIR滤波器或IIR滤波器）、滤波器阶数和滤波器的性能指标等。
2. 滤波器设计：根据规格定义，选择适合的滤波器结构和滤波器系数设计方法，如窗函数法、频率采样法或者最小二乘法等。
设计好的滤波器可以通过MATLAB等工具进行模拟验证。
3. 滤波器实现：将滤波器设计转化为可在FPGA上实现的硬件描述语言（如VHDL或Verilog）。
在这个步骤中，需要将滤波器结构转化为逻辑电路，并根据具体的FPGA平台选择适合的资源分配和布局策略。
4. 仿真验证：使用EDA（电子设计自动化）工具对滤波器进行仿真验证，确保其在FPGA上的功能和性能与设计规格一致。
5. 实际实现：将经过仿真验证的滤波器设计烧录到FPGA 芯片中，并进行实际的性能测试。
测试结果可以与仿真结果进行比较，来评估滤波器的实现质量。
FPGA数字滤波器的设计和实现具有以下几个优势：1. 高性能：FPGA提供了大量的逻辑资源和高速IO接口，可以实现复杂的滤波器结构和算法，并能够处理高速数据流。
2. 低功耗：相比于通用处理器，FPGA的功耗较低，可以在不牺牲性能的情况下降低系统的功耗。
AVS自适应环路滤波器硬件设计与实现
（ Ｉｓｉ ｔ ｏ ｃｏｌｃｒｎｃ ｂ ｐ ｒｍ ｎ ｌｃｒｎｃ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ｓｎｈ ａ Ｕ ｉｅｓｙ ｅ ｉｇ １ ０ ８ ，Ｃ ｉａ ｎｔｕｅ ｆ Ｍｉｒｅｅｔ ｉ ｔ ｏ ｓ ．Ｄｅａｔ ｅ ｔｏ Ｅｅｔ ｉ ｎ ｉｅ ｒ ，Ｔ ｉ ｕ ｎｖ ｒｔ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ ｈｎ ） ｆ ｏ ｎ ｇ ｉ ｊ
ｏ ｈ ｐ ａ ｄ ｐ ｐ ｌ ｉ ｇ ｄ ｓ ｎ ｈ ｒ ｃ ｓ ｉｇ ｓ ｅ ｄ ｎ ｅ ｃｅ ｃ ｒ ｇ ｅ ｔ ｉ ｒ ｖ ｄ ｎ ｈ ｓ ｓ ｌ ｅ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｆ ｈ ｇ ａ － ｎ ｃ ｉ ｎ ｉ ｅｉ ｎ ｅ ｉ ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｐ ｅ ａ ｄ ｆ ｉ ｎ ｙ ａ ｅ ｒ ａｌ ｍｐ ｏ ｅ ，ａ ｄ ｔ ｕ ｏｖ ｈ ｒ ｂ ｅ ｏ ｉｈ ｃ ｌ ｎ ｇ ｉ ｙ ｃ ｌ ｔ ｇ ｃ ｍｐ ｅ ｉ ，ａ ｄ ｍｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｏ ｅ ｌ ｔ ｅ ｏ ｉ ｇ ｉ ａｌ ，ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｓ ｓｍｕ ａｅ ｙ ｓｎ ｒ ｏ ａ ｇ ａ ｅ ｕ ａｉ ｏ ｌｘ ｔ ｎ ｙ ｎ ｅ ｈ ｒｑ ｉ ｅ ｎｓ ｆｒａ－ｉ ｍｅ ｄ ｃ ｄ ｎ ．Ｆ ｎ ｌ ｙ ｈ ｅ ｉｎ ｉ ｉ ｌ ｔｄ ｂ ｕ ｉ ｇ Ｖｅ ｉ ｇ ｌ ｕ ｇ ． ｌ ｎ
【 ｙ ｗｏｄ 】Ａ Ｓ ｓ ｄ ｒ；ｓｌ ａ ａｔ ｅ Ｐ Ａ；ｄ ｂｏｋｎ ｉｅ Ｋｅ ｒ ｓ Ｖ ｔ ａ ｎ ａ ｄ ｅ－ ｄｐｉ ；Ｆ Ｇ ｆ ｖ ｅｌｃ ｉｇｆｔｒ ｌ
１ 引 言
我 国数字音视频 编解码技术标 准 Ａ Ｓ 二部分【 Ｖ 第 １ 主 要 针对高清 晰度数字 电视广播 和高 密度存 储媒体 应用 ， 采用 了与 Ｈ． ４类似 的技术 框架 ， ２ ６ 包括 变换 、 量化 、 编 熵 码、 帧内预测 、 间预测 、 帧 环路 滤波等技 术模 块 ， Ｈ ２４ 与 ．６ 性能相 同 ，但技术 简洁 ，实现复杂度低 。由于基 于块的
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A u ：输出电压和电压之比，即放大倍数，这个值在一个滤波器的各个频率段有不同的值
A up：频率为0Hz的时候，输出电压和输入电压之比，即通带放大倍数，每个滤波器的这个值
是固定的。
=(1+) （传递函数）(R、C、L、s的函数) A u（s）= Uo（）
Ui
u = =(1+) （幅频响应）(为f、f0函数)
f p : 使得| A u |≈0.707 |A up | 时的频率，称为通带截止频率，每个滤波器这个值是固定的。
f0 : f0=1/2πRC 为特征频率，每个滤波器这个值是固定的。
Q :。
当f = f0 时电压放大倍数| A u |与通带放大倍数|A up |之比。
图形
2πRC
当f>>f p时，衰减为-20dB/十倍频。
阻隔离网络，可以加一个电压跟随器，集成运放。
如图使用R=100Ω、C=10μF
则通带截止频率f p = 1
=159.2HZ
2πR C
| ≈-3dB。
此时的波特图衰减应该为
2
通过仿真可以确认结果正确。
对两个信号进行低通滤波
假设我们要设计一个截止频率为159.2HZ的一阶RC低通滤波器，由推导可知1
2πR C
= f0 = f p
输出了输入信号关系为： A u = U o
U i = 1
1 jωR C
=1
1 j f
f0
即U o= 1
1 j f
f p
·U i
U o=
1f
f p 2
·U
i
1
2πRC
当f>>f p时，衰减为-20dB/十倍频。
1、高阻输入，低阻输出，负载变化时，放大倍数表达式不变，频率特性不变。
图形
1
2πRC
当f>>f p时，衰减为-40dB/十倍频。
1、高阻输入，低阻输出，负载变化时，放大倍数表达式不变，频率特性不变。
公式图形
压控电压源二阶把有源同相输入的电容C1接到集成运放的输入端，便可以得到本滤波器，电路中即引入了负反馈又引入了正反馈。
当信号频率趋于0的时候，由于C1的电抗趋于无穷大，正反馈很弱。
当信号频率趋于无穷大的时候，C2的电抗趋于0，故Up(s)趋于零。
可见只要正反馈引入得当，就既可以在f=f0的时候使得电压放大倍数增大，又不会因为正反馈过强长生自激振荡
因为同相输入端电位控制由集成运放R1和R2组成的电压源控制，故称为压控电压源二阶低通滤波器
由M、P点的电流方程联立可得，传递函数：
用s=jω，f0 =
代入上式，可得幅频响应
π
由定义，把f=0代入电压放大倍数的式子，可得通带放大倍数。