实验七IIR数字滤波器设计及应用.doc
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实验七IIR数字滤波器设计及应用.doc
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本科学生验证性实验报告
学号114090523姓名罗朝斌
学院物理与电子信息专业、班级11光电子
实验课程名称数字信号处理
教师及职称杨卫平(教授)
开课学期2013至2014学年下学期
填报时间2014年5月26日
云南师范大学教务处编印
一、实验设计方案
实验序号
七
实验名称
IIR数字滤波器设计及应用
实验时间
2014年5月26日
实验室
同析三栋313
1.实验目的
加深理解IIR数字滤波器的特性,掌握IIR数字滤波器的设计原理与设计方法,以及IIR数字滤波器的应用。
2.实验原理、实验流程或装置示意图
N阶IIR数字滤波器的系统函数为:
IIR数字滤波器的设计主要通过成熟的模拟滤波器设计方法来实现:
将数字滤波器设计指标转换为模拟滤波器设计指标,设计出相应的模拟滤波器H(s),再经过脉冲响应不变法或双线性变换法得到所需的IIR数字滤波器H(z)。
IIR数字滤波器设计的重要环节是模拟原型低通滤波器的设计,主要包括Butterworth、Chebyshev和椭圆等滤波器。
MATLAB信号处理工具箱中提供了IIR滤波器设计的函数。
IIR滤波器阶数选择
buttord-巴特沃斯(Butterworth)滤波器阶数选择。
cheb1ord-切比雪夫(Chebyshev)I型滤波器阶数选择。
cheb2ord-切比雪夫(Chebyshev)II型滤波器阶数选择。
ellipord-椭圆(Elliptic)滤波器阶数选择。
IIR滤波器设计
butter-巴特沃斯(Butterworth)滤波器设计
cheby1-切比雪夫(Chebyshev)I型滤波器设计
cheby2-切比雪夫(Chebyshev)II型滤波器设计
ellip-椭圆(Elliptic)滤波器设计
maxflat-通用的巴特沃斯(Butterworth)低通滤波器设计
yulewalk-Yule-Walker滤波器设计(直接数字滤波器设计法)
1.Butterworth滤波器设计
Butterworth滤波器是通带、阻带都单调衰减的滤波器。
(1)调用buttord函数确定巴特沃斯滤波器的阶数,格式为[N,Wc]=buttord(Wp,Ws,Ap,As)
输入参数:
Ap,As为通带最大衰减和阻带最小衰减,以dB为单位。
Wp,Ws为归一化通带截频和阻带截频,0 输出参数: N为滤波器的阶数;Wc为截频,0 (2)调用butter函数设计出巴特沃斯滤波器,格式为[b,a]=butter(N,Wc,options) 输入参数: N和Wc是buttord函数返回的参数,含义见上。 Options=’low’,’high’,’bandpass’,’stop’,分别对应低通、高通、带通、带阻,默认情况下为低通或带通。 输出参数: b和a为设计出的IIR数字滤波器H(s)的分子多项式和分母多项式的系数矩阵。 2. (1)ChebyshevI型滤波器设计 ChebyshevI型滤波器为通带纹波控制器: 在通带呈现纹波特性,在阻带单调衰减。 [N,Wc]=cheb1ord(Wp,Ws,Ap,As) [b,a]=cheby1(N,Ap,Wc,options) 参数含义与butter中参数一致。 2. (2)ChebyshevII型滤波器设计 ChebyshevII型滤波器为阻带纹波控制器: 在阻带呈现纹波特性。 [N,Wc]=cheb2ord(Wp,Ws,Ap,As) [b,a]=cheby2(N,As,Wc,options) 3.椭圆滤波器设计 椭圆滤波器在通阻带都呈现纹波特性。 [N,Wc]=ellipord(Wp,Ws,Ap,As) [b,a]=ellip(N,Ap,As,Wc,options) 3.实验设备及材料 装有Matlab的计算机一台 4.实验方法步骤及注意事项 利用Matlab中的函数分析并绘出常用基本信号的波形。 注意事项: (1)在使用MATLAB时应注意中英输入法的切换,在中文输入法输入程序时得到的程序是错误的; (2)MATLAB中两个信号相乘表示为x.*u,中间有个‘.’,同样两个信号相除也是如此; (3)使用MATLAB编写程序时,应新建一个m文件,而不是直接在Comandante窗口下编写程序; 在使用MATLAB编程时,应该养成良好的编写习惯。 5.实验数据处理方法 比较法画图法 6.参考文献 陈后金,等.《数字信号处理》.2版【M】.北京: 高等教育出版社,2010 张德丰,等.《MATLAB数值计算与方法》.北京: 机械工业出版社,2010 二.实验报告 1.实验现象与结果 1.信号,确定设计指标,实现各种IIR数字滤波器以实现以下信号处理。 (1)设计IIR低通滤波器,滤除的成分。 %低通滤波器 [N,Wc]=buttord(0.250,0.677,3,60) [b,a]=butter(N,Wc,'low') freqz(b,a); axis([0,1,-120,0]); gridon title('巴特沃斯低通数字滤波器') (2)设计IIR高通滤波器,滤除的成分。 %高通滤波器 [N,Wc]=buttord(0.250,0.677,3,60) [b,a]=butter(N,Wc,'high') freqz(b,a); axis([0,1,-120,0]); gridon title('巴特沃斯高通数字滤波器') (3)设计IIR带通滤波器,滤除的成分 %带通滤波器 Wp=[0.250.67];Ws=[0.25-0.030.67+0.03]; Rp=3;Rs=60; [N,Wc]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) [b,a]=butter(N,Wc,'bandpass') freqz(b,a); axis([0,1,-120,0]); gridon title('巴特沃斯带通数字滤波器') N= 40 Wc= 0.24990.6701 b= Columns1through7 0.00000-0.000000.00000-0.0000 Columns8through14 00.00000-0.000000.00000 Columns15through21 -0.000000.00000-0.000100.0003 Columns22through28 0-0.000700.00170-0.00370 Columns29through35 0.00720-0.012500.01950-0.0276 Columns36through42 00.03530-0.040800.04290 Columns43through49 -0.040800.03530-0.027600.0195 Columns50through56 0-0.012500.00720-0.00370 Columns57through63 0.00170-0.000700.00030-0.0001 Columns64through70 00.00000-0.000000.00000 Columns71through77 -0.000000.00000-0.000000.0000 Columns78through81 0-0.000000.0000 a= 1.0e+005* Columns1through7 0.0000-0.00010.0003-0.00110.0030-0.00740.0160 Columns8through14 -0.03180.0585-0.10080.1637-0.25190.3692-0.5174 Columns15through21 0.6952-0.89801.1176-1.34271.5597-1.75421.9125 Columns22through28 -2.02342.0794-2.07732.0188-1.90981.7596-1.5798 Columns29through35 1.3828-1.18030.9828-0.79850.6332-0.49020.3705 Columns36through42 -0.27340.1970-0.13860.0953-0.06390.0419-0.0268 Columns43through49 0.0167-0.01020.0061-0.00350.0020-0.00110.0006 Columns50through56 -0.00030.0002-0.000
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- 实验 IIR 数字滤波器 设计 应用