基于MATLAB的电路设计与仿真.doc

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毕业论文
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基于MATLAB的电路设计与仿真
 
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二〇一一年十月
摘要
本文讨论了无限脉冲响应(IIR)数字滤波器的设计方法,并且运用MATLAB软件进行了实现。
完全设计方法是利用MATLAB信号处理工具箱函数直接设计出低通、高通、带通和带阻滤波器。本文介绍了巴特沃斯(Buttemvorth)滤波器的设计,此外还用MATLAB实现了切比雪夫I型(Chebyshev)滤波器。
在IIR数字滤波器的设计中主要研究了典型设计和完全设计。典型设计是先按一定规则将给出的数字滤波器的技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标,据此产生模拟滤波器原型,然后把模拟低通滤波器原型转换成模拟低通、高通、带通、带阻滤波器,最后再把模拟滤波器转换成数字滤波器。
关键词无限脉冲响应数字滤波器信号处理 MATLAB仿真
目录
摘要 I
第一章绪论 1
第二章 IIR数字滤波器基本理论 3
数字滤波器概述 3
数字滤波器分类 3
数字滤波器技术指标 4
IIR数字滤波器基本结构 5
IIR数字滤波器设计方法概述 7
第三章 MATLAB在数字信号处理中的应用 9
M文件编辑器 9
MATLAB信号处理工具箱 10
第四章 IIR数字滤波器的设计 11
模拟滤波器的设计 11
模拟低通滤波器的设计指标及逼近方法 11
巴特沃斯低通滤波器的设计方法 12
用MATLAB设计模拟低通巴特沃斯滤波器............................... 13
脉冲响应不变法基本原理 16
基于MATLAB软件的设计与仿真 19
双线性变换法设计IIR数字低通滤波器 20
双线性变换法基本原理 20
基于MATLAB软件的设计与仿真 22
典型的IIR数字滤波器的设计 22
用MATLAB实现IIR数字滤波器完全设计 24
第五章总结与展望 27
致谢 29
参考文献 31
第一章绪论
面对庞杂繁多的原始信号,如何提取所需要的信号,同时抑制不需要的信号?这需要使用滤波器。滤波器是一种选频系统,它对某些频率的信号予以很小的衰减,让这部分信号顺利通过,而对其它不需要的频率信号则予以很大的衰减,尽可能阻止这此信号通过。
数字滤波器因其具有精度高、可靠性好、灵活性大等优点,在工程上应用相当广泛。数字滤波在通信、图像编码、语音编码、雷达等许多领域中有着十分广泛的应用。目前,数字信号滤波器的设计图像处理、数据压缩等方面的应用取得了令人瞩目的进展和成就。在现代通信系统中,由于信号中经常混有各种复杂成分,所以很多信号的处理和分析都是基于滤波器而进行的。但是,传统数字滤波器的设计使用繁琐的公式计算,改变参数后需要重新计算,从而在设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量很大。利用MATLAB信号处理箱(Signal Processing Toolbox)可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真。
MATLAB是美国MathWorks公司推出的一套用于工程计算的可视化高性能语言与软件环境。MATLAB为数字滤波的研究和应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。它以矩阵运算为基础,把计算、可视化、程序设计融合到了一个交互式的工作环境中。MATLAB推出的工具箱使各个领域的研究人员可以直观方便地进行科学研究、工程应用,其中的信号处理(signal processing )、图像处理(image processing),小波(wavelet)等工具箱为数字滤波研究的蓬勃发展提供了有力的工具。
第二章 IIR数字滤波器基本理论
数字滤波器概述
所谓数字滤波器,是指输入、输出均为数字信号,通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。通常是指一种算法,或一种数字处理设备,它的功能是将一组输入的数字序列经过一定的运算后变换为另一组输出的数字序列。因此,也可以说它本身是一台给定运算的数字信号处理器。数字滤波器是数字信号处理的一个重要分支,利用它可以在形形色色的信号中提取所需要的,并抑制不需要的信号。
数字滤波器和模拟滤波器相比,因为信号的形式和实现滤波的方法不同,数字滤波器具有比模拟滤波器精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配等优点,越来越受到人们的重视,并在工程实际中得到了广泛的应用。数字滤波器可狭义的理解为具有选频特性的一类系统,也可广义地理解为任意系统,其功能是将输入信号变换为人们所需要的输出信号。其实质是用