精品基于matlab数字滤波器的毕业论文论文.docx
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精品基于matlab数字滤波器的毕业论文论文
摘要:
利用MATLAB设计滤波器,可以按照设计要求非常方便地调整设计参数,极大地减轻了设计的工作量,有利于滤波器设计的最优化。
Matlab因其强大的数据处理功能被广泛应用于工程计算,其丰富的工具箱为工程计算提供了便利,利用Matlab信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器,设计简单方便。
本文介绍了在MATLABR2009a环境下滤波器设计的方法和步骤。
关键词:
滤波器,matlab,fdatool
Abstract:
ByusingMATLAB,wecandesignfiltersandmodifythefilters’parametersconvenientlyaccordingtoourdemands.Thisrelievesgreatlydesignworkloadsandmakesforoptimizationoffilterdesigning.Matlabcanbewidelyusedinengineeringcalculationsbecauseofitspowerfulfunctionsofdataprocessing.Itsrichtoolboxmakesthecalculationseasy.WithMatlabsignalprocessingtoolbox,variousdigitalfilterscanbedesignedeffectivelyinsimpleway.ThisarticleintroducethemethodsandprocessesinthecircumstanceofMATLABR2009a.
Keywords:
filter,matlab,fdatool
目录
1引言:
4
2滤波器简介4
2.1滤波器的概念4
2.2滤波器的发展过程5
2.3滤波器的原理5
2.4滤波器的分类6
3MATLAB简介9
3.1MATLAB的概况9
3.2MATLAB产生的历史背景9
3.3MATLAB的语言特点11
3.4MTALAB的功能12
4方案设计14
4.1巴特沃斯IIR滤波器的设计14
4.2契比雪夫I型IIR滤波器的设计15
4.3数字滤波器的设计15
4.4数字滤波器simulink仿真及实现25
结论30
参考文献31
致谢32
1引言:
与模拟滤波器相对应,在离散系统中广泛应用数字滤波器。
它的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形或频率进行加工处理。
或者说,把输入信号变成一定的输出信号,从而达到改变信号频谱的目的。
数字滤波器一般可以用两种方法来实现:
一种方法是用数字硬件装配成一台专门的设备,这种设备称为数字信号处理机;另一种方法就是直接利用通用计算机,将所需要的运算编成程序让通用计算机来完成,即利用计算机软件来实现。
模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置。
例如:
带通滤波器用作频谱分析仪中的选频装置;低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗频混滤波;高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声;带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器,等等。
MATLAB是由美国Mathworks公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环境。
MATLAB是英文MATrixLABoratory(矩形实验室)的缩写。
在MATLAB环境下,用户可以集成地进行程序设计,数值计算,图形绘制,输入输出,文件管理等各项操作。
除此之外,MATLAB还具有很强的功能扩展能力,与它的主系统一起,可以配备各种各样的工具箱,以完成一些特定的任务。
目前,Mathworks公司推出了18种工具箱。
用户可以根据自己的工作任务,开发自己的工具箱。
2滤波器简介
2.1滤波器的概念
滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件,将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流电。
您可以通过基本的滤波器积木块----二阶通用滤波器传递函数,推导出最通用的滤波器类型:
低通、带通、高通、帯阻和椭圆型滤波器。
传递函数的参数——f0、d、Little敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景.同年,他和CleveMoler,SteveBangert一起,用C语言开发了第二代专业版.这一代的MATLAB语言同时具备了数值计算和数据图示化的功能.
1984年,CleveMoler和JohnLittle成立了MathWorks公司,正式把MATLAB推向市场,并继续进行MATLAB的研究和开发.
在当今30多个数学类科技应用软件中,就软件数学处理的原始内核而言,可分为两大类.一类是数值计算型软件,如MATLAB,Xmath,Gauss等,这类软件长于数值计算,对处理大批数据效率高;另一类是数学分析型软件,Mathematica,Maple等,这类软件以符号计算见长,能给出解析解和任意精确解,其缺点是处理大量数据时效率较低.MathWorks公司顺应多功能需求之潮流,在其卓越数值计算和图示能力的基础上,又率先在专业水平上开拓了其符号计算,文字处理,可视化建模和实时控制能力,开发了适合多学科,多部门要求的新一代科技应用软件MATLAB.经过多年的国际竞争,MATLAB以经占据了数值软件市场的主导地位.
在MATLAB进入市场前,国际上的许多软件包都是直接以FORTRANC语言等编程语言开发的。
这种软件的缺点是使用面窄,接口简陋,程序结构不开放以及没有标准的基库,很难适应各学科的最新发展,因而很难推广。
MATLAB的出现,为各国科学家开发学科软件提供了新的基础。
在MATLAB问世不久的80年代中期,原先控制领域里的一些软件包纷纷被淘汰或在MATLAB上重建。
时至今日,经过MathWorks公司的不断完善,MATLAB已经发展成为适合多学科,多种工作平台的功能强大大大型软件。
在国外,MATLAB已经经受了多年考验。
在欧美等高校,MATLAB已经成为线性代数,自动控制理论,数理统计,数字信号处理,时间序列分析,动态系统仿真等高级课程的基本教学工具;成为攻读学位的大学生,硕士生,博士生必须掌握的基本技能。
在设计研究单位和工业部门,MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。
在国内,特别是工程界,MATLAB一定会盛行起来。
可以说,无论你从事工程方面的哪个学科,都能在MATLAB里找到合适的功能。
3.3MATLAB的语言特点
一种语言之所以能如此迅速地普及,显示出如此旺盛的生命力,是由于它有着不同于其他语言的特点,正如同FORTRAN和C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样,被称作为第四代计算机语言的MATLAB,利用其丰富的函数资源,使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。
MATLAB最突出的特点就是简洁。
MATLAB用更直观的,符合人们思维习惯的代码,代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。
MATLAB给用户带来的是最直观,最简洁的程序开发环境。
以下简单介绍一下MATLAB的主要特点:
a.语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数极其丰富。
MATLAB程序书写形式自由,利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务,压缩了一切不必要的编程工作。
由于库函数都由本领域的专家编写,用户不必担心函数的可靠性。
可以说,用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。
b.运算符丰富。
由于MATLAB是用C语言编写的,MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符,灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。
c.MATLAB既具有结构化的控制语句(如for循环,while循环,break语句和if语句),又有面向对象编程的特性。
d.程序限制不严格,程序设计自由度大。
例如,在MATLAB里,用户无需对矩阵预定义就可使用。
e.程序的可移植性很好,基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。
f.MATLAB的图形功能强大。
在FORTRAN和C语言里,绘图都很不容易,但在MATLAB里,数据的可视化非常简单。
MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。
g.MATLAB的缺点是,它和其他高级程序相比,程序的执行速度较慢。
由于MATLAB的程序不用编译等预处理,也不生成可执行文件,程序为解释执行,所以速度较慢。
toolbox等。
这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的,所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序,而直接进行高、精、尖的研究。
j.源程序的开放性。
开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。
除内部函数以外,所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件,用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。
3.4MTALAB的功能
MATLAB包含的内容非常丰富,功能强大,可以概括为以下几个方面:
a.可以在多种操作系统下运行,如DOS、WindowsNT、CompaqAlpha、LinuxSunSolaris等。
b.有超过500种的数学、统计、科学及工程方面的函数,使用简单快捷,并且有很强的用户自定义函数的能力。
c.有强大的图形绘制和可视化功能,可以进行视觉数据处理和分析,进行图形、图像的显示及编辑,能够绘制二维、三维图形,使用户可以制作高质量的图形,从而写出图文并茂的文章。
d.有和用其他高级语言(如C,C++,FORTRAN,JAVA)编写的外部程序相接口的能力,也可把MATLAB程序转换成上述高级语言的子程序。
e.有从外部文件及外部硬件设备读入数据的能力。
f.有丰富的网络资源,从相关的Web网站可以直接获得全套的MATLAB联机帮助文件和说明书的电子文档,还可以获得各类技术支持与帮助。
g.有丰富的工具箱〔toolbox〕。
各个领域的专家学者将众多学科领域中常用的算法编写为一个个子程序,即m文件,这些m文件包含在一个个工具箱中。
其工具箱可以分为两大类,即功能性工具箱和科学性工具箱。
功能性工具箱主要用来扩充MATLAB的符号计算、图形可视化、建模仿真、文字处理等功能以及与硬件实时交互的功能。
学科性工具箱是按学科领域来分类的,如信号处理、控制、通信、神经网络图像处理、系统辨识、鲁棒控制、模糊逻辑、小波等工具箱。
MATLAB中的信号处理工具箱内容丰富,使用简便。
在数字信号处理中常用的算法,如FFT,卷积,相关,滤波器设计,参数模型等,几乎都只用一条语句即可调用。
数字信号处理常用的函数有波形的产生、滤波器的分析和设计、傅里叶变换、Z变换等,如:
波形产生:
sawtooth(锯齿波或三角波)
Diric(Dirichlet或周期sinc函数)
rand(白噪声信号波形)
square(方波)
sinc(sinc或函数)
chirp(chirp信号波形)
滤波器的分析:
abs(求幅值)
angle(求相角)
conv(求卷积)
freqz(数字滤波器频率响应)
impz(数字滤波器的冲击响应)
zplane(数字系统零极点图)
IIR滤波器设计:
butter(巴特沃思数字滤波器)
cheby1(切比雪夫I型)
cheby2(切比雪夫II型)
maxflat(最平滤波器)
ellip(椭圆滤波器)
yulewalk(递归数字滤波器)
bilinear(双线性变换)
impinvar(冲激响应不变法)
FIR滤波器设计:
triang(三角窗)
blackman(布莱克曼窗)
boxcar(矩形窗)
Wn,ftype)其中n代表滤波器阶数,Wn代表滤波器的截止频率,这两个参数可使用buttord函数来确定。
buttord函数可在给定滤波器性
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