基于MATLAB的數(shù)字濾波器設計

電子通信論文編號:TX223   論文字數(shù):19163,頁數(shù):54

目 錄
第1章 緒論………………………………………………………………………………1
1.1 數(shù)字濾波技術………………………………………………………………………1
1.1.1 濾波器原理………………………………………………………………………2
1.1.2 數(shù)字濾波器設計方法概述………………………………………………………2
1.2 MATLAB軟件簡介……………………………………………………………………3
第2章 IIR濾波器設計及其MATLAB實現(xiàn)………………………………………………5
2.1 模擬濾波器設計及其MATLAB實現(xiàn)…………………………………………………5
2.1.1 巴特沃斯低通濾波器設計………………………………………………………5
2.1.2 切比雪夫低通濾波器設計………………………………………………………7
2.1.3 橢圓低通濾波器設計……………………………………………………………11
2.2 模擬—數(shù)字濾波器變換及其MATLAB實現(xiàn)………………………………………13
2.2.1 脈沖響應不變法…………………………………………………………………13
2.2.2 雙線性Z變換法…………………………………………………………………17
2.3 頻帶變換及其MATLAB實現(xiàn)………………………………………………………19
2.3.1 模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字高通濾波器………………………………………19
2.3.2 模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字帶通濾波器………………………………………21
2.3.3 模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字帶阻濾波器………………………………………23
2.4 小結(jié)…………………………………………………………………………………25
第3章 FIR濾波器設計及其MATLAB實現(xiàn)……………………………………………26
3.1 線性相位FIR數(shù)字濾波器的條件和特點…………………………………………26
3.1.1 線性相位條件……………………………………………………………………26
3.1.2 線性相位FIR濾波器幅度特性的特點…………………………………………27
3.1.3 線性相位FIR濾波器零點分布特點……………………………………………27
3.2 常用窗函數(shù)及其MATLAB實現(xiàn)……………………………………………………27
3.2.1 常用窗函數(shù)介紹…………………………………………………………………27
3.2.2 各種窗函數(shù)的實現(xiàn)與比較………………………………………………………29
3.3 基于窗函數(shù)的FIR數(shù)字濾波器設計及其MATLAB實現(xiàn)……………………………30
3.3.1 海明窗設計數(shù)字低通濾波器…………………………………………………31
3.3.2 漢寧窗設計數(shù)字高通濾波器…………………………………………………33
3.3.3 布拉克曼窗及三角窗設計數(shù)字帶通濾波器…………………………………35
3.3.4 漢寧窗設計數(shù)字帶阻濾波器………………………………………………37
3.4 小結(jié)…………………………………………………………………………………38
第4章  圖形用戶界面設計--濾波器分析系統(tǒng)………………………………………39
4.1 MATLAB中GUI設計技術特點……………………………………………………39
4.1.1 GUIDE簡介………………………………………………………………………39
4.1.2 GUI設計規(guī)范及設計步驟………………………………………………………40
4.2 濾波器分析系統(tǒng)及其MATLAB實現(xiàn)………………………………………………40
4.2.1 濾波器分析系統(tǒng)的初始界面……………………………………………………41
4.2.2 濾波器分析系統(tǒng)的主界面………………………………………………………43
4.3 小結(jié)…………………………………………………………………………………48
第5章  總結(jié)……………………………………………………………………………49
參考文獻…………………………………………………………………………………50
致謝………………………………………………………………………………………51

摘 要
 本文分別研究了在MATLAB環(huán)境下IIR數(shù)字濾波器和FIR數(shù)字濾波器的設計方法及實現(xiàn)方法，并進行圖形用戶界面設計，以顯示本文所介紹濾波器的特性。
 在無限脈沖響應（IIR）數(shù)字濾波器設計中，先進行模擬濾波器的設計，然后進行模擬-數(shù)字濾波器轉(zhuǎn)換，即采用脈沖響應不變法及雙線性Z變化法設計數(shù)字濾波器，最后進行濾波器的頻帶轉(zhuǎn)換。在有限脈沖響應（FIR）數(shù)字濾波器設計中，討論了FIR線性相位濾波器的特點和用窗函數(shù)法設計FIR濾波器兩個問題。兩類濾波器整個設計過程都是按照理論分析、編程設計、具體實現(xiàn)的步驟進行的。
 為方便分析者直觀，形象，方便的分析濾波器的特性，創(chuàng)新的設計出了圖形用戶界面——濾波器分析系統(tǒng)。整個系統(tǒng)分為兩個界面，其內(nèi)容主要包含四部分：System(系統(tǒng))、Analysis(分析)、Tool(工具)、Help(幫助)。

關鍵詞：數(shù)字濾波器、MATLAB、無限脈沖響應、有限脈沖響應、圖形用戶界面

Abstract

 In this thesis, designs of the Infinite Impulse Response digital filter (IIR) and Finite Impulse Response digital filter (FIR) under MATLAB are studied. And the Graphical User Interfaces (GUI) to analysis the characteristics of filter is designed.
  The design of IIR filters can be achieved through three steps: firstly, the design of analog low-pass filter; secondly, it is analog-to-digital filter conversion; lastly, it is the conversion of filter frequency band. In design of FIR filters, two questions are discussed: the characteristics of FIR linear phase filter and reasoning of related formulas; the other is about the design of the FIR filters by means of window functions. The design of FIR and IIR follows the procedures of theoretical analysis, programming design and realization.
 We design the Graphical User Interfaces (GUI) of the digital filter analysis system makes sure of people can analysis the characteristics of the design directly and easily. The whole system divide into two graphical interfaces, it contains four parts: System, Analysis, Tool and Help.

Keywords: Digital Filter, MATLAB, IIR, FIR, Graphical User Interfaces