IIR数字滤波器设计及软件实现

IIR数字滤波器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 及软件实现学号：姓名：实验时间：月日实验地点：指导教师：=1\*CHINESENUM3一．实验目的〔1〕熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ；〔2〕学会调用MATLAB信号处理工具箱中滤波器设计函数〔或滤波器设计分析工具fdatool〕设计各种IIR数字滤波器，学会根据滤波需求确定滤波器指标参数。〔3〕掌握IIR数字滤波器的MATLAB实现方法。〔4〕通过观察滤波器输入输出信号的时域波形及其频谱，建立数字滤波的概念。=2\*CHINESENUM3二．实验原理设计IIR数字滤波器一般采用间接法〔脉冲响应不变法和双线性变换法〕，应用最广泛的是双线性变换法。根本设计过程是：①先将给定的数字滤波器的指标转换成过渡模拟滤波器的指标；②设计过渡模拟滤波器；③将过渡模拟滤波器系统函数转换成数字滤波器的系统函数。MATLAB信号处理工具箱中的各种IIR数字滤波器设计函数都是采用双线性变换法。第六章介绍的滤波器设计函数butter、cheby1、cheby2和ellip可以分别被调用来直接设计巴特沃斯、切比雪夫1、切比雪夫2和椭圆模拟和数字滤波器。本实验要求读者调用如上函数直接设计IIR数字滤波器。本实验的数字滤波器的MATLAB实现是指调用MATLAB信号处理工具箱函数filter对给定的输入信号x(n)进展滤波，得到滤波后的输出信号y(n〕。实验程序框图：调用函数mstg产生st，自动绘图显示st的时域波形和幅频特性曲线调用ellipord和ellip分别设计三个椭圆滤波器，并绘图显示其幅频响应特性曲线。调用filter，用三个滤波器分别对信号st进展滤波，别离出三路不同载波频率的调幅信号y1(n)、y2(n)和y3(n)绘图显示y1(n)、y2(n)和y3(n)的时域波形和幅频特性曲线End=3\*CHINESENUM3三.实验内容及步骤〔1〕调用信号产生函数mstg产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st，该函数还会自动绘图显示st的时域波形和幅频特性曲线，如图1所示。由图可见，三路信号时域混叠无法在时域别离。但频域是别离的，所以可以通过滤波的方法在频域别离，这就是本实验的目的。主要程序：信号发生函数mstg 清单 安全隐患排查清单下载最新工程量清单计量规则下载程序清单下载家私清单下载送货清单下载 ：functionst=mstgN=800;Fs=10000;T=1/Fs;Tp=N*T;t=0:T:(N-1)*T;k=0:N-1;f=k/Tp;fc1=Fs/10;fm1=fc1/10;fc2=Fs/20;fm2=fc2/10;fc3=Fs/40;fm3=fc3/10;xt1=cos(2*pi*fm1*t).*cos(2*pi*fc1*t);xt2=cos(2*pi*fm2*t).*cos(2*pi*fc2*t);xt3=cos(2*pi*fm3*t).*cos(2*pi*fc3*t);st=xt1+xt2+xt3;fxt=fft(st,N);subplot(3,1,1);plot(t,st);grid;xlabel('t/s');ylabel('s(t)');axis([0,Tp/8,min(st),max(st)]);title('as(t)');subplot(3,1,2);stem(f,abs(fxt)/max(abs(fxt)),'.');grid;title('(b)s(t)的频谱');axis([0,Fs/5,0,1.2]);xlabel('f/Hz');ylabel('幅度');各个特殊绘图函数的实现：1.tplot函数：functiontplot(xn,T,yn)%时域序列连续曲线绘图函数%xn:信号数据序列，yn:绘图信号的纵坐标名称〔字符串〕%T为采样间隔n=0:length(xn)-1;t=n*T;plot(t,xn);xlabel('t/s');ylabel(yn);axis([0,t(end),min(xn),1.2*max(xn)])2.myplot:函数：functionmyplot(B,A)%时域离散系统损耗函数绘图%B为系统函数分子多项式系数向量%A为系统函数分母多项式系数向量[H,W]=freqz(B,A,1000);m=abs(H);plot(W/pi,20*log10(m/max(m)));gridon;xlabel('\omega/\pi');ylabel('幅度(dB)')axis([0,1,-80,5]);title('损耗函数曲线');1.滤波器参数的选取：对载波频率为250Hz的条幅信号，可以用低通滤波器别离，其指标为带截止频率Hz，通带最大衰减dB；阻带截止频率Hz，阻带最小衰减dB，对载波频率为500Hz的条幅信号，可以用带通滤波器别离，其指标为带截止频率Hz，Hz，通带最大衰减dB；阻带截止频率Hz，Hz，Hz，阻带最小衰减dB，对载波频率为1000Hz的条幅信号，可以用高通滤波器别离，其指标为带截止频率Hz，通带最大衰减dB；阻带截止频率Hz，阻带最小衰减dB，说明：〔1〕为了使滤波器阶数尽可能低，每个滤波器的边界频率选择原那么是尽量使滤波器过渡带宽尽可能宽。〔2〕与信号产生函数mstg一样，采样频率Fs=10kHz。〔3〕为了滤波器阶数最低，选用椭圆滤波器。2.实验主程序：clearall;closeallFs=10000;T=1/Fs;%采样频率%调用信号产生函数mstg产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号stst=mstg;%低通滤波器设计与实现fp=280;fs=450;wp=2*fp/Fs;ws=2*fs/Fs;rp=0.1;rs=60;%DF指标〔低通滤波器的通、阻带边界频〕[N,wp]=ellipord(wp,ws,rp,rs);%调用ellipord计算椭圆DF阶数N和通带截止频率wp[B,A]=ellip(N,rp,rs,wp);%调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数向量B和Ay1t=filter(B,A,st);%滤波器软件实现%低通滤波器设计与实现绘图局部figure(2);subplot(3,1,1);myplot(B,A);%调用绘图函数myplot绘制损耗函数曲线yt='y_1(t)';subplot(3,1,2);tplot(y1t,T,yt);%调用绘图函数tplot绘制滤波器输出波形%带通滤波器设计与实现fpl=440;fpu=560;fsl=275;fsu=900;wp=[2*fpl/Fs,2*fpu/Fs];ws=[2*fsl/Fs,2*fsu/Fs];rp=0.1;rs=60;[N,wp]=ellipord(wp,ws,rp,rs);%调用ellipord计算椭圆DF阶数N和通带截止频率wp[B,A]=ellip(N,rp,rs,wp);%调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数向量B和Ay2t=filter(B,A,st);%滤波器软件实现figure(2);subplot(3,2,1);myplot(B,A);%调用绘图函数myplot绘制损耗函数曲线yt='y_1(t)';subplot(3,2,2);tplot(y1t,T,yt);%高通滤波器设计与实现fp=890;fs=600;wp=2*fp/Fs;ws=2*fs/Fs;rp=0.1;rs=60;%DF指标〔低通滤波器的通、阻带边界频〕[N,wp]=ellipord(wp,ws,rp,rs);%调用ellipord计算椭圆DF阶数N和通带截止频率wp[B,A]=ellip(N,rp,rs,wp,'high');%调用ellip计算椭圆带通DF系统函数系数向量B和Ay3t=filter(B,A,st);%滤波器软件实现figure(2);subplot(3,3,1);myplot(B,A);%调用绘图函数myplot绘制损耗函数曲线yt='y_1(t)';subplot(3,3,2);tplot(y1t,T,yt);3.实验程序运行结果：(a)低通滤波器损耗函数及其别离出的调幅信号y1(t)(b)带通滤波器损耗函数及其别离出的调幅信号y2(t)(c)高通滤波器损耗函数及其别离出的调幅信号y3(t)=4\*CHINESENUM3四.思考题及简答：〔1〕请阅读信号产生函数mstg，确定三路调幅信号的载波频率和调制信号频率。〔2〕信号产生函数mstg中采样点数N=800，对st进展N点FFT可以得到6根理想谱线。如果取N=1000，可否得到6根理想谱线？为什么？N=2000呢？请改变函数mstg中采样点数N的值，观察频谱图验证您的判断是否正确。〔3〕修改信号产生函数mstg，给每路调幅信号参加载波成分，产生调幅〔AM〕信号，重复本实验，观察AM信号与抑制载波调幅信号的时域波形及其频谱的差异。答：分析发现，st的每个频率成分都是25Hz的整数倍。采样频率Fs=10kHz=25×400Hz，即在25Hz的正弦波的1个周期中采样400点。所以，当N为400的整数倍时一定为st的整数个周期。因此，采样点数N=800和N=2000时，对st进展N点FFT可以得到6根理想谱线。如果取N=1000，不是400的整数倍，不能得到6根理想谱线