实验三-IIR滤波器设计.doc

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1、实验三 IIR数字滤波器的设计一、实验目的（1）熟悉巴特沃思滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器的频率特性。 （2）掌握脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器的具体设计方法及其原理。 （3）观察脉冲响应不变法设计的滤波器的频域特性，了解脉冲响应不变法的特点。 （4）掌握双线性变换法设计IIR数字滤波器的具体设计方法及其原理。（5）观察双线性变换设计的滤波器的频域特性，了解双线性变换法的特点。 二、实验原理与方法脉冲响应不变法: 用数字滤波器的单位脉冲响应序列h(n)模仿模拟滤波器的冲激响应ha(t),让h(n)正好等于ha(t)的采样值，即h(n)= ha(nT)其中T为采样间隔，如果以Ha(s)及

2、H(z)分别表示ha(t)的拉氏变换及h(n)的Z变换，则 双线性变换法:S平面与z平面之间满足以下映射关系： s平面的虚轴单值地映射于z平面的单位圆上，s平面的左半平面完全映射到z平面的单位圆内。双线性变换不存在混叠问题。双线性变换是一种非线性变换（），这种非线性引起的幅频特性畸变可通过预畸而得到校正。三、实验内容(1) 已知通带边界频率 fp=0.2kHz, 通带最大衰减Rp=1dB, 阻带边界频率fs=0.3kHz, 阻带最小衰减As=25dB, 采样频率F=1kHz；用脉冲响应不变法设计一个切比雪夫型数字低通滤波器，写出所设计数字滤波器的系统函数H(z)，并绘制其幅频特性曲线，观察通带

3、和阻带边界处的衰减量，检查是否满足指标要求。fp=200; %通带边界频率fs=300; %阻带边界频率rp=1; %通带最大衰减 as=25; %阻带最大衰减 ff = 1000; wp1 = 2*pi*fp; wr1 = 2*pi*fs; N1,wn1 = cheb1ord(wp1,wr1,rp,as,s); %计算相应模拟滤波器阶数N和通带截止频率 B1,A1 = cheby1(N1,rp,wn1,s); %计算相应的模拟滤波器系统函数 num1,den1 = impinvar(B1,A1,ff); %脉冲响应不变法将模拟滤波器转成数字滤波器 h1,w = freqz(num1,den1

4、); %数字滤波器的频率响应的函数 y1=unwrap(angle(h1);f=w/pi; subplot(2,1,1);plot(f,20*log10(abs(h1),-);title(幅频特性曲线 ); grid; xlabel(频率/Hz ) ylabel(幅度/dB);subplot(2,1,2);plot(f,y1,-);title(相频特性曲线 ); grid; xlabel(频率/f ) ylabel(相频/w);num1: 00.01178z-1+0.09103z-2+0.0723z-3+0.00583z-4den1: 1-2.33928z-1+3.11057z-2-2.541

5、18z-3+1.25896z-4-0.30813z-5不符合要求 (2) 利用双线性变换法分别设计满足下列指标的巴特沃思型、切比雪夫型数字低通滤波器，写出所设计数字滤波器的系统函数H(z)，并绘制其幅频特性曲线以验证设计结果。要求指标为：通带边界频率fp=1.2kHz, 通带最大衰减Rp=0.5dB, 阻带边界频率fs=2kHz, 阻带最小衰减As=40dB, 采样频率F = 8KHz。N=12,得不到Hs巴特沃思型：fp=1200; %通带边界频率fs=2000; %阻带边界频率rp=0.5; %通带最大衰减 as=40; %阻带最大衰减 ff = 8000;T=1/ff;wp1 = 2*t

6、an(2*pi*fp*T/2)/T; wr1 = 2*tan(2*pi*fs*T/2)/T; N1,wn1 = buttord(wp1,wr1,rp,as,s); B1,A1 = butter(N1,wn1,s); num1,den1 = bilinear(B1,A1,ff); h1,w = freqz(num1,den1); f=w/pi; plot(f,20*log10(abs(h1),-);title(幅频特性曲线 ); grid; xlabel(频率/Hz ) ylabel(幅度/dB);切比雪夫型：fp=1200; %通带边界频率fs=2000; %阻带边界频率rp=0.5; %通带

7、最大衰减 as=40; %阻带最大衰减 ff = 8000;T=1/ff;wp1 = 2*tan(2*pi*fp*T/2)/T; wr1 = 2*tan(2*pi*fs*T/2)/T; N1,wn1 = cheb1ord(wp1,wr1,rp,as,s); B1,A1 = cheby1(N1,rp,wn1,s); num1,den1 = bilinear(B1,A1,ff); h1,w = freqz(num1,den1); f=w/pi; plot(f,20*log10(abs(h1),-);title(幅频特性曲线 ); grid; xlabel(频率/Hz ) ylabel(幅度/dB)

8、;(3) 利用双线性变换法设计满足下列指标的椭圆型数字高通滤波器，写出所设计数字滤波器的系统函数H(z)，并绘制其幅频特性曲线以验证设计结果。要求指标为：阻带边界频率fs=1.2kHz, 阻带最小衰减As=40dB, 通带边界频率fp=2kHz, 通带最大衰减Rp=0.5dB, 采样频率F=8KHz。1、先设计模拟低通，转换为模拟高通，再转换为数字高通wp=1; %通带边界频率ws=5/3; %阻带边界频率rp=0.5; %通带最大衰减 as=40; %阻带最大衰减 ff = 8000;T=1/ff; N1,wn1 = ellipord(wp,ws,rp,as,s); B1,A1 = elli

9、p(N1,rp,as,wn1,s); wph=2*pi*2000;BH,AH=LP2HP(B1,A1,wph);num1,den1 = bilinear(BH,AH,ff); h1,w = freqz(num1,den1); f=w/pi; plot(f,20*log10(abs(h1),-);title(幅频特性曲线 ); grid; xlabel(频率/Hz ) ylabel(幅度/dB);2、直接设计模拟高通，转换为数字高通fp=2000; %通带边界频率fs=1200; %阻带边界频率rp=0.5; %通带最大衰减 as=40; %阻带最大衰减 ff = 8000; wp1 = 2*p

10、i*fp; wr1 = 2*pi*fs; N1,wn1 = ellipord(wp1,wr1,rp,as,s); B1,A1 = ellip(N1,rp,as,wn1,high,s); num1,den1 = bilinear(B1,A1,ff); h1,w = freqz(num1,den1); f=w/pi; plot(f,20*log10(abs(h1),-);title(幅频特性曲线 ); grid; xlabel(频率/Hz ) ylabel(幅度/dB);3、直接设计数字高通fp=2000; %通带边界频率fs=1200; %阻带边界频率rp=0.5; %通带最大衰减 as=40;

11、 %阻带最大衰减 ff = 8000; wp1 = 2*fp/ff; wr1 = 2*fs/ff; N1,wn1 = ellipord(wp1,wr1,rp,as); B1,A1 = ellip(N1,rp,as,wn1,high); h1,w = freqz(B1,A1); f=w/pi; plot(f,20*log10(abs(h1),-);title(幅频特性曲线 ); grid; xlabel(频率/Hz ) ylabel(幅度/dB);四、实验报告要求（1） 简述实验目的及原理。（2） 按实验步骤附上实验程序、所设计滤波器系统函数H(z)及相应的幅频特性曲线，定性分析它们的性能，判断

12、设计是否满足要求。wp=1; %通带边界频率ws=5/3; %阻带边界频率rp=0.5; %通带最大衰减 as=40; %阻带最大衰减 ff = 8000;T=1/ff; N1,wn1 = ellipord(wp,ws,rp,as,s); B1,A1 = ellip(N1,rp,as,wn1,s); wph=2*pi*2000;BH,AH=LP2HP(B1,A1,wph);num1,den1 = bilinear(BH,AH,ff); h1,w = freqz(num1,den1); f=w/pi;subplot(3,1,1)plot(f,20*log10(abs(h1),-);title(幅

13、频特性曲线 ); grid; xlabel(频率/Hz ) ylabel(幅度/dB);clcfp=2000; %通带边界频率fs=1200; %阻带边界频率rp=0.5; %通带最大衰减 as=40; %阻带最大衰减 ff = 8000; wp1 = 2*pi*fp; wr1 = 2*pi*fs; N1,wn1 = ellipord(wp1,wr1,rp,as,s); B1,A1 = ellip(N1,rp,as,wn1,high,s); num1,den1 = bilinear(B1,A1,ff); h1,w = freqz(num1,den1); f=w/pi; subplot(3,1,

14、2)plot(f,20*log10(abs(h1),-);title(幅频特性曲线 ); grid; xlabel(频率/Hz ) ylabel(幅度/dB);clcfp=2000; %通带边界频率fs=1200; %阻带边界频率rp=0.5; %通带最大衰减 as=40; %阻带最大衰减 ff = 8000; wp1 = 2*fp/ff; wr1 = 2*fs/ff; N1,wn1 = ellipord(wp1,wr1,rp,as); B1,A1 = ellip(N1,rp,as,wn1,high); h1,w = freqz(B1,A1); f=w/pi;subplot(3,1,3)plot(f,20*log10(abs(h1),-);title(幅频特性曲线 ); grid; xlabel(频率/Hz ) ylabel(幅度/dB);