【《面向对象的IIR数字滤波器的实现分析》1500字】

面向对象的IIR数字滤波器的实现分析目录TOC\o"1-3"\h\u20634面向对象的IIR数字滤波器的实现分析 1317531.1基于SPTool工具的IIR滤波器实现 185981.1.1 SPTool工具箱介绍 1252931.1.2 利用SPTool工具箱设计滤波器[21] 2197761.2基于Simulink工具的IIR滤波器实现 91.1基于SPTool工具的IIR滤波器实现1.1.1 SPTool工具箱介绍 除了编写程序设计数字滤波器之外，MATLAB软件还提供了SPTool工具箱供使用者直接设计数字滤波器。在MATLAB的命令行窗口键入SPTool可直接打开SPTool工具箱，如图5-1，图5-2所示：图5-1 在命令行中键入SPTool图5-2 SPTool工具箱从左往右第一个窗口时信号窗口，用于设置输入信号和输出信号；第二个窗口时用于设计数字滤波器的窗口；最后一个窗口提供了多个用于分析信号的函数。1.1.2 利用SPTool工具箱设计滤波器[21] （1）设置输入信号打开SPTool工具箱如图5-2所示，点击file里的import打开设置输入信号界面，如图5-3所示：图5-3 设置SPTool中的输入信号在编辑器里键入的代码中的所有变量都包含在了WorkspaceContents，Data框中用于指定信号的输入源，如原始混合信号就在WorkspaceContents中选中x导入Data中，最后取一个Name用于区分各个输入信号。用以上操作将原始混合信号x，20hz信号，100hz信号b，200hz信号c导入SPTool中并分别命名为sig0，siglow，sigband，sighigh，如图5-2所示。（2）设置数字滤波器 点击SPTool工具箱Filters窗口下面的New可打开数字滤波器设计界面，如图5-4所示：图5-4 SPTool的数字滤波器的设计界面在ResponseType中可选择要设计的数字滤波器类型：低通，高通，带通等；在DesignMethod中可以选择设计IIR滤波器还是FIR滤波器以及逼近用的经典滤波器模型：如巴特沃斯，切比雪夫，椭圆滤波器等；在FrequencySpecifications中可设定滤波器的通带截止频率和阻带截止频率，可用hz为单位也可用归一化频率；在MagnitudeSpecifications中设定滤波器的通带最大衰减Ap和阻带最小衰减As。分别设计三个数字滤波器如图5-5，图5-6，图5-7所示：图5-5 用SPTool设计的Butterworth低通滤波器1图5-6 用SPTool设计的Butterworth高通滤波器2图5-7 用SPTool设计的椭圆带通滤波器3 （3）滤波 输入信号与滤波器设计完成后，分别在Signals与Filters中选中输入混合信号sig0与相应的滤波器filt1、filt2和filt3，点击Apply进行滤波操作，得到三个滤波后信号分别命名为sigLOW、sigHIGH以及sigBAND放入signals中，如图5-8所示：图5-8 用SPTool进行滤波操作 SPtool工具箱设计滤波器不仅可以直接跳过复杂的代码编写，还能直接绘制出输入和输出信号的波形图：图5-9 混合信号sig0的波形图5-10 原始100hz信号（红）和滤波后100hz信号（蓝）的波形图5-11 原始200hz信号（绿）和滤波后200hz信号（紫）的波形图5-12 原始100hz信号（红）和滤波后100hz信号（蓝）的波形由图5-10，图5-12和图5-12中的三个滤波后信号与原始信号对比以及结合图5-9的原始混合输入信号可以看到滤波效果满足要求，将20hz，100hz，200hz的信号从原始信号中分离了出来。1.2基于Simulink工具的IIR滤波器实现 MATLAB还可以使用Simulink模块像画电路原理图一样直接设计滤波器及模拟仿真整个滤波过程，在MATLAB主页点击Simulink直接进入Simulink操作台[22]。图5-13 Simulink操作界面点击LibraryBrowser进入Simulink的器件库，从器件库中选择自己想要的滤波器、信号源以及示波器组成滤波电路：图5-14 Simulink器件库界面图5-15 Simulink中搭建的滤波电路图在搭建好滤波电路后，双击信号源即可设定输入信号参数，双击滤波器即可按照需求设定数字滤波器参数。以100hz信号及带通滤波器为例，其余同理。图5-16 Simulink中设定100hz信号源的参数图5-17 Simulink中设定椭圆带通滤波器的参数 对设定好各元件参数的图5-15中的电路进行计算机模拟运行，运行完成后可双击各个示波器查看输入输出波形。现将各个示波器的结果展示如下：图5-18 混合信号示波器的显示波形图5-19 原始20hz信号（左）和低通滤波器输出信号（右）的波形图5-20 原始100hz信号（左）和带通滤波器输出信号（右）的波形图5-21 原始200hz信号（左）和高通滤波器输出信号（右）的波形由图5-19，图5-20和图5-21中的三个滤波后信号与原始信号对比以及结合图5-18的原始混合输入信号可以看到滤波效果很好，满足题目要求，将20hz，100hz，200hz的信号从原始信号中