1、安 徽 工 程 大 学 机 电 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）I安 徽 工 程 大 学 机 电 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）I基 于 MATLAB 的 数 字 滤 波 器 的 设 计摘 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
2、 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
3、， 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 面柯 进 进 ： 基 于 MATLAB 的 数 字 滤 波 器 的 设 计IIMatlab-based digital filter desi
4、gn AbstractIn 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
5、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 relat
6、ed 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 p
7、eople 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安 徽 工 程 大 学 机 电 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）III目 录引 言
8、1第 1 章 绪 论 21.1 数 字 滤 波 技 术 21.1.1 滤 波 器 原 理 31.1.2 数 字 滤 波 器 设 计 方 法 概 述 31.2 MATLAB 软 件 简 介 4第 2 章 IIR 滤 波 器 概 况 及 其 MATLAB 实 现 62.1 模 拟 滤 波 器 及 其 MATLAB 实 现 62.1.1 巴 特 沃 斯 低 通 滤 波 器 62.1.2 切 比 雪 夫 低 通 滤 波 器 72.1.3 椭 圆 低 通 滤 波 器 82.2 模 拟 数 字 滤 波 器 变 换 及 其 MATLAB 实 现 82.2.1 脉 冲 响 应 不 变 法 92.2.2 双 线
9、 性 Z 变 换 法 102.3 小 结 11第 3 章 FIR 滤 波 器 设 计 及 其 MATLAB 实 现 123.1 线 性 相 位 FIR 数 字 滤 波 器 的 条 件 和 特 点 123.1.1 线 性 相 位 条 件 123.1.2 线 性 相 位 FIR 滤 波 器 幅 度 特 性 的 特 点 133.1.3 线 性 相 位 FIR 滤 波 器 零 点 分 布 特 点 133.2 常 用 窗 函 数 及 其 MATLAB 实 现 133.2.1 常 用 窗 函 数 介 绍 133.2.2 各 种 窗 函 数 的 实 现 与 比 较 153.3 基 于 窗 函 数 的 FIR
10、 数 字 滤 波 器 设 计 及 其 MATLAB 实现 163.3.1 海 明 窗 设 计 数 字 低 通 滤 波 器 173.3.2 汉 宁 窗 设 计 数 字 高 通 滤 波 器 193.3.3 布 拉 克 曼 窗 及 三 角 窗 设 计 数 字 带 通 滤 波 器 213.3.4 汉 宁 窗 设 计 数 字 带 阻 滤 波 器 233.4 小 结 24柯 进 进 ： 基 于 MATLAB 的 数 字 滤 波 器 的 设 计IV第 4 章 图 形 用 户 界 面 设 计 -滤 波 器 分 析 系 统 254.1 MATLAB 中 GUI 设 计 技 术 特 点 254.1.1 GUIDE
11、 简 介 254.1.2 GUI 设 计 规 范 及 设 计 步 骤 254.2 滤 波 器 分 析 系 统 及 其 MATLAB 实 现 264.2.1 滤 波 器 分 析 系 统 的 初 始 界 面 274.2.2 滤 波 器 分 析 系 统 的 主 界 面 284.3 小 结 34总 结 与 展 望 35致 谢 36参 考 文 献 37附 录 39附 录 A 外 文 文 献 及 译 文 39附 录 B 主 要 参 考 文 献 44安 徽 工 程 大 学 机 电 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）V插 图 清 单图 1-1 LIS系 统 3图 2-1 理 想 切 比 雪 夫 I型 滤
12、波 器 的 幅 频 特 性 7图 2-2 理 想 切 比 雪 夫 I 型 滤 波 器 的 幅 频 特 性 8图 2-3 双 性 线 Z 变 换 法 的 映 射 关 系 10图 3-1 常 用 窗 函 数 时 域 幅 度 曲 线 比 较 15图 3-2 常 用 窗 函 数 频 域 幅 度 曲 线 比 较 10图 3-3 FIR数 字 低 通 滤 波 器 脉 冲 响 应 与 幅 度 响 应 16图 3-4 FIR数 字 低 通 滤 波 器 脉 冲 响 应 与 幅 度 响 应 19图 3-5 FIR数 字 带 通 滤 波 器 脉 冲 响 应 与 幅 度 响 应 20图 3-6 FIR数 字 带 阻
13、滤 波 器 脉 冲 响 应 与 幅 度 响 应 22图 4-1 设 计 步 骤 24图 4-2 属 性 编 辑 控 制 器 26图 4-3 按 下 按 键 CLOSE 后 出 现 的 问 题 显 示 对 话 框 27图 4-4 滤 波 器 分 析 系 统 的 主 界 面 的 下 拉 式 菜 单 28图 4-5 菜 单 编 辑 器 29图 4-6 IIR 模 拟 带 通 滤 波 器 参 数 输 入 选 择 29图 4-7 切 比 雪 夫 I 型 带 阻 模 拟 滤 波 器 （ 阶 次 N=2,9） 30图 4-8 IIR 数 字 滤 波 器 Analyze32图 4-9 FIR 数 字 滤 波 器 Analyze33图 4-10 错 误 信 息 显 示 对 话 框 33图 4-11 信 息 显 示 对 话 框 34柯 进 进 ： 基 于 MATLAB 的 数 字 滤 波 器 的 设 计VI表 格 清 单表 3-1 各 种 窗 函 数 的 性 能 比 较 16安 徽 工 程 大 学 机 电 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）VII
