基于MATLAB的数字滤波器设计

论文编号:TX223   论文字数:19163,页数:54

摘 要
 本文分别研究了在MATLAB环境下IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的设计方法及实现方法，并进行图形用户界面设计，以显示本文所介绍滤波器的特性。
 在无限脉冲响应（IIR）数字滤波器设计中，先进行模拟滤波器的设计，然后进行模拟-数字滤波器转换，即采用脉冲响应不变法及双线性Z变化法设计数字滤波器，最后进行滤波器的频带转换。在有限脉冲响应（FIR）数字滤波器设计中，讨论了FIR线性相位滤波器的特点和用窗函数法设计FIR滤波器两个问题。两类滤波器整个设计过程都是按照理论分析、编程设计、具体实现的步骤进行的。
 为方便分析者直观，形象，方便的分析滤波器的特性，创新的设计出了图形用户界面——滤波器分析系统。整个系统分为两个界面，其内容主要包含四部分：System(系统)、Analysis(分析)、Tool(工具)、Help(帮助)。

关键词：数字滤波器、MATLAB、无限脉冲响应、有限脉冲响应、图形用户界面

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

目 录
第1章 绪论………………………………………………………………………………1
1.1 数字滤波技术………………………………………………………………………1
1.1.1 滤波器原理………………………………………………………………………2
1.1.2 数字滤波器设计方法概述………………………………………………………2
1.2 MATLAB软件简介……………………………………………………………………3
第2章 IIR滤波器设计及其MATLAB实现………………………………………………5
2.1 模拟滤波器设计及其MATLAB实现…………………………………………………5
2.1.1 巴特沃斯低通滤波器设计………………………………………………………5
2.1.2 切比雪夫低通滤波器设计………………………………………………………7
2.1.3 椭圆低通滤波器设计……………………………………………………………11
2.2 模拟—数字滤波器变换及其MATLAB实现………………………………………13
2.2.1 脉冲响应不变法…………………………………………………………………13
2.2.2 双线性Z变换法…………………………………………………………………17
2.3 频带变换及其MATLAB实现………………………………………………………19
2.3.1 模拟低通滤波器转换成数字高通滤波器………………………………………19
2.3.2 模拟低通滤波器转换成数字带通滤波器………………………………………21
2.3.3 模拟低通滤波器转换成数字带阻滤波器………………………………………23
2.4 小结…………………………………………………………………………………25
第3章 FIR滤波器设计及其MATLAB实现……………………………………………26
3.1 线性相位FIR数字滤波器的条件和特点…………………………………………26
3.1.1 线性相位条件……………………………………………………………………26
3.1.2 线性相位FIR滤波器幅度特性的特点…………………………………………27
3.1.3 线性相位FIR滤波器零点分布特点……………………………………………27
3.2 常用窗函数及其MATLAB实现……………………………………………………27
3.2.1 常用窗函数介绍…………………………………………………………………27
3.2.2 各种窗函数的实现与比较………………………………………………………29
3.3 基于窗函数的FIR数字滤波器设计及其MATLAB实现……………………………30
3.3.1 海明窗设计数字低通滤波器…………………………………………………31
3.3.2 汉宁窗设计数字高通滤波器…………………………………………………33
3.3.3 布拉克曼窗及三角窗设计数字带通滤波器…………………………………35
3.3.4 汉宁窗设计数字带阻滤波器………………………………………………37
3.4 小结…………………………………………………………………………………38
第4章  图形用户界面设计--滤波器分析系统………………………………………39
4.1 MATLAB中GUI设计技术特点……………………………………………………39
4.1.1 GUIDE简介………………………………………………………………………39
4.1.2 GUI设计规范及设计步骤………………………………………………………40
4.2 滤波器分析系统及其MATLAB实现………………………………………………40
4.2.1 滤波器分析系统的初始界面……………………………………………………41
4.2.2 滤波器分析系统的主界面………………………………………………………43
4.3 小结…………………………………………………………………………………48
第5章  总结……………………………………………………………………………49
参考文献…………………………………………………………………………………50
致谢………………………………………………………………………………………51

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