基于matlab_数字滤波器的设计.doc

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MATLAB R2009a 环境下滤波

器设计的方法和步骤。

关键词：滤波器，matlab，fdatool

Abstract ： By using MATLAB , we can design filters and modify the filters’parameters

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

3 MATLAB 简介.......................................................................................................................9

3.1 MATLAB 的概况 ................................................................................................................9

3.2 MATLAB 产生的历史背景 .................................................................................................9

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

环境。MATLAB 是英文 MATrix LABoratory（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。

降频率的频率起支配作用的分子的系数。设计者只需这 5 个参数即可定义一个滤波器。

2.2 滤波器的发展过程

凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信装备和各类控制系统

中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂要算滤波器了。

滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。

1917 年美国和德国科学家分别发明了 LC 滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系

统的出现。50 年代无源滤波器日趋成熟。自 60 年代起由于计算机技术、集成工艺和材料

工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、

稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为 70 年代以后的

主攻方向，导致 RC 有源滤波器 、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波

离。

2.3 滤波器的原理

凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或

系统都称之为滤波器，相当于频率“筛子”。 滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号

顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。

滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰

减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤

波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零；实际滤波器的通带和阻带之

间存在一定频率范围的过渡带。

理想滤波器与实际滤波器：

a．理想滤波器的频率特性

理想滤波器实际上并不存在。

b．实际滤波器

实际滤波器的特性需要以下参数描述：

1）恒部平均值 A0：描述通带内的幅频特性；波纹幅度：d。

2）上、下截止频率：以幅频特性值为 A0/2 时的相应频率值 WC1，WC2 作为带通滤波

器的上、下截止频率。带宽

。

因为

分的衰减能力，用信频程选择性和滤波器因素 描述。

信频程选择性：与上、下截止频率处相比，频率变化一倍频程时幅频特性的衰减量，

即倍频程选择性：=

或 =

信频程选择性总

是小于等于零，显然，计算信量的衰减量越大，选择性越好。

滤波器因素 ：－60dB 处的带宽与－3dB 处的带宽之比值，即 越小,选择性越好.

分辨力：即分离信号中相邻频率成分的能力，用品质因素 Q 描述。