滤波器设计软件设计课件

1、“滤波器设计软件滤波器设计软件”设计设计 基于MATLAB GUI设计滤波器软件设计一 MATALB GUI介绍 MATALB 可以创建图形用户界面GUI ( GraphicalUser Interface) ,它是用户和计算机之间交流的工具。MATLAB 将所有GUl 支持的用户控件都集成在这个环境中并提供界面外观、属性和行为响应方式的设置方法,随着版本的提高,这种能力还会不断加强。而且具有强大的绘图功能,可以轻松的获得更高质量的曲线图。1、IIR滤波器设计原理 滤波器的设计质上是寻找一个既能物理实现，又能满足给定频率特性指标要求的系统传输函数。IIR滤波器一般采用递归型的结构，系统的输入与

2、输出服从N阶差分方程： 相应的传输函数为 ：二、IIR滤波器设计原理2、IIR滤波器设计思想 将设计指标归一化处理 根据归一化频率，确定最小阶数N 和频率参数Wn。可供选用的阶数选择函数有:buttord，cheblord，cheb2ord，ellipord 等 运用最小阶数N 设计模拟低通滤波器原型。根据最小阶数直接设计模拟低通滤波器原型，用到的函数有：butter, chebyl,cheby2, ellip 和bessel 再用freqz 函数验证设计结果3、 IIR滤波器设计编程实现 Fs=22050；Fp1=3400；Fs1=5000；Rp=3；Rs=20；%设计指标 wp1=2*Fp

3、1 /Fs；ws1=2*Fs1 /Fs；%求归一化频率 % 确定butterworth 的最小阶数N 和频率参数Wn n,Wn=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs)； w=blackman(n+1); %确定窗口值 b=fir1(n,wn,w);% 确定传递函数的分母系数 plot(f,20*log(abs(h) %画幅频响应图 plot(f,angle(h); %画相频响应图 h,f=freqz(b,1); %生成频率响应参数软件效果显示三、FIR滤波器设计原理1、FIR滤波器设计原理寻找一个FIR滤波器，使其频率响应H(ej)逼近理想FIR滤波器的频率响应Hd(ej).10()(

4、)()Njj njdnH eh n eHe1( )2jj nddh nHeed( )( )( )dh nw n h nw(n)：窗函数序列要选择合适的形状和长度2、FIR滤波器设计思想 将设计指标归一化处理 根据归一化频率，选择函数buttord确定最小阶数N 和频率参数Wn 确定窗口值。Windows指定窗函数类型，默认为Hamming窗；可选Hanning、Hamming、Blackman、triangle、bartlett等窗 确定传递函数的分母系数。函数fir1的调用格式为B= fir1(n, Wn, ftype, Windows)，同时选择在此函数中选择要设计的滤波器的类型。 再用f

5、reqz 函数验证设计结果3、 FIR滤波器设计编程实现 Fs=22050；Fp1=3400；Fs1=5000；Rp=3；Rs=20；N=75%设计指标 wp1=2*Fp1 /Fs；ws1=2*Fs1 /Fs；%求归一化频率 % 确定butterworth 的最小阶数N 和频率参数Wn n,Wn=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs)； B,A = butter(N,Wn)；%确定传递函数的分子、分母系数 h,f=freqz(b,a,Nn,Fs_value);%生成频率响应参数 plot(f,20*log(abs(h) %画幅频响应图 plot(f,angle(h); %画相频响应图软件

6、效果显示四、基于四、基于Matlab GUI的数字滤波器的数字滤波器设计思路及实现设计思路及实现 MATLAB提供了编写图形用户界面的功能。所谓图形用户界面, 简称为GUI GUI设计面板是GUI设计工具应用的平面，面板上部提供了菜单和常用工具按钮，左边提供了多种如命令按钮、单选按钮、可编辑文本框、静态文本框、弹出式菜单等 GUI设计面板是GUI设计工具应用的平面，面板上部提供了菜单和常用工具按钮，左边提供了多种如命令按钮、单选按钮、可编辑文本框、静态文本框、弹出式菜单等Filter DisignIIR滤波器FIR滤波器BoxcarBartlett Blackman Hanning Hammi

7、ng Kaiser Butterworth Chebyshev Chebyshev Ellipse 选择IIR或者FIRFilter设计Butterworth等Filter选择窗口选择1、滤波器设计总框图2、“滤波器设计软件”设计的GUI界面设计 MATLAB GUI设计界面 “滤波器设计软件” GUI界面设计 2、设计界面功能显示选择IIR或者FIRFilter选择Butterworth、 Chebyshev、 Chebyshev 、 Ellipse 滤波器选择Boxar、Bartlett、Blackman、Hanning、Hamming、Kaiser窗口 选择Lowpass、Highpas

8、s、Bandpass、Bandstop四种类型选择图形显示Linear、Logarithmic两种类型 最小阶数设计滤波器 显示最小阶数 选择自定义阶数 阶数输入框 抽样频率Fs 通带临界频率Fp1、Fp2滤波器阻带临界频率Fst1、Fst2最大衰减Rp 最小衰减Rs幅频响应显示相频响应显示 退出设计界面手动运行自动运行（1）Digital Filter下拉菜单 function DigitalFilter_Callback(hObject, eventdata, handles)%读取此时选择的滤波器选择，“IIR、FIR” DigitalFilter_value=get(handles.D

9、igitalFilter,Value); %当选择了IIR时，使窗口选项屏蔽 if(DigitalFilter_value=1) set(handles.FilterDesign,enable,on); set(handles.Windows,enable,off) %当选择了FIR时，使IIR的滤波器（Butterworth、 Chebyshev等）选项屏蔽 else set(handles.FilterDesign,enable,off); set(handles.Windows,enable,on) end 3、按钮实现编程 选择IIR屏蔽Windows选择选择FIR屏蔽Filter D

10、esign选择（2）Filter Type下拉菜单 function FilterType_Callback(hObject, eventdata, handles)%读取此时设计的滤波器的类型，“Lowpass、Highpass、Bandpass、Bandstop”FilterType_value=get(handles.FilterType,Value);%当选择Lowpass或者Highpass，屏蔽相应的临界频率的显示 if(FilterType_value=1)|(FilterType_value=2) set(handles.Fp2,visible,off);set(handles

11、.Fs2,visible,off) set(handles.text17,visible,off);set(handles.text19,visible,off); set(handles.text6,visible,off);set(handles.text10,visible,off); else %当选择Bandpass或者Bandstop，使相应的临界频率的显示，使参数能够输入 if(FilterType_value=3)|(FilterType_value=4) set(handles.Fp2,visible,on);set(handles.Fs2,visible,on); set(

12、handles.text17,visible,on);set(handles.text19,visible,on); set(handles.text6,visible,on);set(handles.text10,visible,on); end end选择低通或者高通滤波器时，隐藏相应的带通和带阻的第二个临界频率 选择带通或者带阻滤波器时，显示相应的带通和带阻的第二个临界频率 （3）Min Order和Custom Orde按钮 选择使用最小阶数设置时，屏蔽自定义阶数的输function MinOrder_Callback(hObject, eventdata, handles)MinOr

13、der_value=get(handles.MinOrder,Value); if(MinOrder_value=1) set(handles.Order,visible,off); else set(handles.Order,visible,on); end 选择自定义阶数时，显示阶数输入框 function CustomOrderButton_Callback(hObject, eventdata, handles) CustomOrderButton_value=get(handles.CustomOrderButton,Value); if(CustomOrderButton_val

14、ue=0) set(handles.Order,visible,off); else set(handles.Order,visible,on); end （4）Fp1、Fp2、Fst1、Fst2文本编辑框 参数输入时，在输入抽样频率Fs的前提下，判断滤波器通带临界频率（Fp1、Fp2）、滤波器阻带临界频率（Fst1、Fst2）的归一化频率wp1、 wp2、ws1、ws1是否在0,1之间，如不正确显示错误对话框 function Fp1_Callback(hObject, eventdata, handles)%检查输入的通带临界频率Fp1的归一化频率是否在0,1之间Fs_value=str2

15、double(get(handles.Fs,String);Fp1_value=str2double(get(handles.Fp1,String);wp1=2*Fp1_value/Fs_value;%如果不在0,1之间，显示输入错误对话框if(wp1=1) errordlg(wp1=2*Fp1/Fs,归一化频率不在【0，1】之间，请输入正确的参数,错误信息) end（5）Run按钮根据输入的参数显示设计的滤波器的幅频特性和相频特性图，其程序如下：function Run_Callback(hObject, eventdata, handles)%点击Run立即运行AutoChoose,m文件

16、，实现滤波器设计程序AutoChoose(handles)（6）Auto Run按钮当选择了Auto Run按钮时，能够根据所选的IIR的滤波器（Butterworth、Chebyshev等）、FIR的窗口选项、图形显示类型（Linear、Logarithmic）立即显示滤波器的幅频特性和相频特性图，其中IIR的滤波器（Butterworth、 Chebyshev等）的回调函数程序如下：function FilterDesign_Callback(hObject, eventdata, handles)AutoRun_value=get(handles.AutoRun,Value);%当选择了Filter（Butterworth、 Chebyshev等）中一种Filter运行AutoChoose,m文件 if(AutoRun_value=1) AutoChoose(handles) end（7）Quit按钮退出滤波器设计窗口，其程序如下：function Quit_Callback(hObject, eventdata, handles)%点击Quti按钮退出Close4、运