dsp論文-二階帶通濾波器 22

PAGE1信號處理課程設(shè)計(jì)題目二階帶通濾波器學(xué)院通信與電子工程學(xué)院專業(yè)班級電子097班學(xué)生姓名方長鑫指導(dǎo)教師王發(fā)智2012年12月25日PAGEPAGE22摘要濾波是將信號中特定波段頻率進(jìn)行濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。其在信號處理中使用非常廣泛。所謂濾波器，就是對特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路。模擬濾波器的理論和設(shè)計(jì)方法相當(dāng)成熟，設(shè)計(jì)時(shí)可以選用典型的模擬濾波器，如巴特沃斯濾波器、契比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器、貝賽爾濾波器等，它們有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)公式和現(xiàn)成的曲線和圖表可供參考，巴特沃斯濾波器具有單調(diào)下降的幅頻特性；切比雪夫?yàn)V波器的幅頻特性在通帶和阻帶內(nèi)有波動(dòng)，可以提高選擇性。MATLAB語言及其工具箱，其將一個(gè)優(yōu)秀軟件包的易用性與可靠性，通用性和專業(yè)性，以及一般目的的應(yīng)用和高深的專業(yè)應(yīng)用近乎完美地集成在一起。并憑借其功能強(qiáng)大，技術(shù)先進(jìn)和應(yīng)用之深廣，使其逐漸成為國際性的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，為世界各地超過20萬名科學(xué)家和工程師所采用。利用MATLAB軟件，可以使濾波器的設(shè)計(jì)比較簡單易于實(shí)現(xiàn)，因此，本文借助MATLAB軟件來進(jìn)行應(yīng)用研究。本文是基于模擬低通濾波器的原型，通過巴特沃斯、切比雪夫I、切比雪夫II型的具體算法來實(shí)現(xiàn)模擬帶阻濾波器的設(shè)計(jì)，并通過和直接利用MATLAB軟件中已經(jīng)成熟的函數(shù)實(shí)現(xiàn)的方法相比較，以驗(yàn)證理論學(xué)習(xí)過程中的相關(guān)算法的正確性，同時(shí)也顯示該軟件在仿真中的強(qiáng)大功能，表明模擬濾波器的設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟和高效率，而且結(jié)果穩(wěn)定、可靠。我們堅(jiān)信：隨著MATLAB軟件在信息技術(shù)中的不斷推廣和使用，將會(huì)使科技工程人員從各類煩瑣的計(jì)算工作中解脫出來，有時(shí)間斯考和研究更重要的問題，這必將為科技的進(jìn)步起到巨大的推動(dòng)作用。關(guān)鍵字：MATLAB軟件，巴特沃斯濾波器，切比雪夫?yàn)V波器

AbstractFilteringistosignalaparticularbandfrequencyfilteringoperation,istopreventinterferencesuppressionandoneofthemostimportantmeasures.Thesignalprocessingiswidelyusedin.Theso-calledfilter,isonaparticularfrequencyfrequencypointorthefrequencypointoutsideofthefrequencyeffectivelyfiltercircuit.Analogfiltertheoryanddesignmethodisquitemature,designcanchoosetypicalanalogfilter,suchasbutterworthfilter,chebyshevfilters,ellipticfilter,beisaierfilterandsoon,theyhavestrictdesignformulaandready-madecurveandchartsforreference,butterworthfilterhasthemonotonedeclineamplitudefrequencycharacteristics;Chebyshevfiltertheamplitude-frequencycharacteristicsofthepassbandandstop-bandfluctuationsin,canimprovetheselective.MATLABlanguageanditstoolbox,whichwouldbeagoodpackageofusabilityandreliability,generalityandprofessional,andgeneralpurposeapplicationsandadvancedprofessionalapplicationalmostperfectlyintegratesintogether.Andwithitspowerful,advancedtechnologyandapplicationofthedepth,makeitsbecomeinternationalcalculationstandardforallovertheworldmorethan200000scientistsandengineersuse.UsingMATLABsoftware,canmakethedesignoffilterrelativelysimpleeasytorealize,therefore,thispapermakesuseoftheMATLABsoftwaretocarryouttheapplicationresearch.Thispaperisbasedonthesimulationoflowpassfilterprototype,throughthebutterworth,chebyshevI,chebyshevtypeIIconcretealgorithmtosimulatethebandstopfilterdesign,andthroughanddirectuseofMATLABsoftwarehasbeenmaturefunction．Keywords：MATLAB，Butterworthfilter，Chebyshevfilter

目錄TOC\o"1-3"\u摘要 2Abstract……………………..31模擬帶通濾波器設(shè)計(jì) 51.1概述 51.2濾波器的分析 51.3工作原理 52二階低通濾波器的設(shè)計(jì)及制作 72.1二階帶通濾波器設(shè)計(jì) 72.1.1原理圖設(shè)計(jì)分析（見附錄） 72.1.2電路PCB（見附錄） 72.1.3中心頻率的計(jì)算 82.1.4芯片介紹 93基于MatlabGUI的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn) 113.1GUI界面設(shè)計(jì)概述 113.1.1、控件風(fēng)格和外觀 123.1.2

對象的常規(guī)信息 123.1.3控件回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行 133.1.4、控件當(dāng)前狀態(tài)信息 133.1.5IIR濾波器簡介 153.1.6IIR濾波器設(shè)計(jì)原理 153.1.7IIR濾波器設(shè)計(jì)思想 153.1.8利用完全設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的步驟： 163.2運(yùn)行和結(jié)果顯示 164總結(jié) 20謝辭 21附錄 22第1章模擬帶通濾波器設(shè)計(jì)1.1概述帶通濾波器是指能通過某一頻率范圍內(nèi)的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器，與帶阻濾波器的概念相對。一個(gè)模擬帶通濾波器的例子是電阻-電感-電容電路(RLCcircuit)。這些濾波器也可以用低通濾波器同高通濾波器組合來產(chǎn)生.無源濾波器通常由RLC元件組成，有源濾波器有電阻，電容和運(yùn)算放大器組成。1.2濾波器的分析濾波器按元件分類分為無源濾波器和有源濾波器兩種：（1）無源濾波器：由電感L、電容C及電阻R等無源元件組成。（2）有源濾波器：一般由集成運(yùn)放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于集成運(yùn)放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用，利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號，衰減無用頻率的信號，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測量及控制技術(shù)中的小信號處理。濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性越好，但RC網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計(jì)算越繁瑣，電路的調(diào)試越困難。任何高階濾波器都可由一階和二階濾波器級聯(lián)而成。對于N階為偶數(shù)的高階濾波器，可以由N/2節(jié)二階濾波器級聯(lián)而成；而N為奇數(shù)的高階濾波器可以由(N-1)/2節(jié)二階濾波器和一節(jié)一階濾波器級聯(lián)而成，因此一階濾波器和二階濾波器是高階濾波器的基礎(chǔ)。1.3工作原理一個(gè)理想的濾波器應(yīng)該有一個(gè)完全平坦的通帶，例如在通帶內(nèi)沒有增益或者衰減，并且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉，另外，通帶外的轉(zhuǎn)換在極小的頻率范圍完成。實(shí)際上，并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠?qū)⑵谕l率范圍外的所有頻率完全衰減掉，尤其是在所要的通帶外還有一個(gè)被衰減但是沒有被隔離的范圍。這通常稱為濾波器的滾降現(xiàn)象，并且使用每十倍頻的衰減幅度dB來表示。通常，濾波器的設(shè)計(jì)盡量保證滾降范圍越窄越好，這樣濾波器的性能就與設(shè)計(jì)更加接近。然而，隨著滾降范圍越來越小，通帶就變得不再平坦—開始出現(xiàn)“波紋”。這種現(xiàn)象在通帶的邊緣處尤其明顯，這種效應(yīng)稱為吉布斯現(xiàn)象。除了電子學(xué)和信號處理領(lǐng)域之外，帶通濾波器應(yīng)用的一個(gè)例子是在大氣科學(xué)領(lǐng)域，很常見的例子是使用帶通濾波器過濾最近3到10天時(shí)間范圍內(nèi)的天氣數(shù)據(jù)，這樣在數(shù)據(jù)域中就只保留了作為擾動(dòng)的氣旋。在頻帶較低的剪切頻率f1和較高的剪切頻率f2之間是共振頻率，這里濾波器的增益最大，濾波器的帶寬就是f2和f1之間的差值。第2章二階低通濾波器的設(shè)計(jì)及制作2.1二階帶通濾波器設(shè)計(jì)由上概論可知，任何高階濾波器都可由一階和二階濾波器級聯(lián)而成。對于N階為偶數(shù)的高階濾波器，可以由N/2節(jié)二階濾波器級聯(lián)而成；而N為奇數(shù)的高階濾波器可以由(N-1)/2節(jié)二階濾波器和一節(jié)一階濾波器級聯(lián)而成，因此一階濾波器和二階濾波器是高階濾波器的基礎(chǔ)?？墒请y度也會(huì)越加困難。所以，現(xiàn)在選擇二階電路來設(shè)計(jì)此帶通濾波器。2.1.1原理圖設(shè)計(jì)分析圖2.1電路原理圖2.1.2芯片介紹本次試驗(yàn)主要用到的元器件有LM358，其內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。1.1.內(nèi)部頻率補(bǔ)償直流電壓增益高(約100dB)單位增益頻帶寬(約1MHz)2.電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)；雙電源(±1.5一±15V)低功耗電流，適合于電池供電3.低輸入偏流低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流共模輸入電壓范圍寬，包括接地差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍4.輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V)圖2.4LM358管腳圖2.1.3中心頻率的計(jì)算（a）電路圖(b)幅頻特性圖2.2電路圖以及幅頻特性

工作原理：這種濾波器的作用是只允許在某一個(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級改成高通而成。如圖1（a）所示。

電路性能參數(shù)1、通帶增益

2、中心頻率

3、通帶寬度

4、選擇性

Q=f0/B5、本次濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)：此電路的優(yōu)點(diǎn)是改變Rf和R4的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。由上所有公式，可以確定本次試驗(yàn)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

（1）、通帶中心頻率

f0=11khz（2）、品質(zhì)因數(shù)Q=1.1（3）、有此可得帶寬B=f0/Q=10KHZ（4）、通帶中心頻率處的電壓放大倍數(shù)：A0=2.42.2濾波器濾波效果為測試帶通濾波器的性能，我用試驗(yàn)數(shù)據(jù)做出曲線圖，與用MATLAB軟件生成的曲線做比較。并且在實(shí)際設(shè)計(jì)的濾波器中，也有一些的電路干擾，所以曲線不會(huì)很平滑。表2.3帶通濾波器測試數(shù)據(jù)電壓峰峰值頻率電壓峰峰值頻率電壓峰峰值頻率0.650.928.90.9612.80.635.30.9459.20.94513.10.6655.60.9659.50.93513.40.6855.90.989.80.9213.70.7056.20.9910.10.895140.7256.5110.40.87514.30.756.8110.70.8514.60.7757.11110.82514.90.8057.4111.30.80515.20.827.7111.60.7815.50.84580.99511.90.75515.80.8758.30.9912.20.7250.97512.50.69516.4圖2.4帶通濾波器實(shí)際測試幅頻特性曲線圖2.5帶通濾波器理想幅頻特性曲線第3章基于MatlabGUI的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)3.1GUI界面設(shè)計(jì)概述GUI設(shè)計(jì)面板是GUI設(shè)計(jì)工具應(yīng)用的平面，面板上部提供了菜單和常用工具按鈕，左邊提供了多種如命令按鈕、單選按鈕、可編輯文本框、靜態(tài)文本框、彈出式菜單等。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),首先單擊面板左邊所需的控件,然后在右邊的圖形界面編輯區(qū)中再次單擊某一恰當(dāng)位置,這時(shí)將在該位上為圖形界面添加相應(yīng)的控件。一個(gè)圖形界面的完成,除了設(shè)計(jì)其外觀外,還有相當(dāng)?shù)囊徊糠质峭ㄟ^屬性的設(shè)來完成的。因此在設(shè)置這些屬性時(shí),要注意下面幾個(gè)常用又很重要的屬性設(shè)置：3.1.1、控件風(fēng)格和外觀（1）BackgroundColor：設(shè)置控件背景顏色，使用[RGB]或顏色定義。（2）CData：在控件上顯示的真彩色圖像，使用矩陣表示。（3）ForegroundColor：文本顏色（4）String屬性：控件上的文本，以及列表框和彈出菜單的選項(xiàng)。（5）Visible：控件是否可見。3.1.2

對象的常規(guī)信息

（1）Enable屬性：表示此控件的使能狀態(tài)，設(shè)置為on”，表示可選，為“off”時(shí)則表示不可選。（2）Style：控件對象類型。（3）Tag：控件表示（用戶定義）。（4）TooltipString屬性：提示信息顯示。當(dāng)鼠標(biāo)指針位于此控件上時(shí)，顯示提示信息。（5）UserData：用戶指定數(shù)據(jù)。（6）Position：控件對象的尺寸和位置。（7）Units：設(shè)置控件的位置及大小的單位（8）有關(guān)字體的屬性，如FontAngle，F(xiàn)ontName等。

3.1.3控件回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行（1）BusyAction：處理回調(diào)函數(shù)的中斷。有兩種選項(xiàng)：即Cancel：取消中斷事件，queue：排隊(duì)（默認(rèn)設(shè)置）。（2）ButtonDownFcn屬性：按鈕按下時(shí)的處理函數(shù)。（3）CallBack屬性：是連接程序界面整個(gè)程序系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)性功能的紐帶。該屬性值應(yīng)該為一個(gè)可以直接求值的字符串，在該對象被選中和改變時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)地對字符串進(jìn)行求值。（4）CreateFcn：在對象產(chǎn)生過程中執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)。（5）DeleteFcn：刪除對象過程中執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)。（6）Interruptible屬性：指定當(dāng)前的回調(diào)函數(shù)在執(zhí)行時(shí)是否允許中斷，去執(zhí)行其他的函數(shù)。3.1.4、控件當(dāng)前狀態(tài)信息（1）ListboxTop：在列表框中顯示的最頂層的字符串的索引（2）Max：最大值。（3）Min：最小值。（4）Value：控件的當(dāng)前值。應(yīng)用MATLAB制作這樣一個(gè)過程是非常方便的,我們可以通過GUI操作來看到。該環(huán)境下要設(shè)計(jì)一個(gè)界面友好的仿真軟件，一般應(yīng)完成以下兩個(gè)步驟：（1）GUI界面設(shè)計(jì)。主要是通過不同的文本框、按鈕等許多工具的使用，設(shè)計(jì)出一個(gè)圖形用戶界面。要清楚這個(gè)圖形界面的功能是什么，即在圖形界面上的操作會(huì)引發(fā)什么樣的結(jié)果。（2）回調(diào)函數(shù)的設(shè)計(jì)。用戶應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)好的圖形界面的功能，針對各個(gè)不同的圖形對象來編寫出能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的函數(shù)代碼，確保這個(gè)圖形界面能夠完成所預(yù)定的功能。圖3.1.1GUI設(shè)計(jì)圖形界面其中，設(shè)計(jì)的分析菜單包括濾波器的幅頻特性、相頻特性、階躍響應(yīng)、脈沖相應(yīng)和零相應(yīng)和零計(jì)的分析菜單包括濾波器的幅頻特性、相頻特性、階躍響應(yīng)、脈沖相應(yīng)和零極點(diǎn)子菜單，計(jì)算菜單包括階數(shù)、零點(diǎn)、極點(diǎn)、增益、轉(zhuǎn)移函數(shù)(分子)和轉(zhuǎn)移函數(shù)(分母)子菜單。圖3.1.2運(yùn)行顯示界面3.1.5IIR濾波器簡介IIR濾波器即無限長脈沖響應(yīng)（InfiniteImpulseResponse）濾波器，它具有反饋，一般認(rèn)為具有無限的脈沖響應(yīng)。IIR濾波器為非線性相位（雙線性變換法），對于非線性相位會(huì)造成的影響。IIR數(shù)字濾波器方便簡單，但它相位的線性，要采用全通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位校正。圖象處理以及數(shù)據(jù)傳輸，都要求信道具有線性相位特性.有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器具有很好的線性相位特性，因此越來越受到廣泛的重視。3.1.6IIR濾波器設(shè)計(jì)原理濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是尋找一個(gè)既能物理實(shí)現(xiàn)，又能滿足給定頻率特性指標(biāo)要求的系統(tǒng)傳輸函數(shù)。IIR濾波器一般采用遞歸型的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的輸入輸出服從N階差分方程：（1-2）相應(yīng)的傳遞函數(shù)：（1-3）設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器是要確定傳點(diǎn)函數(shù)a、b或零極點(diǎn)c、d、A，使濾波器的頻率特性滿足給定的性能指標(biāo)要求。設(shè)計(jì)原理主要包括兩個(gè)方面：一是根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，先設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模擬濾波器再通過脈沖響應(yīng)不變法或雙線性變換法轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字濾波器；二是選擇一種優(yōu)準(zhǔn)則，如最小均方準(zhǔn)則，再在先最誤差此準(zhǔn)則下求出濾波器傳輸函數(shù)的系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)理論，在MATLAB環(huán)境下設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器主要有四種方法：一是典型設(shè)計(jì)法,二是完全設(shè)計(jì)法；三是最優(yōu)設(shè)計(jì)法；四是工具設(shè)計(jì)法。由于完全設(shè)計(jì)法程序簡單，因此使用完全設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)濾波器。3.1.7IIR濾波器設(shè)計(jì)思想IIR濾波器設(shè)計(jì)思想是：利用已有的模擬濾波器設(shè)計(jì)理論，首先設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)合適的模擬濾器，然后再通過脈沖響應(yīng)不變法或雙線性變換法，完成從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換。常用的模擬濾波器有巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器等，這些濾波器各有特點(diǎn)，供不同設(shè)計(jì)要求選用。濾波器的模擬數(shù)字變換，通常是復(fù)變函數(shù)的映射變換，也必須滿足一定的要求。由于數(shù)字濾波器傳輸函數(shù)只與頻域的相對值有關(guān)，故在設(shè)計(jì)時(shí)可先將濾波器設(shè)計(jì)歸一化處理，設(shè)采樣頻率為Fs,歸一化頻率的計(jì)算公式是：（1-6）3.1.8利用完全設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的步驟：將設(shè)計(jì)指標(biāo)歸一化處理。(1)根據(jù)歸一化頻率，確定最小階數(shù)N和頻率參數(shù)Wn。可供選用的階數(shù)選擇函數(shù)：buttord、cheb1ord、cheb2ord，ellipord.(2)運(yùn)用最小階數(shù)N設(shè)計(jì)模擬濾波器原型。根據(jù)最小階數(shù)直接設(shè)計(jì)模擬低通濾波器原型，用到的函數(shù)有：buttord、cheb1ord、cheb2ord，ellip和bessel。如[B、A]=butter(N、Wn、“”)設(shè)計(jì)‘type’型巴特沃斯濾波器filter。N為濾波器階數(shù)，Wc為截止頻率，type決定濾波器類型，type=high,設(shè)計(jì)高通IIR濾波器，ftype=stop,設(shè)計(jì)帶阻IIR濾波器。(3)再用freqz函數(shù)驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。IIR濾波器設(shè)計(jì)編程實(shí)現(xiàn)例如選擇設(shè)計(jì)IIR的Butterworth低通濾波器，其中Fs=5000Hz,Fp1=500Hz,Fs=1200Hz.Rp=2dB；Rs=20Db.程序和效果圖（圖9）所示3.2運(yùn)行和結(jié)果顯示1運(yùn)行和結(jié)果顯示在圖形界面下,按“運(yùn)行”,出現(xiàn)如圖15所示界面，選擇要設(shè)計(jì)的濾波器選項(xiàng)，編輯框中輸人要求設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的性能指標(biāo),,選擇“Run”命令按鈕,出現(xiàn)如圖所示的模擬低通原型濾波器幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)曲線,最小階次。當(dāng)選擇了“AutoRun”按鈕，在“濾波器類型選擇”旁的下拉菜單框中選擇其他類型的濾波器會(huì)立刻出現(xiàn)此類型的濾波器的圖形。例如選擇設(shè)計(jì)IIR的Butterworth低通濾波器，其Fs=1000Hz，F(xiàn)p1=100Hz，F(xiàn)s1=300Hz,Rp=3dB,Rs=20dB,n=4,顯示如圖16圖3.2.1Butterworth低通濾波器顯示不同濾波器的顯示結(jié)果1、選擇設(shè)計(jì)IIR低通濾波器，其Fs=1000Hz，F(xiàn)p1=100Hz，F(xiàn)s1=300Hz,Rp=3dB,Rs=20dB,n=4,利用四種不同濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖17、18、19、20顯示：圖3.2.2Butterworth低通濾波器圖3.2.3ChebyshevⅠ低通濾波器圖3.2.4ChebyshevⅡ低通濾波器圖3.2.5Ellipse低通濾波器2、選擇設(shè)計(jì)FIR帶通濾波器，其Fs=4000Hz，F(xiàn)p1=900Hz，F(xiàn)p2=1300Hz，F(xiàn)s1=600Hz,Fs2=1500Hz,Rp=1dB,Rs=40dB,n=20,Rp=3dB,Rs=20dB,n=4,利用四種不同濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖21、22、23、24、25、26顯示：圖3.2.6Boxar窗帶通濾波器圖3.2.7Bartlett窗帶通濾波器圖3.2.8Blackman窗帶通濾波器圖3.2.9Hanning窗帶通濾波器圖3.2.10Hamming窗帶通濾波器圖3.2.11Kaiser窗帶通濾波器第4章總結(jié)本次實(shí)訓(xùn)主要分為兩部分，第一部分是模擬低通濾波器的硬件設(shè)計(jì)，主要的實(shí)訓(xùn)要求是設(shè)計(jì)中心頻率為我們的學(xué)號后兩位數(shù)乘以1K，通頻帶為固定值10000，這樣可以確保我們的Q值為學(xué)號的后兩位除以10.0。所以中心頻率為11K(HZ).Q值為1.1。第二部分是軟件的設(shè)計(jì)，通過MATLAB中的GUI界面設(shè)計(jì)IIR和FIR濾波器，可以設(shè)計(jì)慮波器為低通高通、帶通和帶阻等。第一周我們進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)，首先有設(shè)計(jì)方案，然后再確定電路圖進(jìn)行仿真做板，于是我就去借閱書籍，查找資料，從而了解模擬帶通濾波器的工作原理以及實(shí)現(xiàn)方法，并結(jié)合以前所學(xué)的《模擬電子技術(shù)》中學(xué)到的有關(guān)截止頻率的知識(shí)以及本學(xué)期學(xué)習(xí)的《數(shù)字信號處理》，最終能夠確定自己的方案，在查資料時(shí)，使我知道濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性越好,所以我選擇了二階的巴特沃斯的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)方案確定后，就是進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)與仿真，有源濾波器主要由電容和電阻組成，所以在電路設(shè)計(jì)中我用了兩個(gè)滑動(dòng)變阻器，以便在硬件做好后可以對其進(jìn)行調(diào)試。后來在同學(xué)的幫助和老師的指導(dǎo)下我成功的完成了硬件設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)。第二周就到了軟件的學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)了，由于只是在上個(gè)學(xué)期的信號與系統(tǒng)中學(xué)到一點(diǎn)有關(guān)MATLAB的一些內(nèi)容，所以對這個(gè)軟件只是在這個(gè)學(xué)期的DSP實(shí)驗(yàn)中有所了解，但是GUI界面并沒有接觸過，這就需要在網(wǎng)上查找資料輔助自己學(xué)習(xí)GUI界面的設(shè)計(jì)所以對于我來說還是有一定的難度的，本身自己對軟件方面就不是很在行，因此這個(gè)設(shè)計(jì)對我來說有一定的挑戰(zhàn)性。不過就像事物都是有內(nèi)在聯(lián)系的，在設(shè)計(jì)編程的時(shí)候我們發(fā)現(xiàn)我們可以利用以前學(xué)的C語言、Java語言的一些基礎(chǔ)語言來編寫回調(diào)函數(shù)。也使我知道了GUI是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的終結(jié)，具有強(qiáng)大的功能可以實(shí)現(xiàn)很多復(fù)雜的程序模塊，使用它，需要具有一定的知識(shí)儲(chǔ)備和必要的經(jīng)驗(yàn)技巧，并且要充分利用好MATLAB的幫助文檔，仔細(xì)研讀HELP是最好的辦法需要了解函數(shù)句柄等必要基礎(chǔ)知識(shí)及其特有的功能，并會(huì)采用不同的使用手段實(shí)現(xiàn)相同功能的設(shè)計(jì)。我主要設(shè)計(jì)的是IIR的巴特沃斯和切比雪夫的高通濾波器。通過這次實(shí)訓(xùn)不僅通過硬件設(shè)計(jì)提高了我的動(dòng)手能力，而且通過對軟件的設(shè)計(jì)使我們鞏固了數(shù)字信號處理中說濾波器的設(shè)計(jì)，也了解了利用MATLAB穿件圖形用戶界面GUI的知識(shí)，不管以后利用這個(gè)功能的機(jī)會(huì)多不多我們都提高學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力，這也是我們在這次實(shí)訓(xùn)中的收獲。只有學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)，獲得了學(xué)習(xí)的能力，才能為我們今后的再學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，總之，這次實(shí)訓(xùn)使我受益匪淺。參考文獻(xiàn)[1]程佩青.數(shù)字信號處理教程。北京:清華大學(xué)出版社,2000[2]劉樹棠.數(shù)字信號處理—使用MATLAB[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2002[3]薛年喜.MATLAB在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用[M].北京清華大學(xué)出版社.007[4]【美】恒里Y-F拉姆著.模擬和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).人民郵電，1985[5]楊栓科.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.2010[6]GregWelch,GaryBishop.AnIntroductiontotheKalmanFilter[J].UNC-ChapelHill.May2003[7]沈曉晶,潘俊民.基于自適應(yīng)Kalman預(yù)測器的算法[M].計(jì)算機(jī)仿真.Vol.21.2004,10[8]李天慶,張毅,劉志.基于時(shí)空圖的輪廓線模型研究[M].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用.2004,4[9]王洪劍,孫志宏,彭思龍.基于GVF的骨架snake模型[M].計(jì)算機(jī)應(yīng)用.Vol.24.2006,9[10]侯志強(qiáng),韓崇昭.基于力場分析的主動(dòng)輪廓模型[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào).Vol.27.2007,[11]李麗勤,高煥文,周興祥.Snake模型初始輪廓選取的研究[M].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用.2004附錄1.濾波器軟件設(shè)計(jì)程序functionAutoChoose(handles)Nn=128;DigitalFilter_value=get(handles.DigitalFilter,'Value');FilterDesign_value=get(handles.FilterDesign,'Value');%Windows_value=get(handles.Windows,'Value');FilterType_value=get(handles.FilterType,'Value');DisplayType_value=get(handles.DisplayType,'Value');Order_value=get(handles.Order,'Value');Rp_value=str2double(get(handles.Rp,'String'));Rs_value=str2double(get(handles.Rs,'String'));Fs_value=str2double(get(handles.Fs,'String'));Fp1_value=str2double(get(handles.Fp1,'String'));%Fp2_value=str2double(get(handles.Fp2,'String'));Fs1_value=str2double(get(handles.Fs1,'String'));%Fs2_value=str2double(get(handles.Fs2,'String'));wp1=2*Fp1_value/Fs_value;%wp2=2*Fp2_value/Fs_value;ws1=2*Fs1_value/Fs_value;%ws2=2*Fs2_value/Fs_value;%wp=[wp1,wp2];%ws=[ws1,ws2];if(DigitalFilter_value==1)if(FilterDesign_value==1)if((FilterType_value==1)||(FilterType_value==2))[n,Wn]=buttord(wp1,ws1,Rp_value,Rs_value)set(handles.MinOrderDisplay,'string',num2str(n))elseif((FilterType_value==3)||(FilterType_value==4))[n,Wn]=buttord(wp,ws,Rp_value,Rs_value)set(handles.MinOrderDisplay,'string',num2str(n))endendelseif(FilterDesign_value==2)if((FilterType_value==1)||(FilterType_value==2))[n,Wn]=cheb1ord(wp1,ws1,Rp_value,Rs_value)set(handles.MinOrderDisplay,'string',num2str(n))elseif((FilterType_value==3)||(FilterType_value==4))[n,Wn]=cheb1ord(wp,ws,Rp_value,Rs_value)set(handles.MinOrderDisplay,'string',num2str(n))endendelseif(FilterDesign_value==3)if((FilterType_value==1)||(FilterType_value==2))[n,Wn]=cheb2ord(wp1,ws1,Rp_value,Rs_value)set(handles.MinOrderDisplay,'string',num2str(n))elseif((FilterType_value==3)||(FilterType_value==4))[n,Wn]=cheb2ord(wp,ws,Rp_value,Rs_value)set(handles.MinOrderDisplay,'string',num2str(n))endendelseif(FilterDesign_value==4)if((FilterType_value==1)||(FilterType_value==2))[n,Wn]=ellipord(wp1,ws1,Rp_value,Rs_value)set(handles.MinOrderDisplay,'string',num2str(n))elseif((FilterType_value==3)||(FilterType_value==4))[n,Wn]=ellipord(wp,ws,Rp_value,Rs_value)set(handles.MinOrderDisplay,'string',num2str(n))endendendendendendelseif(DigitalFilter_value==2)if((FilterType_value==1)||(FilterType_value==2))[n,Wn]=buttord(wp1,ws1,Rp_value,Rs_value);set(handles.MinOrderDisplay,'string',num2str(n))elseif((FilterType_value==3)||(FilterType_value==4))[n,Wn]=buttord(wp,ws,Rp_value,Rs_value);set(handles.MinOrderDisplay,'string',num2str(n))endendendendMinOrder_value=get(handles.MinOrder,'Value');if(MinOrder_value==0)n=str2double(get(handles.Order,'String'))end數(shù)字濾波器IIR選擇switchDigitalFilter_value%選擇IIR濾波器case1%IIR中的Butterworth、Chebyshev1選擇switchFilterDesign_value%選擇設(shè)計(jì)的Butterworth濾波器case1%選擇濾波器類型switchFilterType_valu