基于MATLAB 的数字滤波器设计.
摘 要
数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。在DSP中，数据滤波器的设计具有承前起后的重要作用，正是因为有了数据滤波器才使得有用数据能够被计算机处理，而不受噪声信号的干扰。MATLAB提供了一些工具使得数字滤波器的设计变得更加方便快捷。
本文是一篇电子信息专业本科生的毕业设计，同时也是基于MATLAB环境的软件＂简易数字滤波器设计仪＂的说明文档。论文首先对MATLAB作了简要说明，主要是它的产生、发展及现状；然后对数字滤波器设计原理及软件用到的设计方法作了详尽的说明，包括FIR和IIR滤波器的设计原理及方法；接着论文按照软件开发过程和软件方法知识对软件的制作过程也作了详细的说明。文中既包括主要的数字滤波器设计知识、MATLAB计算编程和GUI设计知识，也涉及了一些软件工程知识；虽然有很多不完善之处，但仍可作为数字滤波器设计时的参考资料、MATLAB编程初学者辅助学习材料，也可以作为了解软件过程的简单范例。
关键词： 数字滤波器设计仪；滤波器设计；GUI设计
目 录
绪 论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
第一章 MATLAB简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
一、 MATLAB的概况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
二、 MATLAB产生的历史背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2
三、 MATLAB的发展现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2
第二章 数字滤波器设计原理说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
一、 数字滤波器简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
二、 数字滤波器的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
三、 数字滤波器的技术要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
(一) 滤波器的截止频率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
(二) 带通带阻的容限．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
(三) 采样频率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
(四) 滤波器的设计步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
四、 FIR滤波器设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
(一) FIR数字滤波器的优点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
(二) FIR数字滤波器的特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
(三) 基于窗函数法设计FIR数字滤波器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
(四) 基于频率抽样法的FIR数字滤波器设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
五、 IIR滤波器设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
(一) IIR数字滤波器的设计步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
(二) MATLAB函数直接设计IIR滤波器H(z) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
第三章 “简易数字滤波器设计仪”程序设计 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
一、 需求分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
(一) 编写目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
(二) 功能需求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
(三) 实施计划．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
二、 概要设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
(一) 总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
(二) 用户界面设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23
(三) 模块划分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
三、 详细设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
(一) 用户界面实现….．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
(二) 模块实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
四、 软件测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
(一) 模块测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
(二) 集成测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
(三) 确认测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
第四章 “简易数字滤波器设计仪”使用说明及性能评价．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
一、 使用说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
二、 性能评价．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
结 论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
致 谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
附录：部分程序源代码．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
参 考 文 献
[1] 飞思科技研发中心编著. MATLAB 7辅助信号处理技术与应用. 北京: 电子工业出版社，2005.12.
[2] 施小红、周佳编著. 精通GUI图形界面编程. 北京: 北京大学出版社，2002.05.
[3] 董维国编著. MATLAB 7.x 混合编程. 北京: 机械工业出版社，2006.04.
[4] 刘树棠译. 数字信号处理－使用MATLAB. 西安: 西安交通大学出版，2002.02.
[5] 清源计算机工作室编著. MATLAB 6.0基础与应用. 北京: 机械工业出版社，2001.05.
[6] 郝红伟编著. MATLAB6实例教程. 北京: 中国电力出版社，2001.09.
[7] 赵红怡、张常年编著. 数字信号处理及MATLAB实现. 北京: 化学工业出版社，2002.01.
[8] 陈怀琛等编著. MATLAB及在电子信息课程中的应用. 北京: 电子工业出版社，2002.01.
[9] 陈亚勇编著. MATLAB信号处理详解. 北京: 人民邮电出版社，2001.09.
[10] 黄文梅等编著. 信号分析与处理-MATLAB语言及应用. 长沙: 国防科技大学出版社，2000.02.
[11] 马兴义等编著. MATLAB6应用开发指南. 北京: 机械工业出版社，2001.11.
[12] 李强、赵伟编著. MALTLAB数据处理与应用. 北京: 国防工业出版社，2001.01.
