带通滤波器设计.docx

中北大学 课 程 设 计 说 明 书 学生姓名： 学 号： 学 专 院： 业： 信息与通信工程学院 电子信息科学与技术 题 目： 带通滤波器的设计 指导教师： 职称: 2012 年 6 月 21 日 课 程 设 计 任 务 书 设计目的： 设计一种带通滤波器并对信号进行滤波。一个理想的带通滤波器应该有平稳的通带，同时限制所有通带外频率的波通过。要求做到 :1).了解 MATLAB 的信号处理技术；2).掌握带通滤波器的特点； 3).掌握带通滤波器的设计和滤波处理技术。 设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 产生一个连续信号，包含低频、中频、高频分量，对其进行采样，进行频谱分析， 并设计带通滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波后信号的频谱。 设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 熟悉有关采样，频谱分析的理论知识，对信号作频谱分析； 熟悉有关滤波器设计理论知识，选择合适的滤波器技术指标，设计带通滤波器对信号进行滤波，对比分析滤波前后信号的频谱； 实现信号频谱分析和滤波等有关 Matlab 函数； 写出基本原理，有关程序，得到的图表，结果分析，总结； 递交课程设计说明书。 2 主要参考文献： 刘树棠.数字信号处理——使用 MATLAB.西安:西安交通大学出版社，2002 刘卫国.MATLAB 程序设计与应用（第二版）.北京：高等教育出版社，2006 罗军辉等编著.MATLAB7.0 在数字信号处理中的应用.北京：机械工业出版社，2005. 程佩清.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社,2001. 桂志国.数字信号处理 北京：科学出版社 2009 薛年喜.MATLAB 在数字信号处理中的应用[M].北京:清华大学出版社,2003. 设计成果形式及要求： 课程设计说明书； 仿真结果。 工作计划及进度： 2012 年 6 月 11 日~6 月 15 日 查阅相关资料，提出初步方案； 6 月 16 日~6 月 19 日 开始动手制作，并进行调试改进，提出最终具体方 案； 6 月 20 日~6 月 21 日 书写说明书，准备答辩； 6 月 22 日 答辩或成绩考核。 系主任审查意见： 签字： 年 月 日 3 目录 摘要… 6 设计目的要求… 7 设计原理… 7 设计内容… 8 连续输入信号产生… 8 抽样、频谱分析… 11 带通滤波器设计… 12 滤波结果… 13 5.总程序… 14 使用函数说明 17 结果分析 17 设计心得 17 参考文献 18 4 摘要 本文利用 MATLAB 软件首先产生成低频、中频、高频三种频率信号，然后将三种信号合成为连续信号，对连续周期信号抽样、频谱分析，并设计带通滤波器对信号滤波，观察滤出的信号与原信号的关系，并分析了误差的产生，通对数字信号处理课程的理论知识的综合运用。从实践上初步实现对数字信号的处理。 关键词：MATLAB，带通滤波器，连续信号，频谱分析 5 一、设计目的要求 要求产生一个连续信号，包含低频、中频、高频分量，对其进行采样，进行频谱分析， 并设计带通滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波后信号的频谱。 熟悉有关采样，频谱分析的理论知识，对信号作频谱分析； 熟悉有关滤波器设计理论知识，选择合适的滤波器技术指标，设计带通滤波器对信号进行滤波，对比分析滤波前后信号的频谱； 实现信号频谱分析和滤波等有关 Matlab 函数； 写出基本原理，有关程序，得到的图表，结果分析，总结； 二、设计原理 利用 MATLAB 软件产生一个包含低频、中频、高频分量的连续信号。 对信号进行抽样，进行频谱分析。 时域采样（奈奎斯特采样）定理：为了避免产生混叠现象，能从抽样信号无失真地恢复出原信号，抽样频率必须大于或等于信号频谱最高频率的两倍。本设计中信号最高频率是 500Hz，抽样频率采用 2000Hz。 频谱分析：频谱分析是指对信号进行频域谱的分析，观察其频域的各个分量的功率大小，其理论基础是傅立叶变换，现在一般采用数字的方法，也就是将时域信号数字化后做 FFT，可以得到频域的波形。 带通滤波器滤波的工作原理 现代生活中，为了滤除谐波干扰，获得所需要的高精度的模拟信号，经常要用到滤波器对信号进行滤波。典型的模拟滤波器有巴特沃斯 (Butterworth) 滤波器、切比雪夫(Chebyshev)滤波器和椭圆(Ellipse)滤波器等。其中，巴特沃斯滤波器又叫最平坦响应滤波器，顾名思义，它的响应最为平坦，通带内没有波纹，其频率响应在通带和阻带中都是单调的，且在靠近零频处最平坦，而在趋向阻带时衰减单调增大，巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度。该响应非常平坦，非常接近 DC 信号，然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB，最终逼近-20ndB/decade