巴特沃斯高通滤波器教案资料
数字信号处理巴特沃斯滤波器的汉明窗设计
1 绪论1.1课程设计背景《数字信号处理》课程是一门理论和技术发展十分迅速、应用非常广泛的前沿性学科，他的理论性和实践性都很强，他的特点是：要求的数学知识多，包括高等代数、数值分析、概率统计、随机过程等。
要求掌握的基础知识强，网络理论、信号与系统是本课程的理论基础与其他学科密切相关，即与通信理论、计算机、微电子技术不可分，又是人工智能、模式识别、神经网络等新兴学科的理论基础之一。
学生在学习这门课程时，普遍感到数字信号处理的概念抽象，对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。
因此，如何帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及综合应用所学知识解决实际问题的能力，是本课程教学中所要解决的关键问题。
为了配合《数字信号处理》专业基础课的理论教学，我们在电子信息工程专业教学计划中安排了二周的《数字信号处理》课程设计，他是针对《数字信号处理》的基础理论和算法进行实践环节的一个综合训练，以便学习巩固所学的知识，加强理论和实际结合的能力，培养学生的综合设计能力与实际工作能力。
Matlab语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言，Matlab功能强大、简单易学、编程效率高，深受广大科技工作者的欢迎。
特别是Matlab还具有信号分析工具箱，不需具备很强的编程能力，就可以很方便地进行信号分析、处理和设计。
因此，选择用Matlab进行课程设计。
1.2 课程设计目的1.掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法。
2.熟悉离散信号和系统的时域特性。
3.掌握序列快速傅里叶变换方法。
4.学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。
5.掌握利用MATLAB对语音信号进行频谱分析。
6.掌握滤波器的网络结构。
2 课程设计原理2.1用窗函数法设计FIR 滤波器根据过渡带宽及阻带衰减要求，选择窗函数的类型并估计窗口长度N （或阶数M=N-1），窗函数类型可根据最小阻带衰减As 独立选择，因为窗口长度N 对最小阻带衰减As 没有影响，在确定窗函数类型以后，可根据过渡带宽小于给定指标确定所拟用的窗函数的窗口长度N ，设待求滤波器的过渡带宽为Δw ，它与窗口长度N 近似成反比，窗函数类型确定后，其计算公式也确定了，不过这些公式是近似的，得出的窗口长度还要在计算中逐步修正，原则是在保证阻带衰减满足要求的情况下，尽量选择较小的N ，在N 和窗函数类型确定后，即可调用MATLAB 中的窗函数求出窗函数wd （n ）。
巴特沃斯滤波器的设计
目录1数字滤波器的设计1.1滤波器的分类1.2数字滤波器性能指标1.3数字滤波器设计方法概述1.4巴特沃斯滤波器1.5用冲击响应不变法设计IIR数字低通滤波器1.6用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器2本次课程设计中相关MATLA函数2.1循环结构for语句2.2 buttord 函数2.3 butter 函数2.4 freqz 函数2.5 impz 函数3程序设计及运行结果4心得体会5参考文献5参考文献[1] 阙大顺.数字信号处理学习指导与考研辅导.武汉：武汉理工大学出版社，2007[2] 陈怀琛.MATLA及在电子信息课程中的应用（第2版）.北京：电子工业出版社，2003[3] 刘泉.数字信号处理原理与实现（第2版）.北京：电子工业出版社，2009[4] 郑阿奇.MARTLAB实用教程（第2版）.北京：电子工业出版社，2007[5] Emmanuel C. Ifeachor, Barrie W. Iervis. Digital Signal Processing, A Practical Approach （Sec ond Editi on）. Publishi ng House of Electr onics In dustry,20031数字滤波器的设计1.1滤波器的分类按功能划分经典滤波器可分为低通、高通、带通、带阻四种滤波器按结构划分经典滤波器可分为递归系统、非递归系统按实现方法经典滤波器可分为无限长单位脉冲响应数字滤波器IIR和有限长单位脉冲响应数字滤波器FIR。
1.2数字滤波器性能指标.H a(2)u O p O c Q s u图1典型模拟低通滤波器幅频特性及其指标描述Q P是通带边界频率，Q c是阻带边界频率，Q s是3db截止频率。
用a p表示通带最大衰减（或称为通带峰值波纹）«=20lgJ ---------- dB匕越小，通带越平坦月艸（严卩用表示阻带最小衰减（以分贝（dB）表示波纹）亿越大，阻帶衰减越大1.3数字滤波器设计方法概述设计IIR数字滤波器一般有以下两种方法：1、模拟滤波器：首先设计一个合适的模拟滤波器，然后将它转换成满足给定指标的数字滤波器，这种方法适合于设计幅频特性比较规则的滤波器，例如低通、高通、带通、带阻等。
实验十九 四阶巴特沃斯滤波器
实验十九 四阶巴特沃斯滤波器一、实验目的1． 了解巴特沃斯滤波器的频率响应特性。
2． 掌握根据频率响应特性求网络传递函数()a H s ，并根据()a H s 来设计滤波器的方法。
二、实验内容1． 列写四阶巴特沃斯低通、高通和带通滤波器的网络函数。
2． 用示波器观察四阶巴特沃斯滤波器的幅频特性曲线。
3． 熟悉四阶巴特沃斯滤波器的设计方法。
三、实验仪器1． 信号与系统实验箱 一台 2． 信号系统实验平台3． 四阶巴特沃斯滤波器模块（DYT3000-65） 一块 4． 20MHz 双踪示波器 一台 5． 连接线若干四、实验原理实际的滤波电路往往难以达到理想的要求，如要同时在幅频和相频响应两方面都满足要求就更为困难。
因此，只有根据不同的实际需要，寻求最佳的近似理想特性。
例如，可以主要着眼于幅频响应，而不考虑相频响应；也可以从满足相频响应出发，而把幅频响应居于次要位置。
介绍一种最简单也是最常用的滤波电路——巴特沃斯滤波电路（又叫最平幅度滤波电路）。
这种滤波电路对幅频响应的要求是：在小于截止频率c ω的范围内，具有最平幅度的响应，而在c ωω>后，幅频响应迅速下降。
对于低通滤波电路来说，3dB 截止角频率c H n ωωω==。
n 阶低通滤波电路幅频响应的一般形式()cj A ωω=（式19-1）因为2()cj A ωω是偶次函数，所以c ω的奇次幂会出现。
考虑到在1c ω<时，巴特沃斯低通滤波电路的幅频响应是平坦的。
而在1c ω<时，主要是c ωω的低次项对分母起作用而使()cj A ωω下降。
如果()cj A ωω只与c ωω的高次项有关，则能较好的满足上述条件。
因此式19-1可写成()cj A ωω=（式19-2）这就是巴特沃斯低通滤波电路的特性方程。
由于1c ω=时，增益减小3dB ，由式19-2有2222(1)o o n A A K =+，可得21n K =，因而式19-2变为()cj A ωω=（式19-3）为便于归一化处理，引用归一化复频率S （c c S s j ωω==），这样在式中用s j 代替c ω，则得222()1(1)on nA A s S =+- （式19-4） 根据数学关系式2()()C jD C jD C jD +=+-，所以有222()()()1(1)on nS j cA A s A s A s S ωω==-=+- 则()()A s A s -的极点应满足21(1)0nnS +-= （式19-5）由式19-4的根便可以求出滤波电路的网络函数A （S ）。
DSP实验4巴特沃斯滤波器的设计与实现（精）
DSP实验4巴特沃斯滤波器的设计与实现（精）实验四巴特沃斯数字滤波器的设计与实现1．数字滤波器的设计参数滤波器的4个重要的通带、阻带参数为：p f ：通带截止频率（Hz ） s f ：阻带起始频率（Hz ）p R ：通带内波动（dB ），即通带内所允许的最大衰减；s R ：阻带内最小衰减设采样速率（即奈奎斯特速率）为N f ，将上述参数中的频率参数转化为归一化角频率参数：p ω：通带截止角频率（rad/s ），)2//(N p p f f =ω；s ω：阻带起始角频率（rad/s ），)2//(N s s f f =ω通过以上参数就可以进行离散滤波器的设计。
● 低通滤波器情况：采样频率为8000Hz ，要求通带截止频率为1500Hz ，阻带起始频率为2000Hz ，通带内波动3dB ，阻带内最小衰减为50dB ，则p ω=1500/4000，s ω=2000/4000，p R =3dB ，s R =50dB 。
● 高通滤波器情况：采样频率为8000Hz ，要求通带截止频率为1500Hz ，阻带起始频率为1000Hz ，通带内波动3dB ，阻带内最小衰减为65dB ，则p ω=1500/4000，s ω=1000/4000，p R =3dB ，s R =65dB 。
● 带通滤波器情况：采样频率为8000Hz ，要求通带截止频率为[800Hz ，1500Hz]，阻带起始频率为[500Hz ，1800Hz]，通带内波动3dB ，阻带内最小衰减为45dB ，则p ω=[800/4000，1500/4000]，s ω=[500/4000，1800/4000]，p R =3dB ，s R =45dB 。
● 带阻滤波器情况：采样频率为8000Hz ，要求通带截止频率为[800Hz ，1500Hz]，阻带起始频率为[1000Hz ，1300Hz]，通带内波动3dB ，阻带内最小衰减为55dB ，则p ω=[800/4000，1500/4000]，sω=[1000/4000，1300/4000]，p R =3dB ，s R =45dB 。
巴特沃斯数字带通滤波器
巴特沃斯数字带通滤波器《数字信号处理》课程设计报告设计课题滤波器设计与实现专业班级姓名学号报告日期 2012年12月目录1. 课题描述2. 设计原理2.1 滤波器的分类2.2 数字滤波器的设计指标2.3 巴特沃斯数字带阻模拟滤波器2.3.1 巴特沃斯数字带通滤波器的设计原理2.3.2 巴特沃斯数字带通滤波器的设计步骤3. 设计内容3.1 用MATLAB编程实现3.2 设计结果分析4. 总结5. 参考文献课程设计任务书题目滤波器设计与实现学生姓名学号专业班级设计内容与要求一、设计内容：设计巴特沃斯数字带通滤波器，通带频率200~500hz，阻带上限频率600hz, 阻带下限频率150hz，通带衰减最大0.5dB，阻带最小衰减40dB，采样频率2000hz，画出幅频、相频响应曲线，并设计信号验证滤波器设计的正确性。
二、设计要求1 设计报告一律按照规定的格式，使用A4纸，格式、封面统一给出模版。
2 报告内容（1）设计题目及要求（2）设计原理 (包括滤波器工作原理、涉及到的MATLAB函数的说明)（3）设计内容（设计思路，设计流程、仿真结果）（4）设计总结（收获和体会）（5）参考文献（6）程序清单起止时间2012年 12 月 3日至 2011年 12月11 日指导教师签名2011年 12月 2日系（教研室）主任签名年月日学生签名年月日1 .课题描述数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。
数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。
由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。
使用MATLAB信号处理箱和BW（巴特沃斯）设计低通数字滤波器。
2.设计原理2.1 滤波器的分类数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。
它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。
如果数字滤波器的内部参数不随时间而变化，则称为时不变的，否则为时变的。
数字高通巴特沃斯滤波器的设计
目录摘要 (1)Abstract (1)引言 (1)1.数字高通滤波器的设计原理 (1)1.1双线性变换法简介 (1)1.2方案论证及确定 (2)2.设计步骤 (2)3.设计方案 (3)3.1解析计算 (3)3.2 MATLAB程序仿真 (4)结束语 (7)参考文献 (8)数字高通巴特沃斯滤波器的设计摘要：本文基于巴特沃斯高通滤波器的设计原理及双线性变换，介绍了数字高通滤波器的设计原理和设计步骤，并结合MATLAB实现数字高通巴特沃斯滤波器的仿真。
该设计证明数字高通巴特沃斯滤波器具有平稳的幅频特性。
关键词：巴特沃斯；模拟低通；数字高通；频率；MATLAB仿真The Analysis of Digital Butterworth High-Pass Filter Design Abstract: Based on the Butterworth high-pass filter design principle and the bilinear transform, this paper introduce digital high-pass filter design principles and design steps, and with the help of MATLAB a simulation on digital high pass Butterworth filter is successfully finished.The design demonstrates that the Butterworth high-pass filter has smooth amplitude frequency characteristics.Key words:Butterworth；Analog low-pass filter；Digital high-pass filter；Frequency；MATLAB simulation引言滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。
高通滤波器的课程设计
高通滤波器的课程设计一、教学目标本节课的学习目标主要包括以下三个方面：1.知识目标：学生需要理解高通滤波器的基本原理，掌握其在信号处理中的应用；了解高通滤波器的频率响应特性，并能够运用相关公式进行计算。
2.技能目标：学生能够运用高通滤波器对实际信号进行处理，掌握滤波器的设计和实现方法；能够利用编程语言或相关软件对信号进行滤波处理，并分析处理结果。
3.情感态度价值观目标：培养学生对信号处理领域的兴趣，提高学生解决实际问题的能力，培养学生的创新意识和团队合作精神。
在制定教学目标时，需要分析课程性质、学生特点和教学要求，明确课程目标，并将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
二、教学内容根据课程目标，本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.高通滤波器的基本原理：介绍高通滤波器的定义、作用以及其在信号处理中的应用，解释高通滤波器的频率响应特性。
2.高通滤波器的频率响应特性：讲解高通滤波器的频率响应公式，分析不同参数对滤波器性能的影响，并通过实例进行说明。
3.高通滤波器的设计与实现：介绍高通滤波器的设计方法，包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等，并讲解如何在实际信号中应用高通滤波器。
4.滤波器编程实践：利用编程语言或相关软件，对学生进行高通滤波器的编程实践训练，使其能够熟练地对信号进行滤波处理。
教学内容的安排和进度要合理，确保学生能够逐步掌握高通滤波器的相关知识和技能。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：教师对高通滤波器的基本原理和频率响应特性进行讲解，使学生能够理解并掌握相关知识。
2.案例分析法：通过分析实际信号处理中的案例，使学生能够了解高通滤波器的应用场景，并学会如何设计滤波器。
3.实验法：让学生利用编程语言或相关软件进行高通滤波器的编程实践，提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。
4.讨论法：在课堂上学生进行小组讨论，鼓励学生分享自己的观点和心得，培养学生的团队合作精神。
巴特沃斯滤波器课程设计
摘要摘要本篇论文叙述了数字滤波器的基本原理，IIR数字滤波器的设计方法喝IIR数字高通滤波器设计在MATLABE上的实现与IIR数字滤波器在世纪中应用。
无限脉冲响应（IIR）数字滤波器是冲击函数包含无限个抽样值的滤波器，一般是按照预定的模拟滤波器的逼近函数来转换成相应的数字滤波器，现有的逼近函数如巴特沃斯，切比雪夫。
其设计过程都是由模拟滤波器的系统函数去变换出相应的数字滤波器的系统函数。
关键字：数字滤波器，MATLAB，巴特沃斯，切比雪夫，双线性变换法ABSTRACTABSTRACTThe queue phenomenon in the telecom offices is a normal issue. To improve the customers’satisfaction and to support the company changing, we should solve this problem properly. The basic goal to resolve queue problem is the appropriate tradeoff between the customers’ wavy demand and the telecom office s’limited service capability.This paper is based on the queuing theory and demand management theory. And based on the data collection and customer survey and interview, the author uses some statistical methods to reflect the actuality. Then the author finds the reason of queuing in telecom office from customers’ view. Furthermore, the author analyses the real demand of the customers by sorting them into types of paying and time and price sensitivity.To follow up, three solutions had been brought forward: firstly, distributing the customers; secondly, stopping phone by different number; lastly, promoting the demand during the non-fastidious.Key Words: queuing theory, demand management, telecom offices目录第1章引言 (1)1.1 课程设计目的 (1)1.2 研究思路 (1)第2章研究的理论基础 (2)2.1 数字滤波器 (2)2.2 模拟滤波器 (2)第3章巴特沃斯滤波器的设计 (3)3.1 确定滤波器阶数 (3)3.2 巴特沃斯带阻滤波器系数计算 (4)第4章巴特沃斯滤波器设计仿真 (5)4.1 巴特沃斯低通滤波器实例仿真 (5)4.2 巴特沃斯高通滤波器实例仿真 (6)4.3 巴特沃斯带通滤波器实例仿真 (7)4.4 巴特沃斯带阻滤波器实例仿真 (8)第5章基于需求管理的CD电信营业厅排队优化措施 (9)5.1 顾客的需求分析 (9)5.1.1 两类缴费顾客的对比 (9)5.1.2 顾客对时间和价格的敏感度分析 (9)5.2 基于需求管理的优化措施 (10)5.2.1 分流顾客 (10)5.2.2 分号停机 (10)5.2.3 促进非高峰期需求 (13)5.3 优化实施后的排队模型 (13)参考文献 (14)致谢 (16)附录 (17)附录一：06年11月CD电信新华营业厅日缴费顾客半小时到达数据 (17)附录二：顾客调查问卷 (17)附录三：仿真分号停机策略的MATLAB程序命令 (17)附录四：分号停机策略实施前后日缴费顾客数量对比表 (17)外文资料原文 (18)译文 (19)第1章引言第1章引言1.1课程设计目的了解巴特沃斯高通数字滤波器的概念及原理，掌握巴特沃斯高通数字滤波器的设计方法，综合运用专业知识及基础知识解决实际工程技术问题。
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巴特沃斯高通滤波器
数字图像处理实验报告（二）
频域滤波增强之高通滤波
一、实验目的
通过高通滤波实现图像的频域滤波，加深对频域图像增强的理解；使用MATLAB语言进行编程实现。
二、实验原理
1.计算需要增强的图像的傅里叶变换
2.一个理想高通滤波器的转移函数满足下列条件
H(u，v)=0 当D(u，v)<= d0时；
H(u，v)=1 当D(u，v)> d0时
3.巴特沃斯高通滤波器传递函数：H(u,v)=1/[1+(d0/D(u,v))^2n] 4．利用巴特沃斯高通滤波器增强图像
三、源程序
I=imread('wll.jpg');
figure(1),imshow(I)
I=rgb2gray(I);
figure(2),imshow(I);
f=double(I); % 数据类型转换，MATLAB不支持图像的无符号整型的计算
g=fft2(f); % 傅立叶变换
g=fftshift(g); % 转换数据矩阵
[M,N]=size(g);
nn=2; % 二阶巴特沃斯(Butterworth)高通滤波器
d0=5;
m=fix(M/2);
n=fix(N/2);
for i=1:M
for j=1:N
d=sqrt((i-m)^2+(j-n)^2);
if (d==0)
h=0;
else
h=1/(1+0.414*(d0/d)^(2*nn));% 计算传递函数 end
result(i,j)=h*g(i,j);
end
end
result=ifftshift(result);
J2=ifft2(result);
J3=uint8(real(J2));
figure(3),imshow(J3); % 滤波后图像显示
四、效果图
原图像
灰度图像
当d0=5时所得图像。