数信号处理课程设计-- IIR数字滤波器的设计

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1、 电气与电子信息工程学院电气与电子信息工程学院 数字信号处理课程设计报告数字信号处理课程设计报告 设计题目：设计题目： IIR 数字滤波器的设计数字滤波器的设计 专业班级：专业班级： 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 设计时间：设计时间： 2014.01.062014.01.10 教师评语： 成绩 评阅教师 日期 一、 设计目的 课程设计是理论学习的延伸，是掌握所学知识的一种重要手段，对于贯彻理 论联系实际、提高学习质量、塑造自身能力等于有特殊作用。本次课程设计一方 面通过 MATLAB 仿真设计内容，使我们加深对理论知识的理解，同时增强其逻辑 思维能力，另一方面对课

2、堂所学理论知识作一个总结和补充。 二、设计内容 通过课程设计各环节的实践，达到如下要求： 1.掌握双线性变换法及脉冲响应不变法设计 IIR 数字滤波器以及窗函数法设计 FIR 数字滤波器的原理、具体方法及计算机编程 2.观察双线性变换法、脉冲响应不变法及窗函数法设计的滤波器的频域特性，了 解各种方法的特点 3.用 MATLAB 画出三种方法设计数字滤波器的幅频特性曲线， 记录带宽和衰减量， 检查结果是否满足要求。 三、设计原理 3.1 数字低通滤波器的设计原理 3.1.1 滤波器的概念 滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件， 将输入或输出经过过滤而得到纯净 的交流电。您可以通过基本的滤波器积木块

3、-二阶通用滤波器传递函数，推导 出最通用的滤波器类型：低通、带通、高通、帯阻和椭圆型滤波器。 传递函数的参数f0、d、hHP、hBP 和 hLP，可用来构造所有类型的滤波 器。转降频率 f0 为 s 项开始占支配作用时的频率。设计者将低于此值的频率看 作是低频，而将高于此值的频率看作是高频，并将在此值附近的频率看作是带内 频率。阻尼 d 用于测量滤波器如何从低频率转变至高频率，它是滤波器趋向振荡 的一个指标。实际阻尼值从 0 至 2 变化。高通系数 hHP 是对那些高于转降频率的 频率起支配作用的分子的系数。 带通系数 hBP 是对那些在转降频率附近的频率起 支配作用的分子的系数。 低通系数

4、hLP 是对那些低于转降频率的频率起支配作用 的分子的系数。设计者只需这 5 个参数即可定义一个滤波器。 3.1.2 滤波器的发展过程 凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。 在近代电信装备和各类 控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复 杂要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和 生产历来为各国所重视。 1917 年美国和德国科学家分别发明了 LC 滤波器，次年导致了美国第一个多 路复用系统的出现。 50 年代无源滤波器日趋成熟。 自 60 年代起由于计算机技术、 集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低

5、功耗、高 精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精 度、稳定可靠成为 70 年代以后的主攻方向，导致 RC 有源滤波器 、数字滤波器、 开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展。到 70 年代后期，上述 几种滤波器的单片集成被研制出来并得到应用。80 年代致力于各类新型滤波器 性能提高的研究并逐渐扩大应用范围。90 年代至今在主要致力于把各类滤波器 应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。 我国广泛使用滤波器是 50 年代后的事， 当时主要用于话路滤波和报路滤波。 经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产应用等方面已有一定进步，

6、但由 于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使许多新型滤波器的研制 应用与国际水平有一段距离。 3.1.3 滤波器的原理 凡是可以使信号中特定的频率成分通过， 而极大地衰减或抑制其他频率成分 的装置或系统都称之为滤波器，相当于频率“筛子”。 滤波器的功能就是允许 某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制， 它实质上是一个选频电路。 滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受 到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带； 通带和阻带之间的分界频率称为 截止频率；理想滤波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零； 实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。 理想滤波器与实际滤波器： a理想滤波器的频率特性 理想滤波器:使通带内信号的幅值和相位都不失真,阻喧内的频率成分都衰 减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。 如理想低通滤波器的频率响应函