基于matlab的數(shù)字帶通濾波器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1 西安文理學(xué)院機(jī)械電子工程系 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 專業(yè)班級(jí) 08級(jí)電子信息工程1班 題 目 基于 MATLAB 的數(shù)字帶通濾波器 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2011 年 12 月 西安文理學(xué)院機(jī)械電子工程系2 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生姓名 _______專業(yè)班級(jí) ________ 學(xué) 號(hào) ______ 指導(dǎo)教師 ______ 職 稱 副教授 教研室 電子信息工程 課 程 數(shù) 字 信 號(hào) 處 理 題目基于MATLAB 的數(shù)字帶通濾波器設(shè)計(jì) 任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)任務(wù)： 要求設(shè)計(jì)一個(gè) IIR 帶通濾波器，其中通帶的中心頻率為 ，通 ? ? 5 . 0 ? po 帶的截止頻率 ， ，通帶最大衰減 ；阻帶最小 ? ? 4 . 0 1 ? p ? ? 6 . 0 2 ? p dB p 3 ? ? 衰減 ，阻帶截止頻率 ， 。 dB s 15 ? ? ? ? 3 . 0 1 ? s ? ? 7 . 0 2 ? s 設(shè)計(jì)要求： 1. 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求給出實(shí)現(xiàn)方案及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 2. 給出所實(shí)現(xiàn)的濾波器幅頻特性及相頻特性曲線并加以分析。 3. 論文要求思路清晰，結(jié)構(gòu)合理，語(yǔ)言流暢，書寫格式符合要求。 開始日期 2011.12.19 完成日期 2011.12.30 2011年 12月 18 日3 一、設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一數(shù)字帶通濾波器，用 IIR 來(lái)實(shí)現(xiàn)，其主要技術(shù)指標(biāo)： 通帶邊緣頻率：wp1=0.4 ，wp2=0.6 ? ? 通帶最大衰減：Ap=3dB 阻帶邊緣頻率：ws1=0.3 ，ws2=0.7 ? ? 阻帶最小衰減：As=15dB 設(shè)計(jì)總體要求：用 MATLAB 語(yǔ)言編程進(jìn)行設(shè)計(jì)，給出 IIR 數(shù)字濾波器 的參數(shù)，給出幅度和相位響應(yīng)曲線，對(duì) IIR 實(shí)現(xiàn)形式和特點(diǎn)等方面進(jìn)行討 論。 二、設(shè)計(jì)方法 IIR數(shù)字濾波器具有無(wú)限寬的沖激響應(yīng)，與模擬濾波器相匹配，所以 IIR濾波器的設(shè)計(jì)可以采取在模擬濾波器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步變換的方法。 比較常用的原型濾波器有巴特沃什濾波器(Butterworth) 、切比雪夫?yàn)V波 器(Chebyshev) 、橢圓濾波器(Ellipse)和貝塞爾濾波器(Bessel)等。 他們有各自的特點(diǎn)，巴特沃什濾波器具有單調(diào)下降的幅頻特性；切比雪夫 濾波器的幅頻特性在通帶和阻帶里有波動(dòng)，可以提高選擇性；貝塞爾濾波 器通帶內(nèi)有較好的線性相位特性；橢圓濾波器的選擇性最好。本設(shè)計(jì)IIR 數(shù)字濾波器采用巴特沃什濾波器 [3] 。 設(shè)計(jì)巴特沃什數(shù)字濾波器時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)參數(shù)要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模擬 濾波器，其步驟如下： (1)由模擬濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)wp，ws，Ap，As和式(1)確定濾波器 階數(shù)N。(1) ) lg( 2 ) 1 10 1 10 lg( 1 . 0 1 . 0 w w s p As Ap N ? ? ? (2)由式(2)確定wc。4(2) N As s c N Ap p w w w 2 1 1 . 0 2 1 1 . 0 ) 1 10 ( ) 1 10 ( ? ? ? ? (3)若N是奇數(shù)，則有式(3)和式(4)確定濾波器的系統(tǒng)函數(shù)；若 N是偶數(shù)，則式(3)和式(5)確定濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。然后把設(shè)計(jì)好的 模擬Butterworth濾波器變換成數(shù)字濾波器，常采用的方法有脈沖響應(yīng)不 變法和雙線性變換法 [4] 。(3) ) ( ) ( w s H s H c LO ?(4) ? ? ? ? ? ? ? 2 / ) 1 ( 1 2 1 ) (sin 2 1 ) 1 ( 1 ) ( N k k LO s s s s H ?(5) ? ? ? ? ? 2 / 1 2 1 ) (sin 2 1 ) ( N k k LO s s s H ? 巴特沃什濾波器是根據(jù)幅頻特性在通頻內(nèi)具有最平坦特性而定義的濾 波器。一維巴特沃什濾波器的平方幅頻特性函數(shù)為(6) ? ? 2 2 1 ( ) 1 N c H j ? ? ? ? ? 可以看出，濾波器的幅頻特性隨著濾波器階次N的增加而變得越來(lái)越 好。在截止頻率Ωc處的函數(shù)值始終為 的情況下，在通帶內(nèi)更多的頻帶 1 2 區(qū)的值接近1；在阻帶內(nèi)函數(shù)更迅速的趨近0。巴特沃什濾波器的主要特征： (1)對(duì)于所有N， 2 0 ( ) 1 a j H ? ? ? ? (2)對(duì)于所有N， 2 1 2 ( ) c a j H ? ? ? ? ? (3) 是Ω的單調(diào)下降函數(shù)。 2 ( ) a j H ? (4) 隨著階次N的增大而更加接近于理想濾波器。 2 ( ) a j H ? 最常用于設(shè)計(jì)IIR數(shù)字帶通濾波器的方法基于原型模擬傳輸函數(shù)的雙5 線性變換。模擬傳輸函數(shù)通常是：巴特沃什、切比雪夫1型、切比雪夫2 型和橢圓傳輸函數(shù)。巴特沃什低通傳輸函數(shù)在dc處有一個(gè)最大平坦的幅度 響應(yīng)，且隨著頻率增加幅度響應(yīng)單調(diào)地減少。本設(shè)計(jì)IIR數(shù)字帶通濾波器 就采用巴特沃什型。 巴特沃什型數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計(jì)，MATLAB調(diào)用形式如下： [N,wn]=buttord(wp,ws,Ap,As) [num,den]=butter(N,wn) 在buttord中，調(diào)用參數(shù)wp，ws，是數(shù)字帶通濾波器的歸一化通帶和 阻帶截止頻率，Ap是通帶最大衰減，As是阻帶最小衰減。返回參數(shù)N是巴 特沃什濾波器的階數(shù)，wn是3dB截止頻率，函數(shù)butter獲得數(shù)字(den) 和(num)是巴特沃什濾波器系統(tǒng)函數(shù)H(z)的分母多項(xiàng)式和分子多項(xiàng)式。 三、數(shù)字帶通濾波器的具體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 3.1用MATLAB設(shè)計(jì)的IIR數(shù)字帶通濾波器的具體程序如下： ws=[0.3 0.7]; %ws為歸一化阻帶邊界頻率 wp=[0.4 0.6]; %wp為歸一化通帶邊界頻率 Ap=3; %Ap單位為dB的通帶波形 As=15; %As單位為dB的最小阻帶衰減 [n1,wn1]=buttord(wp,ws,Ap,As);%估計(jì)數(shù)字濾波器的階數(shù)%wn1為歸一化截止頻率 [num,den]=butter(n1,wn1); %設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器 %計(jì)算單位為dB的gain函數(shù) %單位圓上將函數(shù)轉(zhuǎn)化為256等份 w=0:pi/255:pi; %計(jì)算相位 h=freqz(num,den,w); %頻率計(jì)算 g=20*log10(

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的matlab设计理想数字带通滤波器,基于matlab的数字带通滤波器课程设计报告的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。