实验三--IIR数字滤波器设计及应用-信号分析与处理实验电子教案课件.ppt
一、实验目的一、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。实验三实验三 IIR数字滤波器设计及应用数字滤波器设计及应用二、二、实验原理实验原理 N阶阶IIR数字滤波器的系统函数为数字滤波器的系统函数为:实验三实验三 IIR数字滤波器设计及应用数字滤波器设计及应用 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。实验三实验三 IIR数字滤波器设计及应用数字滤波器设计及应用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，0Wp,Ws1。输出参数：N为滤波器的阶数；Wc为截频，0 Wc 1。(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。实验三实验三 IIR数字滤波器设计及应用数字滤波器设计及应用设计结果：实验三实验三 IIR数字滤波器设计及应用数字滤波器设计及应用2.Chebyshev I型滤波器设计型滤波器设计Chebyshev I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。实验三实验三 IIR数字滤波器设计及应用数字滤波器设计及应用设计一个数字带通滤波器，在100Hz 200Hz通带内纹波不大于3dB，通带两边各50 Hz外是阻带，衰耗不小于40dB。抽样频率为1000 Hz。Wp=100 200/500;Ws=100-50 200+50/500;Rp=3;Rs=40;N,Wn=cheb1ord(Wp,Ws,Rp,Rs)b,a=cheby1(N,Rp,Wn);freqz(b,a,512,1000);title(Chebyshev Type I Bandpass Filter)axis(0,500,-80,0);grid on实验三实验三 IIR数字滤波器设计及应用数字滤波器设计及应用2.Chebyshev II 型滤波器设计型滤波器设计 Chebyshev II 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)实验三实验三 IIR数字滤波器设计及应用数字滤波器设计及应用实验思考题实验思考题1.哪些主要因素直接影响IIR数字滤波器的阶数？从工程概念进行定性解释。2.巴特沃斯、切比雪夫I 型、切比雪夫II 型和椭圆模拟原型滤波器的幅频特性有哪些特点？其优缺点是什么？3.脉冲响应不变法和双线性变换法的基本思想有何不同?优缺点是什么？4.从模拟原型低通滤波器变换到各种类型的数字滤波器需经过哪些步骤？其理论依据是什么？5.IIR滤波器无法实现成具有线性相位，如何对IIR数字滤波器进行相位补偿？6.可否设计具有任意幅频特性的IIR数字滤波器？
