第一篇：數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程名稱 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)名稱 數(shù)字濾波片的設(shè)計(jì)

姓名

田紅亮

學(xué)號(hào)

201005020216

專業(yè)班級(jí)

電信1002班

實(shí)驗(yàn)日期

成績(jī)

指導(dǎo)老師

（①實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑趯?shí)驗(yàn)原理⑶主要儀器設(shè)備④實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析⑦問(wèn)題建議）

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解IIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn)； 2． 掌握IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法；

3.掌握脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的方法。

二、實(shí)驗(yàn)所采用的功能函數(shù)

1.巴特沃斯濾波器階數(shù)選擇函數(shù)

（1）[N,wc]=buttord(wp，ws，αp，αs)作用： 計(jì)算巴特沃斯數(shù)字濾波器的階數(shù)N和3dB截止頻率wc, wc為數(shù)字頻率，單位rad。

說(shuō)明： 調(diào)用參數(shù)wp，ws分別為數(shù)字濾波器的通帶、阻帶截止頻率的歸一化值，要求：0≤wp≤1，0≤ws≤1。αp，αs分別為通帶最大衰減和組帶最小衰減（dB）。當(dāng)ws≤wp時(shí)，為高通濾波器；當(dāng)wp和ws為二元矢量時(shí)，為帶通或帶阻濾波器，這時(shí)wc也是二元向量。

（2）[N,Ωc]=buttord(Ωp，Ωs，αp，αs，‘s’)作用： 計(jì)算巴特沃斯模擬濾波器的階數(shù)N和3dB截止頻率Ωc。說(shuō)明：Ωp，Ωs，Ωc均為實(shí)際模擬角頻率。

模擬頻率f：每秒經(jīng)歷多少個(gè)周期，單位Hz，即1/s，信號(hào)的真實(shí)頻率，可用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)；

模擬角頻率Ω：每秒經(jīng)歷多少弧度，單位rad/s，通常只于模擬信號(hào)； 數(shù)字頻率w：每個(gè)采樣點(diǎn)間隔之間的弧度，單位rad，通常只用于數(shù)字信號(hào)。

關(guān)系：Ω=2pi*f；w = Ω*T=2pi*f/F。(F=1/Ts為采樣頻率，Ts為采樣間隔)

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實(shí)驗(yàn)名稱 數(shù)字濾波片的設(shè)計(jì)

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田紅亮

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（①實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑趯?shí)驗(yàn)原理⑶主要儀器設(shè)備④實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析⑦問(wèn)題建議）

2.完整巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)

（1）格式： [b，a]=butter（N，wc，‘ftype’）

作用： 計(jì)算N階巴特沃斯數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量b、a。

說(shuō)明： 調(diào)用參數(shù)N和wc分別為巴特沃斯數(shù)字濾波器的階數(shù)和3dB截止頻率的歸一化值，一般是調(diào)用buttord格式（1）計(jì)算N和wc。系數(shù)b、a是按照z-1的升冪排列。

（2）格式：[B，A]=butter（N，Ωc，‘ftype’，‘s’）

作用：計(jì)算巴特沃斯模擬濾波器系統(tǒng)函數(shù)的分子、分母多項(xiàng)式系數(shù)向量。

說(shuō)明：調(diào)用參數(shù)N和Ωc分別為巴特沃斯模擬濾波器的階數(shù)和3dB截止頻率(實(shí)際角頻率)，可調(diào)用buttord（2）格式計(jì)算N和Ωc。系數(shù)B、A按s的正降冪排列。

tfype為濾波器的類型：

◇ftype=high時(shí)，高通；Ωc只有1個(gè)值。

◇ftype=stop時(shí)，帶阻；Ωc=[Ωcl,Ωcu]，分別為帶阻濾波器的通帶3dB下截止頻率和上截止頻率。

◇ ftype缺省時(shí)：若Ωc只有1個(gè)值，則默認(rèn)為低通；若Ωc有2個(gè)值，則默認(rèn)為帶通；其通帶頻率區(qū)間Ωcl<Ω <Ωcu。3.求離散系統(tǒng)頻響特性的函數(shù)freqz()格式：[H,w]=freqz(b,a,N)說(shuō)明：b和a分別為離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量，返回量H則包含了離散系統(tǒng)頻響在 0～pi范圍內(nèi)N個(gè)頻率等分點(diǎn)的值（其中N為正整數(shù)），w則包含了范圍內(nèi)N個(gè)頻率等分點(diǎn)。調(diào)用默認(rèn)的N時(shí)，其值是512?？梢韵日{(diào)用freqz()函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，然后利用abs()和angle()函數(shù)及plot()函數(shù)，繪制出系統(tǒng)的頻響曲線。

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課程名稱 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)

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（①實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑趯?shí)驗(yàn)原理⑶主要儀器設(shè)備④實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析⑦問(wèn)題建議）

4.模擬域頻率變換函數(shù)

lp2lp（模擬低通濾波器變換為低通濾波器）lp2hp（模擬低通濾波器變換為高通濾波器）lp2bs（模擬低通濾波器變換為帶阻濾波器）lp2bp（模擬低通濾波器變換為帶通濾波器）

5.濾波器離散化函數(shù)：

bilinear（使用雙線性變換法把模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器）impinvar（使用脈沖響應(yīng)不變法把模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器）

三、實(shí)驗(yàn)原理

IIR數(shù)字濾波器的人物就是尋求一個(gè)因果、物理可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)函數(shù)MM?bH(z)?r?0Nzr?r??Ar?1N?kk?1(1?crzz?1)，使它的頻率響應(yīng)H(ej?)?H(z)?1k1??ak?0z?ej?滿足kz?(1?d)所希望得到的頻域指標(biāo)，即符合給定的通帶衰耗、阻帶衰耗、通帶截止頻率和阻帶截止頻率。

IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法有間接法、直接法和計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)法等。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)主要采用間接法計(jì)算IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方法就是先根據(jù)頻率響應(yīng)指標(biāo)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模擬濾波器H(s)，再通過(guò)脈沖響應(yīng)不變法或雙線性變換法轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器H(z)，其過(guò)程如下：

頻域指標(biāo) 數(shù)字指標(biāo)轉(zhuǎn)換為模擬指標(biāo) 設(shè)計(jì)模擬濾波器 雙線性變換法 脈沖響應(yīng)不變法 數(shù)字濾波器 圖3-1 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法

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實(shí)驗(yàn)名稱 數(shù)字濾波片的設(shè)計(jì)

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（①實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑趯?shí)驗(yàn)原理⑶主要儀器設(shè)備④實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析⑦問(wèn)題建議）

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

1.用直接設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)BW（巴特沃斯）高通數(shù)字濾波器。

采樣頻率為200Hz，通帶中允許的最大衰減為0.5dB，阻帶內(nèi)的最小衰減為40dB，通帶上限臨界頻率為40Hz，阻帶下限臨界頻率為30Hz。? 設(shè)計(jì)步驟：

（1）確定濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)：?p、?s、?p、?s；

（2）運(yùn)用函數(shù)buttord（?p,?s,?p,?s）計(jì)算巴特沃斯高通濾波器的階數(shù)N和歸一化3db截止頻率?c；

（3）運(yùn)用函數(shù)butter（N,?c）求得高通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)的分子、分母多項(xiàng)式形式；

（4）作圖顯示濾波器的幅頻特性和相位特性。程序：

fp=40;%帶通截止頻率 fs=30;%阻通截止頻率 ft=200;%采樣頻率

rp=0.5;rs=40;wp=fp/(ft/2);%利用Nyquist頻率進(jìn)行歸一化 ws=fs/(ft/2);[n,wc]=buttord(wp,ws,rp,rs);%求數(shù)字濾波器的最小階數(shù)和截止頻率

[b,a]=butter(n,wc, 'high');%設(shè)計(jì)高通數(shù)字濾波器系數(shù)b，a [H,W]=freqz(b,a);%求系統(tǒng)頻響特性，W為數(shù)字角頻率，單位rad plot(W*ft/(2*pi),abs(H));grid;%繪出頻率響應(yīng)曲線 xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值');

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實(shí)驗(yàn)名稱 數(shù)字濾波片的設(shè)計(jì)

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（①實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑趯?shí)驗(yàn)原理⑶主要儀器設(shè)備④實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析⑦問(wèn)題建議）

2.脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器

使用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)數(shù)字低通濾波器，其指標(biāo)為：通帶臨界頻率0.5?，通帶內(nèi)衰減小于1dB；阻帶臨界頻率0.8?，阻帶內(nèi)衰減大于15dB,采樣頻率為100 Hz ? 設(shè)計(jì)步驟：

（1）確定數(shù)字頻率指標(biāo)；

（2）采用脈沖響應(yīng)不變法求得模擬頻率指標(biāo)；（3）將模擬頻率轉(zhuǎn)化為模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)；（4）求得模擬低通濾波器的截止頻率；（5）求得模擬低通濾波器的階數(shù)；（6）設(shè)計(jì)歸一化模擬低通濾波器；

（7）把歸一化模擬低通濾波器轉(zhuǎn)化為模擬帶通濾波器；（8）利用脈沖響應(yīng)不變法把模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器；（9）畫出幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)圖。fs=100 wp=0.5*pi;ws=0.8*pi;

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田紅亮

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（①實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑趯?shí)驗(yàn)原理⑶主要儀器設(shè)備④實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析⑦問(wèn)題建議）

rp=1;rs=15;Wp=wp*fs;%由數(shù)字角頻率轉(zhuǎn)換為模擬角頻率 Ws=ws*fs;[n,wc]=buttord(Wp,Ws,rp,rs,'s');%選擇濾波器的最小階數(shù) [z,p,k]=buttap(n);[Bp,Ap]=zp2tf(z,p,k);%將零極點(diǎn)增益轉(zhuǎn)換為分子分母參數(shù)[b,a]=lp2lp(Bp,Ap,wc)% 將低通原型轉(zhuǎn)換為模擬低通 [bz,az]=impinvar(b,a,fs);%脈沖相應(yīng)不變法變換為數(shù)字濾波器

[H,W]= freqz(bz,az);%求解數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng) plot(W*fs/(2*pi),abs(H));grid;xlabel('頻率/hz');ylabel('幅值');

五、問(wèn)題與思考

使用雙線性變換法設(shè)計(jì)數(shù)字帶通濾波器，其指標(biāo)為：要求帶通范圍100-250Hz，帶阻上限為300Hz，下限為50Hz，通帶內(nèi)紋波小于3dB，阻帶紋波為30 dB，抽樣頻率為1000 Hz。

ft=1000;

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（①實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑趯?shí)驗(yàn)原理⑶主要儀器設(shè)備④實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析⑦問(wèn)題建議）

fpl=100;fph=250;wp1= fpl *2*pi;%臨界頻率采用模擬角頻率表示 wph= fph*2*pi;%臨界頻率采用模擬角頻率表示 wp=[ wp1,wph];wpb=wp/ ft;%求數(shù)字頻率 rp=3;rs=30;fsl=50;fsh=300;ws1= fsl *2*pi;%臨界頻率采用模擬角頻率表示 wsh= fsh *2*pi;%臨界頻率采用模擬角頻率表示 ws=[ ws1, wsh];wsb=ws/ ft;%求數(shù)字頻率

OmegaP=2* ft *tan(wpb/2);%頻率預(yù)畸

OmegaS=2* ft *tan(wsb/2);%頻率預(yù)畸 %選擇濾波器的最小階數(shù)

[n,Wn]=buttord(OmegaP,OmegaS, rp, rs,'s');%此處是代入經(jīng)預(yù)畸變后獲得的歸一化模擬頻率參數(shù)

[bt,at]=butter(n,Wn,'s');% 設(shè)計(jì)一個(gè)n階的巴特沃思模擬濾波器

實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)

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（①實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑趯?shí)驗(yàn)原理⑶主要儀器設(shè)備④實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析⑦問(wèn)題建議）[bz,az]=bilinear(bt,at, ft);%雙線性變換為數(shù)字濾波器 [H,W] = freqz(bz,az);%求解數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng) plot(W*ft/(2*pi),abs(H));grid;xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值');

六．實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)

在濾波器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)之前，必須搞清楚自己所需要的是咋樣的一個(gè)濾波器，它的性能參數(shù)，以及參數(shù)的含義，比如f是原頻率，omega是模擬角頻率，w是數(shù)字角頻率，它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，及歸一化問(wèn)題等。在設(shè)計(jì)是應(yīng)該有明確的思路，步驟。而不是照著課本或是什么參考書去抄，比對(duì)去編程。明確直接法，脈沖不變法以及雙線性法直線的異同和他們各自的優(yōu)勢(shì)所在。而我在編程的時(shí)候沒(méi)有深刻理解其具體含義，造成好多錯(cuò)誤以及濾波效果不明顯等，這是必須改正和去突破的地方。

第二篇：IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)三 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1.通過(guò)仿真沖激響應(yīng)不變法和雙線性變換法 2.掌握濾波器性能分析的基本方法

二、實(shí)驗(yàn)要求： 1.設(shè)計(jì)帶通IIR濾波器

2.按照沖激響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)濾波器系數(shù) 3.按照雙線性變換法設(shè)計(jì)濾波器系數(shù) 4.分析幅頻特性和相頻特性

5.生成一定信噪比的帶噪信號(hào)，并對(duì)其濾波，對(duì)比濾波前后波形和頻譜

三、基本原理：

㈠ IIR模擬濾波器與數(shù)字濾波器

IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)以模擬濾波器設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，常用的類型分為巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型、貝塞爾（Bessel）、橢圓等多種。在MATLAB信號(hào)處理工具箱里，提供了這些類型的IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)子函數(shù)。

（二）性能指標(biāo)

1.假設(shè)帶通濾波器要求為保留6000hz~~7000hz頻段，濾除小于2000hz和大宇9000hz頻段

2.通帶衰減設(shè)為3Db,阻帶衰減設(shè)為30dB，雙線性變換法中T取1s.四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1.初始化指標(biāo)參數(shù)

2.計(jì)算模擬濾波器參數(shù)并調(diào)用巴特沃斯函數(shù)產(chǎn)生模擬濾波器

3.利用沖激響應(yīng)不變法和雙線性變換法求數(shù)字IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)Hd(z)

4.分別畫出兩種方法的幅頻特性和相頻特性曲線 5.生成一定信噪比的帶噪信號(hào) 6.畫出帶噪信號(hào)的時(shí)域圖和頻譜圖

6.對(duì)帶噪信號(hào)進(jìn)行濾波，并畫出濾波前后波形圖和頻譜圖

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

模擬濾波器的幅頻特性和相頻特性： 10Magnitude0-5-10101010-210-1Frequency(rad/s)100101Phase(degrees)2000-200-21010-1Frequency(rad/s)100101

在本實(shí)驗(yàn)中，采用的帶通濾波器為6000-7000Hz，換算成角頻率為4.47-0.55，在上圖中可以清晰地看出到達(dá)了題目的要求。

沖擊響應(yīng)不變法后的幅頻特性和相頻特性：

0Magnitude(dB)-100-20000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency(?? rad/sample)Phase(degrees)5000-50000.10.20.30.40.50.60.70.80.91

Normalized Frequency(?? rad/sample)

雙線性變換法的幅頻特性和相頻特性： 0Magnitude(dB)-200-400000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency(?? rad/sample)Phase(degrees)-500-100000.10.20.30.40.50.60.70.80.91

Normalized Frequency(?? rad/sample)

通過(guò)上圖比較脈沖響應(yīng)不變法雙線性變換法的幅頻特性和相頻特性，而在在幅頻曲線上幾乎沒(méi)有差別，都能達(dá)到相同的結(jié)果。

下圖為直接調(diào)用matlab系統(tǒng)內(nèi)切比雪夫?yàn)V波器得到的頻譜圖：

0-100Magnitude(dB)-200-300-400-50000.10.20.30.40.50.6Normalized Frequency(?? rad/sample)0.70.80.910-100-200Phase(degrees)-300-400-500-600-700-80000.10.20.30.40.50.6Normalized Frequency(?? rad/sample)0.70.80.91

比較圖一得知，都能達(dá)到相同的結(jié)果。

下圖為對(duì)帶噪信號(hào)進(jìn)行濾波前后的時(shí)域和頻域圖：

脈沖相應(yīng)不變法：

帶噪信號(hào)時(shí)域波形50-500.511.5帶噪信號(hào)的頻譜圖150100500-422.5x 103-3-3-2-10濾波信號(hào)的時(shí)域圖123x 104420-200.51濾波信號(hào)的頻譜圖100500-4-3-2-10123x 10441.522.5x 10-3

當(dāng)經(jīng)過(guò)脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)的濾波器濾波以后，在通帶內(nèi)的波形得到了較好的恢復(fù)。頻譜圖中，噪聲的頻譜也顯著的下降。

雙線性變換法：

濾波信號(hào)的時(shí)域圖210-1-200.51濾波信號(hào)的頻譜圖1.522.5x 10-3150100中心頻率f=6500Hz500-4-3-2-10123x 1044

當(dāng)經(jīng)過(guò)雙線性變換法設(shè)計(jì)的濾波器濾波以后，在通帶內(nèi)的波形得到了較好的恢復(fù)。頻譜圖中，噪聲的頻譜也顯著的下降，但濾波效果沒(méi)有脈沖響應(yīng)不變法好。

演講稿

尊敬的老師們，同學(xué)們下午好：

我是來(lái)自10級(jí)經(jīng)濟(jì)學(xué)（2）班的學(xué)習(xí)委，我叫張盼盼，很榮幸有這次機(jī)會(huì)和大家一起交流擔(dān)任學(xué)習(xí)委員這一職務(wù)的經(jīng)驗(yàn)。

轉(zhuǎn)眼間大學(xué)生活已經(jīng)過(guò)了一年多，在這一年多的時(shí)間里，我一直擔(dān)任著學(xué)習(xí)委員這一職務(wù)。回望這一年多，自己走過(guò)的路，留下的或深或淺的足跡，不僅充滿了歡愉，也充滿了淡淡的苦澀。一年多的工作，讓我學(xué)到了很多很多，下面將自己的工作經(jīng)驗(yàn)和大家一起分享。

學(xué)習(xí)委員是班上的一個(gè)重要職位，在我當(dāng)初當(dāng)上它的時(shí)候，我就在想一定不要辜負(fù)老師及同學(xué)們我的信任和支持，一定要把工作做好。要認(rèn)真負(fù)責(zé)，態(tài)度踏實(shí)，要有一定的組織，領(lǐng)導(dǎo)，執(zhí)行能力，并且做事情要公平，公正，公開，積極落實(shí)學(xué)校學(xué)院的具體工作。作為一名合格的學(xué)習(xí)委員，要收集學(xué)生對(duì)老師的意見(jiàn)和老師的教學(xué)動(dòng)態(tài)。在很多情況下，老師無(wú)法和那么多學(xué)生直接打交道，很多老師也無(wú)暇顧及那么多的學(xué)生，特別是大家剛進(jìn)入大學(xué)，很多人一時(shí)還不適應(yīng)老師的教學(xué)模式。學(xué)習(xí)委員是老師與學(xué)生之間溝通的一個(gè)橋梁，學(xué)習(xí)委員要及時(shí)地向老師提出同學(xué)們的建議和疑問(wèn)，熟悉老師對(duì)學(xué)生的基本要求。再次，學(xué)習(xí)委員在學(xué)習(xí)上要做好模范帶頭作用，要有優(yōu)異的成績(jī)，當(dāng)同學(xué)們向我提出問(wèn)題時(shí)，基本上給同學(xué)一個(gè)正確的回復(fù)。

總之，在一學(xué)年的工作之中，我懂得如何落實(shí)各項(xiàng)工作，如何和班委有效地分工合作，如何和同學(xué)溝通交流并且提高大家的學(xué)習(xí)積極性。當(dāng)然，我的工作還存在著很多不足之處。比日：有的時(shí)候得不到同學(xué)們的響應(yīng)，同學(xué)們不積極主動(dòng)支持我的工作；在收集同學(xué)們對(duì)自己工作意見(jiàn)方面做得不夠，有些事情做錯(cuò)了，沒(méi)有周圍同學(xué)的提醒，自己也沒(méi)有發(fā)覺(jué)等等。最嚴(yán)重的一次是，我沒(méi)有把英語(yǔ)四六級(jí)報(bào)名的時(shí)間，地點(diǎn)通知到位，導(dǎo)致我們班有4名同學(xué)錯(cuò)過(guò)報(bào)名的時(shí)間。這次事使我懂得了做事要腳踏實(shí)地，不能馬虎。

在這次的交流會(huì)中，我希望大家可以從中吸取一些好的經(jīng)驗(yàn)，帶動(dòng)本班級(jí)的學(xué)習(xí)風(fēng)氣，同時(shí)也相信大家在大學(xué)畢業(yè)后找到好的工作。謝謝大家！

第三篇：基于LabVIEW的IIR-數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

智能化測(cè)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)

第二章

基于Labview虛擬濾波器的設(shè)計(jì)

2.1

labview簡(jiǎn)介

LabVIEW

是NI（National

INSTRUMENT，美國(guó)國(guó)家儀器）公司推出的一種基于G

語(yǔ)言的虛擬儀器（virtual

INSTRUMENT，VI）開發(fā)工具。LabVIEW

編程使用圖形化語(yǔ)言，它是非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員使用的工具，它為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)便捷、輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境，因此，LabVIEW

在世界范圍內(nèi)的眾多領(lǐng)域如航空、航天、通信、電力、汽車、化學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

LabVIEW

有兩個(gè)基本窗口：前面板窗口和流程圖窗口。編譯環(huán)境下顯示兩個(gè)窗口，前面板用于放置控制對(duì)象和顯示對(duì)象，控制對(duì)象相當(dāng)于常規(guī)儀器的控制和調(diào)節(jié)按鈕；前面板用于顯示程序運(yùn)行結(jié)果，相當(dāng)于常規(guī)儀器的顯示屏幕或指針。流程圖窗口用于編寫和顯示程序的圖形源代碼，它相當(dāng)于語(yǔ)言編程中一行行的語(yǔ)句，它由各種能完成一定功能的模塊通過(guò)連線連接而成。當(dāng)編寫的LabVIEW

程序調(diào)試無(wú)誤后，可將程序編譯成應(yīng)用程序。此時(shí)，設(shè)計(jì)的虛擬儀器可以脫離LabVIEW

開發(fā)環(huán)境，用戶只需通過(guò)前面板進(jìn)行控制和觀測(cè)。

2.2

基于labview的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)

數(shù)字濾波器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程可歸納為以下三個(gè)步驟：

(1)按照實(shí)際需要確定濾波器的性能要求。

(2)用一個(gè)因果穩(wěn)定的系統(tǒng)函數(shù)(即傳遞函數(shù))去逼近這個(gè)性能要求。此函數(shù)可以分為兩類：即IIR

傳遞函數(shù)和FIR

傳遞函數(shù)。

(3)用一個(gè)有限精度的運(yùn)算去實(shí)現(xiàn)這個(gè)傳遞函數(shù)。

FIR

濾波器設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是確定能滿足要求的轉(zhuǎn)移序列或脈沖響應(yīng)的常數(shù)，設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。目前，F(xiàn)IR

濾波器設(shè)計(jì)沒(méi)有封閉的設(shè)計(jì)公式。雖然窗函數(shù)法對(duì)窗口函數(shù)可給出計(jì)算公式，但計(jì)算通帶與阻帶衰減仍無(wú)計(jì)算公式。FIR

濾波器的設(shè)計(jì)只有計(jì)算程序可循，因此對(duì)計(jì)算工具要求較高，不用計(jì)算機(jī)編程一般很難實(shí)現(xiàn)。

IIR

濾波器的設(shè)計(jì)源于模擬濾波器設(shè)計(jì)，它通過(guò)對(duì)低通濾波器進(jìn)行模擬頻率變換得到。常用的IIR

濾波器有巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、切比雪夫Ⅱ?yàn)V波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器。目前，IIR

濾波器的設(shè)計(jì)可以借助模擬濾波器的成果，有封閉形式的設(shè)計(jì)公式，對(duì)計(jì)算工具的要求不高。

IIR

濾波器的設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但脫離不了模擬濾波器的設(shè)計(jì)模式，主要用于設(shè)計(jì)低通、高通、帶通及帶阻濾波器。而FIR

濾波器的設(shè)計(jì)要靈活得多，尤其是頻率采樣設(shè)計(jì)法更易適應(yīng)各種幅度特性和相位特性的要求。

電力系統(tǒng)濾波器可以從電力信號(hào)中將所需頻段的信號(hào)提取出來(lái)并將干擾信號(hào)濾除或大大衰減。利用LabVIEW

可以設(shè)計(jì)出滿足電力系統(tǒng)需要的濾波器，利用LabVIEW

設(shè)計(jì)的IIR

數(shù)字濾波器前面板，前面板上有參數(shù)設(shè)置、波形顯示兩個(gè)區(qū)域。在參數(shù)設(shè)置區(qū)域有六個(gè)設(shè)置項(xiàng)：濾波器選擇、濾波器類型、下截止頻率、上截止頻率、采樣頻率、階次、紋波、衰減；選擇的濾波器不同時(shí)，需要設(shè)置的項(xiàng)也不同。波形顯示區(qū)域用于顯示濾波前后的波形，在此區(qū)域可直觀地看出濾波效果。

利用LabVIEW

實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波，采用了圖形語(yǔ)言編程，與采用文本語(yǔ)言編程相比，能縮短40%～70%的開發(fā)時(shí)間；與硬件儀器相比，又具有容易調(diào)整濾波器類型、降低成本、濾波效果直觀等優(yōu)點(diǎn)?；贚abVIEW

編寫的程序還可以將其作為子程序在其他虛擬儀器系統(tǒng)中調(diào)用，大大增強(qiáng)了程序的通用性。

2.3

數(shù)字濾波器的選擇步驟

LabVIEW

為設(shè)計(jì)者提供了FIR

和IIR

濾波器VI，使用起來(lái)非常方便，只需要輸入相應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)即可，不需要進(jìn)行復(fù)雜的函數(shù)設(shè)計(jì)和大量的運(yùn)算。濾波器VI

位于LabVIEW

流程圖面Function>>Analyze>>SignalProcessing>>Filters

上。不同濾波器VI

濾波時(shí)均有各自的特點(diǎn)，因此它們用途各異。在利用LabVIEW

實(shí)現(xiàn)濾波功能時(shí)，選擇合適的濾波器是關(guān)鍵，在選擇濾波器時(shí)，可參照不同濾波器的特點(diǎn)，考慮濾波的實(shí)際要求來(lái)選擇合適的濾波器。各種濾波器的特點(diǎn)及選擇濾波器的步驟見(jiàn)下圖。

圖2-1

數(shù)字濾波器選擇步驟

第三章

軟件設(shè)計(jì)

3.1前面板的設(shè)計(jì)

在Labview環(huán)境下開發(fā)的應(yīng)用程序稱為VI（Virtual

Instrument）。VI是Labview的核心，有一個(gè)人機(jī)交互的界面——前面板，和相當(dāng)于源代碼功能的菜單框圖程序——后面板組成，前面板是程序的界面，在這一界面上有控制量和顯示量?jī)深悓?duì)象。在前面板中，控制量模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的框圖程序，例如開關(guān)、旋鈕等，而顯示量則是模擬了儀器的輸入裝置并顯示由框圖程序獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，例如用于顯示波形的窗口等。后面板又稱為代碼窗口或流程圖，是VI圖形化的源程序，在流程圖中對(duì)VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出等功能，流程圖中包括前面板上沒(méi)有但編程必須有的對(duì)象，如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等[2]。

前面板如圖3-1所示，由以下幾個(gè)部分組成：參考信號(hào)的參數(shù)設(shè)置、待處理信號(hào)的參數(shù)設(shè)置、濾波結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示以及原始信號(hào)的波形圖和濾波結(jié)果的波形圖，可以設(shè)置參考信號(hào)的幅值和頻率，也可以對(duì)3路正弦信號(hào)設(shè)置頻率幅值和相位，程序成功運(yùn)行后就可以從濾波實(shí)時(shí)顯示區(qū)得到濾波結(jié)果的頻率幅值和初相位，同時(shí)在波形顯示區(qū)中也可以得到相應(yīng)的波形，使結(jié)果更為直觀地反映出來(lái)。

數(shù)字濾波器的前面板如下圖所示。前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)濾波器的前面板。由于虛擬面板直接面向用戶，是虛擬濾波器控制軟件的核心。在設(shè)計(jì)這部分時(shí)，主要考慮界面美觀、操作簡(jiǎn)潔，用戶能通過(guò)面板上的各種按鈕、開關(guān)等控鍵來(lái)控制虛擬濾波器的工作。實(shí)際中的待測(cè)信號(hào)可以由

數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)采集濾波，也可以由數(shù)據(jù)采集卡采集后保存為L(zhǎng)abVIEW所能夠識(shí)別的文件形式，之后再由LabVIEW進(jìn)行分析濾波。在這里用基本的信號(hào)(正弦波，余弦波，方波，鋸齒波)來(lái)模擬原始信號(hào)。程序采用窗函數(shù)法的計(jì)算流程，將窗函數(shù)與需要濾波的信號(hào)進(jìn)行卷積實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波。使用者可對(duì)原始信號(hào)，噪聲信號(hào)和濾波器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。原始信號(hào)的波形圖，濾波的結(jié)果都可得到實(shí)時(shí)顯示。這樣，在程序成功的運(yùn)行后就可以從顯示區(qū)得到結(jié)果，使結(jié)果更為直觀的反映出來(lái)。

圖3-1

前面板的設(shè)計(jì)

3.2

流程圖的設(shè)計(jì)

本數(shù)字濾波器的后面板即程序代碼框圖如圖3-2所示?？驁D程序是由節(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、圖框和連線四種元素構(gòu)成的。節(jié)點(diǎn)類似于文本語(yǔ)言程序的語(yǔ)句、函數(shù)或者

子程序?？驁D中的每一個(gè)對(duì)象端點(diǎn)與前面板上的對(duì)象(控制或顯示)一一對(duì)應(yīng)。不同的線型代表不同的數(shù)據(jù)類型，在彩顯上，每種數(shù)據(jù)類型還以不同的顏色予以強(qiáng)調(diào)。后面板如圖3-2所示，后面板中的控件與前面板中的控件相對(duì)應(yīng)，并且通過(guò)連線、添加程序以及加入各種信號(hào)等措施進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)自相關(guān)濾波的功能，同時(shí)通過(guò)在前面板設(shè)置各種不同的參數(shù)，成功地運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)所要求的目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)這一功能，筆者又添加了激勵(lì)信號(hào)源、濾波器加法器和乘法器等各種運(yùn)算器，經(jīng)過(guò)運(yùn)行程序，測(cè)試結(jié)果顯示能夠?qū)崿F(xiàn)從一個(gè)包含多種頻率成分的信號(hào)中提取出所需單一頻率信號(hào)的功能，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了濾波，由于這種濾波的思路是從相關(guān)函數(shù)的定義出發(fā)的，因此成為相關(guān)濾波器。

在這里，用仿真信號(hào)發(fā)生器來(lái)模擬待測(cè)的信號(hào)，在實(shí)際中這個(gè)待測(cè)信號(hào)通常由數(shù)據(jù)采集卡采集得到，輸入的待測(cè)信號(hào)為3路正弦信號(hào)的疊加，需要從中檢測(cè)出20Hz的信號(hào)，這個(gè)測(cè)試VI實(shí)現(xiàn)了相關(guān)濾波過(guò)程的動(dòng)態(tài)顯示，使用了循環(huán)結(jié)構(gòu)。

圖3-2

濾波器的后面板

附錄

圖1

數(shù)字濾波器的輸入輸出信號(hào)波形

第四篇：數(shù)字濾波器調(diào)研報(bào)告

數(shù)字濾波器調(diào)研報(bào)告

一、數(shù)字濾波器

數(shù)字濾波器由數(shù)字乘法器、加法器和延時(shí)單元組成的一種算法或裝置。數(shù)字濾波器的功能是對(duì)輸入離散信號(hào)的數(shù)字代碼進(jìn)行運(yùn)算處理，以達(dá)到改變信號(hào)頻譜的目的。數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)濾波的方法是：用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，處理就是按照預(yù)先編制的程序進(jìn)行計(jì)算。數(shù)字濾波器的原理如圖所示，它的核心是數(shù)字信號(hào)處理器。

二、數(shù)字濾波器發(fā)展背景

隨著信息科學(xué)與計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理的理論與應(yīng)用得到飛躍式發(fā)展，形成了一門極為重要的學(xué)科。不僅如此，它還以不同的形式影響及滲透到其他的學(xué)科中去。不論是國(guó)民經(jīng)濟(jì)或者是國(guó)防建設(shè)都與之息息相關(guān)，緊密相連。

我們現(xiàn)實(shí)生活中會(huì)遇到多種多樣的信號(hào)，例如廣播信號(hào)、電視信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)、通信信號(hào)、導(dǎo)航信號(hào)、射電天文信號(hào)、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)、控制信號(hào)、氣象信號(hào)、地震勘探信號(hào)、機(jī)械振動(dòng)信號(hào)、遙感遙測(cè)信號(hào)等等。上述這些信號(hào)大部分是模擬信號(hào)，也有小部分是數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是自變量的連續(xù)函數(shù)，自變量可以是一維的，也可以是二維或多維的。大多數(shù)情況下一維模擬信號(hào)的自變量是時(shí)間，經(jīng)過(guò)時(shí)間上的離散化(采樣)和幅度上的離散化(量化)，這類模擬信號(hào)便成為一維數(shù)字信號(hào)。因此，數(shù)字信號(hào)實(shí)際上是用數(shù)字序列表示的信號(hào)，語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)采樣和量化后，得到的數(shù)字信號(hào)是一個(gè)一維離散時(shí)間序列；而圖像

信號(hào)經(jīng)采樣和量化后，得到的數(shù)字信號(hào)是一個(gè)二維離散空間序列。信號(hào)處理的目的一般是對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、變換、綜合、估值與識(shí)別等。如何在較強(qiáng)的噪聲背景下提取出真正的信號(hào)或信號(hào)的特征，并將其應(yīng)用于工程實(shí)際是信號(hào)處理的首要任務(wù)。根據(jù)處理對(duì)象的不同，信號(hào)處理技術(shù)分為模擬信號(hào)處理系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)處理(Digital signal Processing，DSP)與模擬信號(hào)處理相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如相對(duì)于溫度和工藝的變化數(shù)字信號(hào)要比模擬信號(hào)更穩(wěn)健，在數(shù)字表示中，精度可以通過(guò)改變信號(hào)的字長(zhǎng)來(lái)更好地控制，所以DSP技術(shù)可以在放大信號(hào)的同時(shí)去除噪聲和干擾，而在模擬信號(hào)中信號(hào)和噪聲同時(shí)被放大，數(shù)字信號(hào)還可以不帶誤差地被存儲(chǔ)和恢復(fù)、發(fā)送和接收、處理和操縱。許多復(fù)雜的系統(tǒng)可以用高精度、大信噪比和可重構(gòu)的數(shù)字技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

目前，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，并且在許多應(yīng)用領(lǐng)域逐步代替了傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理系統(tǒng)，如通訊、系統(tǒng)控制、電力系統(tǒng)、故障檢測(cè)、語(yǔ)音、圖像、自動(dòng)化儀器、航空航天、鐵路、生物醫(yī)學(xué)工程、雷達(dá)、聲納、遙感遙測(cè)等。

數(shù)字信號(hào)處理中一個(gè)非常重要且應(yīng)用普遍的技術(shù)就是數(shù)字濾波。所謂數(shù)字濾波，是指其輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)一定的運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含的頻率成分的相對(duì)比例或?yàn)V除某些頻率成分，達(dá)到提取和加強(qiáng)信號(hào)中的有用成份，消弱無(wú)用的干擾成份的目的。數(shù)字濾波與模擬濾波相比，有精度高、可靠性高、靈活性好等突出優(yōu)點(diǎn)，可以滿足對(duì)幅度和相位的嚴(yán)格要求，還能降低開發(fā)費(fèi)用，縮短研制到應(yīng)用的時(shí)間，在很多領(lǐng)域逐步代替了傳統(tǒng)的模擬信號(hào)系統(tǒng)。

數(shù)字濾波器，在數(shù)字信號(hào)處理中有著廣泛的應(yīng)用，因此，無(wú)論是在理論研究上還是在如通訊、HDTV(高清晰度電視)、雷達(dá)、圖象處理、數(shù)字音頻等實(shí)際應(yīng)用上都有著美好的技術(shù)前景和巨大的實(shí)用價(jià)值。

三、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

數(shù)字濾波器精確度高、使用靈活、可靠性高，具有模擬設(shè)備所沒(méi)有的許多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域, 例如數(shù)字電視、語(yǔ)音、通信、雷達(dá)、聲納、遙感、圖像、生物醫(yī)學(xué)以及許多工程應(yīng)用領(lǐng)域。隨著信息時(shí)代數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字濾波技術(shù)已經(jīng)成為一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。以往的濾波器大多采用模擬電路技術(shù)，但是，模擬電路技術(shù)存在很多難以解決的問(wèn)題，例如，模擬電路元件對(duì)溫度的敏感性，等等。而采用數(shù)字技術(shù)則避免很多類似的難題，當(dāng)然數(shù)字濾波器在其他方面也有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，這些都是模擬技術(shù)所不能及的，所以采用數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理是目前的發(fā)展方向。關(guān)于數(shù)字濾波器的研究，在40年代末期就有人研究過(guò)它的可能性問(wèn)題，在50年代也有人在研究生班討論過(guò)數(shù)字濾波的問(wèn)題。直到60年代中期美國(guó)科學(xué)家?guī)炖?、圖基總結(jié)前人的研究成果，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，才開始形成了一套完整關(guān)于數(shù)字濾波器的正規(guī)理論。在這一時(shí)期，各種各樣的數(shù)字濾波器原理結(jié)構(gòu)和特性被提出，并且出現(xiàn)了各

種數(shù)字濾波器的逼近方法和實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)遞歸和非遞歸兩類濾波器作了全面的比較和分析。數(shù)字濾波器經(jīng)歷了有限沖激響應(yīng)（FIR）和無(wú)限沖激響應(yīng)（IIR）關(guān)系的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化過(guò)程。當(dāng)利用快速傅利葉變換（FFT）來(lái)實(shí)現(xiàn)卷積運(yùn)算的概念被提出之后，發(fā)現(xiàn)高階有限沖激響應(yīng)濾波器也可用較高的運(yùn)算效率來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此使得人們對(duì)高性能的有限沖激響應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了大量的研究分析，從而出現(xiàn)了此后數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)中頻域方法與時(shí)域方法的局面。

我國(guó)在DSP技術(shù)起步較早，產(chǎn)品的研究開發(fā)成績(jī)斐然，基本上與國(guó)外同步發(fā)展，而在FPGA方面起步較晚。全國(guó)有100來(lái)所高等院校從事DSP&FPGA的教學(xué)和科研，除了一部分DSP芯片需要從國(guó)外進(jìn)口外，在信號(hào)處理理論和算法方面，與國(guó)外處于同等水平。而在FPGA信號(hào)處理和系統(tǒng)方面，有了喜人的進(jìn)展，正在進(jìn)行與世界先進(jìn)國(guó)家同樣的研究。比如西北工業(yè)大學(xué)和國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)的ATR實(shí)驗(yàn)室采用了FPGA可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)載圖像處理和自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，主要是利用該系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的卷積運(yùn)算，同時(shí)利用它的可變?nèi)嵝詠?lái)達(dá)到自適應(yīng)的目的。北京理工大學(xué)研究利用FPGA提高加解密運(yùn)算的速度，等等。

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)有很多專家教授在數(shù)字濾波領(lǐng)域展開長(zhǎng)期的深入研究，如天津大學(xué)的王兆華教授、山東大學(xué)的賴曉平教授等。無(wú)論是在理論方面還是在工程技術(shù)領(lǐng)域，都有很多科研成果。因而數(shù)字濾波器不斷應(yīng)用在各行各業(yè)里，我國(guó)現(xiàn)有濾波器的種類及應(yīng)用技術(shù)己基本上滿足現(xiàn)有各種電信設(shè)備需求。從整體而言，我國(guó)無(wú)源濾波器發(fā)展比有源濾波器迅速，而數(shù)字濾波器比模擬濾波器的發(fā)展較緩慢。

關(guān)于數(shù)字濾波器理論研究的發(fā)展也帶來(lái)了數(shù)字濾波器在實(shí)現(xiàn)上的空前發(fā)展。20世紀(jì)60年代起，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器的發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉等方向努力，其中高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向，導(dǎo)致數(shù)字濾波器、RC有源濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展。到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成己被研制出來(lái)并得到應(yīng)用，90年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。當(dāng)然，對(duì)濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。

目前，國(guó)外有許多院校和科研機(jī)構(gòu)在研究基于FPGA的DSP應(yīng)用，比較突出的有Denmark大學(xué)的研究小組正在從事FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的研究。由于FPGA實(shí)現(xiàn)乘法器有困難，因此他們重點(diǎn)研究開發(fā)無(wú)乘法的濾波器算法。加州大學(xué)洛杉磯分校的研究小組采用運(yùn)行時(shí)重構(gòu)技術(shù)開發(fā)了一種視頻通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)用一片F(xiàn)PGA可每幀重構(gòu)四次完成視頻圖像壓縮和傳送的操作。此外，他們還在進(jìn)行Mojave項(xiàng)目的開發(fā)工作，力圖采用運(yùn)行時(shí)重構(gòu)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別應(yīng)用。

第五篇：六 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告--IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)

懷化學(xué)院數(shù)學(xué)系實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)(1)

指 導(dǎo)老 師： 歐衛(wèi)華

學(xué)

姓

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目制定人：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目審批人：

年月日

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼泼}沖相應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR-Butterworth數(shù)字濾波器的具體設(shè)計(jì)方法及原理。

二、實(shí)驗(yàn)原理與方法

1.確定數(shù)字濾波器的性能指標(biāo)：通帶臨界頻率fp、阻帶臨界頻率fs；通帶內(nèi)的最大衰減Ap；阻帶內(nèi)的最小衰減As；采樣周期T；

2.確定相應(yīng)的數(shù)字角頻率，ωp=2πfp；ωr=2πfr；

3.根據(jù)Ωp和Ωs計(jì)算模擬低通原型濾波器的階數(shù)N，并求得低通原型的傳遞函

數(shù)Ha(s)；

4.用上面的脈沖響應(yīng)不變法公式代入Ha(s)，求出所設(shè)計(jì)的傳遞函數(shù)H(z)；

5.分析濾波器特性，檢查其是否滿足指標(biāo)要求。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

沖激響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)數(shù)字Butterworth低通濾波器

(1)、模擬濾波器的最小階數(shù)[N,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');

(2)、設(shè)計(jì)模擬低通濾波器原型，[z,p,k]=buttap(N);

(3)、將零極點(diǎn)形式轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)形式，[Bap,Aap]=zp2tf(z,p,k);

(4)、進(jìn)行頻率變換，[b,a]=lp2lp(Bap,Aap,wn);

(5)用脈沖相應(yīng)不變法得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)[bz,az]=impinvar(b,a,fs);

四、實(shí)驗(yàn)范例

用脈沖相應(yīng)不變法設(shè)計(jì)一個(gè)Butterworth低通數(shù)字濾波器，使其特征逼近一個(gè)低通Butterworth模擬濾波器的下列性能指標(biāo)，通帶截止頻率Wp=2*pi*2000rad/s,通帶波紋Rp小于3dB,阻帶邊界頻率為Ws=2*pi*3000rad/s阻帶衰減大于15dB,采樣頻率Fs=10000;z，假設(shè)一個(gè)信號(hào)x(t)=sin（2*pi*f1*t）

+0.5*cos(2*pi*f2*t)，其中f1=1000Hz,f2=4000Hz,試將原信號(hào)與通過(guò)該濾波器的輸出信號(hào)進(jìn)行比較。

wp=2000*2*pi;%濾波器截止頻率

ws=3000*2*pi;

rp=3;rs=15;%通帶波紋和阻帶衰減

fs=10000;%采樣頻率

Nn=128;

[N,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');%模擬濾波器的最小階數(shù)

[z,p,k]=buttap(N);%設(shè)計(jì)模擬低通濾波器原型

[Bap,Aap]=zp2tf(z,p,k);%將零極點(diǎn)形式轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)形式

[b,a]=lp2lp(Bap,Aap,wn);%進(jìn)行頻率變換

[bz,az]=impinvar(b,a,fs);%應(yīng)用脈沖相應(yīng)不變法得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù) figure(1);

[h,f]=freqz(bz,az,Nn,fs);%畫出數(shù)字濾波器的幅頻特性和相頻特性 subplot(2,1,1),plot(f,20*log10(abs(h)));

xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅/dB');grid on;

subplot(2,1,2),plot(f,180/pi*unwrap(angle(h)));

xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅/^o');grid on;

figure(2);

f1=1000;f2=4000;%輸入信號(hào)的頻率

N=100;%數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

dt=1/fs;n=0:N-1;t=n*dt;%采樣間隔和時(shí)間序列

x=sin(2*pi*f1*t)+0.5*cos(2*pi*f2*t);%濾波器輸入信號(hào)

subplot(2,1,1),plot(t,x),title('輸入信號(hào)')%畫出輸入信號(hào)

%y=filtfilt(bz,az,x);

y1=filter(bz,az,x);%用上面設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)輸入信號(hào)濾波

subplot(2,1,2),plot(t,y1,'r-'),title('輸出信號(hào)'),xlabel('時(shí)間/s');legend('filter')

五、實(shí)驗(yàn)習(xí)題

用脈沖相應(yīng)不變法設(shè)計(jì)一個(gè)Butterworth低通數(shù)字濾波器，通帶頻率為0=

六，實(shí)驗(yàn)結(jié)果