实验四IIR数字滤波器的设计实验报告

数

字信号处理

实验报告

实验四 IIR数字滤波器的设计

学生姓名张志翔

班级电子信息工程1203班学号12401720522

指导教师

2015.4.29

实验四 IIR 数字滤波器的设计

一、实验目的：

1. 掌握双线性变换法及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，熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和带通IIR 数字滤波器的MATLAB 编程。

2. 观察双线性变换及脉冲响应不变法设计的滤波器的频域特性，了解双线性变换法及脉冲响应不变法的特点。

3. 熟悉Butterworth 滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器的频率特性。

二、实验原理:

1． 脉冲响应不变法

用数字滤波器的单位脉冲响应序列 模仿模拟滤波器的冲激响应 ,让 正好等于 的采样值，即 ，其中 为采样间隔，如果以 及 分别表示 的拉式变换及 的Z 变换，则

)2(1)(m T j s H T z H m a e z sT ∑∞-∞==+=π

2．双线性变换法

S 平面与z 平面之间满足以下映射关系：

);(,2121,11211ωωσj re z j s s T s T z z z T s =+=-+

=+-?=-- 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、实验内容及步骤：

实验中有关变量的定义:

fc 通带边界频率； fr阻带边界频率；δ通带波动；At 最小阻带衰减； fs采样频率； T采样周期

（1） =0.3KHz, δ=0.8Db, =0.2KHz, At =20Db,T=1ms;

设计一个切比雪夫高通滤波器，观察其通带损耗和阻带衰减是否满足要求。

MATLAB源程序：

wp=2*1000*tan(2*pi*300/(2*1000));

ws=2*1000*tan(2*pi*200/(2*1000));

[N,wn]=cheb1ord(wp,ws,0.8,20,'s'); %给定通带（wp）和阻带(ws)边界角频率，通带波动波动0.8，阻带最小衰减20dB，求出最低阶数和通带滤波器的通带边界频率Wn

[B,A]=cheby1(N,0.5,wn,'high','s');%给定通带（wp）和阻带(ws)边界角频率，通带波动

[num,den]=bilinear(B,A,1000);

[h,w]=freqz(num,den);

f=w/(2*pi)*1000;

plot(f,20*log10(abs(h)));

axis([0,500,-80,10]);

grid;xlabel('频率');ylabel('幅度/dB')

程序结果

num = 0.0304 -0.1218 0.1827 -0.1218 0.0304 den = 1 1.3834 1.4721 0.8012 0.2286

系统函数：

1234

1234

0.0304 -0.1218z 0.1827z-0.1218z0.0304z H(z)=

1.0000+1.3834z+1.4721z+ 0.8012z+0.2286z

----

----

++

幅频响应图：

分析：由图可知，切比雪夫滤波器幅频响应是通带波纹，阻带单调衰减的。δ=0.8，fr=0.2kHz,At=30Db,满足设计要求

（2）fc=0.2kHz,δ=1dB,fr=0.3kHz,At=25dB,T=1ms;分别用脉冲响应不变法及双线性变换法设计一Butterworth数字低通滤波器，观察所设计数字滤波器的幅频特性曲线，记录带宽和衰减量，检查是否满足要求。比较这两种方法的优缺点。

MATLAB源程序：

T = 0.001;fs = 1000;fc = 200;fr = 300;

wp1 = 2*pi*fc;wr1 = 2*pi*fr;

[N1,wn1] = buttord(wp1,wr1,1,25,'s')

[B1,A1] = butter(N1,wn1,'s');

[num1,den1] = impinvar(B1,A1,fs);%脉冲响应不变法

[h1,w] = freqz(num1,den1);

wp2 = 2*fs*tan(2*pi*fc/(2*fs))

wr2 = 2*fs*tan(2*pi*fr/(2*fs))

[N2,wn2] = buttord(wp2,wr2,1,25,'s')

[B2,A2] = butter(N2,wn2,'s');

[num2,den2] = bilinear(B2,A2,fs);%双线性变换法

[h2,w] = freqz(num2,den2);

f = w/(2*pi)*fs;

plot(f,20*log10(abs(h1)),'-.',f,20*log10(abs(h2)),'-'); axis([0,500,-100,10]);grid;xlabel('频率/Hz ');ylabel('幅度/dB')

title('巴特沃思数字低通滤波器');

legend('脉冲相应不变法','双线性变换法',1);

结果分析：

脉冲响应不变法的低通滤波器系统函数:

num1 -2.3647 0.0002 0.0153 0.0995 0.1444 0.0611

0.0075 0.0002 3.6569 0

den1 1 -1.9199 2.5324 -2.2053 1.3868 -0.6309

0.2045 -0.0450 0.0060 -0.0004 987654321876543210.0004z 0.0060z 0.0450z 0.2045z 0.6309z 1.3869z 2.2053z 2.5324z 1.9199z 1 3.6569z 0.0002z 0.0075z 0.0611z 0.1444z 0.0995z 0.0153z 0.0002z 2.3647------------------+-+-+-+-++++++++-=)(z H

双线性变换法设计的低通滤波器系统函数:

num2 0.0179 0.1072 0.2681 0.3575 0.2681

0.1072 0.0179

den2 1 -0.6019 0.9130 -0.2989 0.1501 -0.0208

0.0025

6

543216543210025.00208.01501.02989.09130.06019.010176.01072.02681.03575.02681.00.10720179.0)(------------+-+-+-++++++=z z z z z z z z z z z z z H

分析：脉冲响应不变法的频率变化是线性的，数字滤波器频谱响应出

现了混叠，影响了过渡带的衰减特性，并且无传输零点；双线性变化法的频率响应是非线性的，因而消除了频谱混叠，在f=500Hz出有一个传输零点。

脉冲响应不变法的一个重要特点是频率坐标的变换是线性的，ω＝ΩΤ，ω与Ω是线性关系：在某些场合，要求数字滤波器在时域上能模仿模拟滤波器的功能时，如要实现时域冲激响应的模仿，一般使用脉冲响应不变法。

脉冲响应不变法的最大缺点：有频谱周期延拓效应，因此只能用于带限的频响特性，如衰减特性很好的低通或带通,而高频衰减越大，频响的混淆效应越小，至于高通和带阻滤波器,由于它们在高频部分不衰减，因此将完全混淆在低频响应中，此时可增加一保护滤波器，滤掉高于的频带，再用脉冲响应不变法转换为数字滤波器，这会增加设计的复杂性和滤波器阶数，只有在一定要满足频率线性关系或保持网络瞬态响应时才采用。

双线性变换法的主要优点是S平面与Z平面一一单值对应，s平面的虚轴(整个jΩ)对应于Z平面单位圆的一周，S平面的Ω=0处对应于Z平面的ω=0处，Ω= ∞处对应于Z平面的ω= π处,即数字滤波器的频率响应终止于折叠频率处，所以双线性变换不存在混迭效应。双线性变换缺点: Ω与ω成非线性关系，导致：

a. 数字滤波器的幅频响应相对于模拟滤波器的幅频响应有畸变，(使数字滤波器与模拟滤波器在响应与频率的对应关系上发生畸变)。

b. 线性相位模拟滤波器经双线性变换后，得到的数字滤波器为非

线性相位。

c.要求模拟滤波器的幅频响应必须是分段恒定的，故双线性变换只能用于设计低通、高通、带通、带阻等选频滤波器。

(3)利用双线性变换法分别设计满足下列指标的Butterworth型、Chebyshev型和椭圆型数字低通滤波器，并作图验证设计结果：fc=1.2kHz ，δ≤0.5dB ,fr=2kHz ， At≥40dB, fs=8kHz，比较这种滤波器的阶数。

MATLAB源程序：

clear all;

wc=2*pi*1200;wr=2*pi*2000;rp=0.5;rs=40;fs=8000;

w1=2*fs*tan(wc/(2*fs));

w2=2*fs*tan(wr/(2*fs));

[Nb,wn]=buttord(w1,w2,rp,rs,'s') %巴特沃思

[B,A]=butter(Nb,wn,'s');

[num1,den1]=bilinear(B,A,fs);

[h1,w]=freqz(num1,den1);

[Nc,wn]=cheb1ord(w1,w2,rp,rs,'s') %切比雪夫

[B,A]=cheby1(Nc,rp,wn,'s');

[num2,den2]=bilinear(B,A,fs);

[h2,w]=freqz(num2,den2);

[Ne,wn]=ellipord(w1,w2,rp,rs,'s') %椭圆型

[B,A]=ellip(Ne,rp,rs,wn,'low','s');

[num3,den3]=bilinear(B,A,fs);

[h3,w]=freqz(num3,den3);

f=w/(2*pi)*fs;

plot(f,20*log10(abs(h1)),'-',f,20*log10(abs(h2)),'--',f,20* log10(abs(h3)),':');

axis([0,4000,-100,10]);grid;

xlabel('Frequency in Hz'); ylabel('Gain in dB');

title('三种数字低通滤波器');

legend('巴特沃思数字低通滤波器','切比雪夫数字低通滤波器','椭圆数字低通滤波器',3);

巴特沃思数字低通滤波器的系统函数系数：

num1= 0.0032 0.0129 0.0302 0.0453 0.0453 0.0302

0.0129 0.0032 0.0003

den1= -2.7996 4.4581 -4.5412 3.2404 -1.6330 0.5780 -0.1370 0.0197 -0.0013

切比雪夫数字低通滤波器的系统函数系数：

num2= 0.0026 0.0132 0.0264 0.0264 0.0132 0.0026 den2= 1 -2.9775 4.2932 -3.5124 1.6145 -0.3334 椭圆数字低通滤波器的系统函数系数：

num3= 0.03887 0.0363 0.0665 0.0363 0.0389

den3= 1 -2.1444 2.3658 -1.3250 0.3332

程序结果图：

分析：设计结果表明，巴特沃思数字低通滤波器、切比雪夫数字低通滤波器、椭圆数字低通滤波器的阶数分别是9、5、4阶。可见，对于给定的阶数，椭圆数字低通滤波器的阶数最少(换言之，对于给定的阶数，过渡带最窄)，就这一点来说，他是最优滤波器。由图表明，巴特沃思数字低通滤波器过渡带最宽，幅频响应单调下降；椭圆数字低通滤波器过渡带最窄，并具有等波纹的通带和阻带响应；切比雪夫数字低通滤波器的过渡带介于两者之间。

(4）分别用脉冲响应不变法及双线性变换法设计一Butterworth型数字带通滤波器，已知，其等效的模拟滤波器指标δ<3dB，2kHz

MATLAB源程序：

wp1 = 2*pi*2000;wp2 = 2*pi*3000;

ws1= 2*pi*1500;ws2= 2*pi*6000;

[N1,wn1] = buttord([wp1 wp2],[ws1 ws2],3, 20 ,'s');%求巴特沃思滤波器的阶数

[B1,A1] = butter(N1,wn1,'s');%给定阶数和边界频率设计滤波器[num1,den1] = impinvar(B1,A1,30000);%脉冲相应不变法

[h1,w] = freqz(num1,den1);

w1=2*30000*tan(2*pi*2000/(2*30000));

w2=2*30000*tan(2*pi*3000/(2*30000));

wr1=2*30000*tan(2*pi*1500/(2*30000));

wr2=2*30000*tan(2*pi*6000/(2*30000));

[N,wn]=buttord([w1 w2],[wr1 wr2],3,20,'s');%求巴特沃思滤波器的阶数

[B,A]=butter(N,wn,'s');

[num,den]=bilinear(B,A,30000);%双线性变化法

[h2,w]=freqz(num,den);

f=w/(2*pi)*30000;

plot(f,20*log10(abs(h1)),'-.',f,20*log10(abs(h2)),'-'); axis([0,15000,-60,10]);

xlabel('Frequency in Hz'); ylabel('Gain in dB');

grid;

title('巴特沃思数字带通滤波器');

legend('脉冲相应不变法','双线性变换法',1);

脉冲相应不变法设计的巴特沃思数字带通滤波器系统函数的分子、分母多项式系数：

num1= -1.5158 0.0057 -0.0122 0.0025 0.0089 -0.0049 den1= 1 -4.8056 10.2376 -12.2625 8.7012 -3.4719

0.6145

双线性变换法设计的巴特沃思数字带通滤波器系统函数的分子、分母多项式的系数：

num= 0.0014 0 -0.0042 7.1054 0.0042 5.7732 -0.0014 den= 1 -4.8071 10.2473 -12.2838 8.7245 -3.4849 0.6176

（5）利用双线性变换法设计满足下列指标的Chebyshev 型数字带阻滤波器，并作图验证设计结果：当kHz f kHz 21≤<时，dB At 18≥；当Hz f 500≤以及kHz f 3≥时，dB 3≤δ；采样频率kHz f s 10=。

MATLAB 源程序：

w1=2*10000*tan(2*pi*1000/(2*10000));

w2=2*10000*tan(2*pi*2000/(2*10000));

wr1=2*10000*tan(2*pi*500/(2*10000));

wr2=2*10000*tan(2*pi*3000/(2*10000));

[N,wn]=cheb1ord([wr1 wr2],[w1 w2],3,18,'s');%计算阶数

[B,A]=cheby1(N,3,wn,'stop','s');%给定阶数和参数设计滤波器

[num,den]=bilinear(B,A,10000);%双线性变化法

[h,w]=freqz(num,den);%频率响应

f=w/(2*pi)*10000;

plot(f,20*log10(abs(h)));

axis([0,5000,-120,10]);

grid;xlabel('频率/Hz');ylabel('幅度/dB')

title('切比雪夫数字带阻滤波器');

程序结果图：

四、实验思考题

1．双线性变换法中Ω和ω之间的关系是非线性的，在实验中你注意到这种非线性关系了吗？从哪几种数字滤波器的幅频特性曲线中可以观察到这种非线性关系？

答：在双线性变化法中，模拟频率与数字频率不再是线性关系，所以一个线性相位模拟滤波器经双线性变换后，得到的数字滤波器不再保持原有的线性相位了，在每一幅使用了双线性变换的图中，可以看到在采样频率一半处，幅度为零，这显然不是线性变换能够产生的，这是由于双线性变换将模拟域中的无穷远点映射到了改点处。

2.能否利用公式完成脉冲响应不变法的数字滤波器设计？为什么？

答：IIR数字滤波器的设计实际上是求解滤波器的系数,

a b，它是数

k k

学上的一种逼近问题，即在规定意义上（通常采用最小均方误差准则）去逼近系统的特性。如果在S平面上去逼近，就得到模拟滤波器；如果在z平面上去逼近，就得到数字滤波器。但是它的缺点是，存在频率混叠效应，故只适用于阻带的模拟滤波器。

五、实验总结

数字滤波器的设计是信号处理方面的重要内容，通过运用MATLAB软件来设计IIR数字滤波器，使我熟悉了MATLAB的强大功能，同时也对数字滤波器的特点、作用有更深入的理解。了解了熟练的利用MATLAB这一功能强大的软件来设计数字滤波器对数字信号处理这一领域有着重要的意义与价。

数字电路实验报告——数据选择器

第八次实验报告 实验六 数据选择器 一、实验目的要求 1、 熟悉中规模集成电路数据选择器的工作原理与逻辑功能 2、 掌握数据选择器的应用 二、实验仪器、设备 直流稳压电源、电子电路调试器、T4153、CC4011 三、实验线路、原理框图 (一)数据选择器的基本原理 数据选择器是常用的组合逻辑部件之一，它有若干个输入端，若干个控制输入端及一个输出端。 数据选择器的地址变量一般的选择方式是： （1） 选用逻辑表达式各乘积项中出现次数最多的变量（包括原变量与反变量），以简 化数据输入端的附加电路。 （2） 选择一组具有一定物理意义的量。 （二）T4153的逻辑符号、逻辑功能及管脚排列图 （1）T4153是一个双4选1数据选择器，其逻辑符号如图1： 图1 （2） T4153的功能表如下表 其中D0、D1、D2、D3为4个数据输入端；Y 为输出端；S 是使能端，在S 是使能端，在 原SJ 符号

S =0时使能，在S =1时Y=0；A1、A0是器件中两个选择器公用的地址输入端。该器件的 逻辑表达式为： Y=S （1A 0A 0D +101D A A +201D A A +301A A A ） （3） T4153的管脚排列图如图2 图2 （三）利用T4153四选一数据选择器设计一个一位二进制全减器的实验原理和实验线路 （1）一位二进制全减器的逻辑功能表见下表： n D =n A n B 1-n C +n A n B 1-n C +n A n B 1-n C +n A n B 1-n C n C =n A n B 1-n C +n A n B 1-n C +n A n B 1-n C +n A n B 1-n C =n A n B 1-n C +n A n B +n A n B 1-n C （3）根据全减器的逻辑功能表设计出的实验线路图为图3： S 11D 3 1D 2 1D 1 1D 0 1Y

实验五：FIR数字滤波器设计与软件实现

实验五：FIR数字滤波器设计与软件实现 一、实验指导 1．实验目的 （1）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。 （2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法。 （3）掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理。 （4）学会调用MATLAB函数设计与实现FIR滤波器。 2．实验容及步骤 （1）认真复习第七章中用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理； （2）调用信号产生函数xtg产生具有加性噪声的信号xt，并自动显示xt及其频谱，如图1所示； 图1 具有加性噪声的信号x(t)及其频谱如图 （3）请设计低通滤波器，从高频噪声中提取xt中的单频调幅信号，要求信号幅频失真小于0.1dB，将噪声频谱衰减60dB。先观察xt的频谱，确定滤波器指标参数。 （4）根据滤波器指标选择合适的窗函数，计算窗函数的长度N，调用MATLAB函数fir1设计一个FIR低通滤波器。并编写程序，调用MATLAB快速卷积函数fftfilt实现对xt的滤波。绘图显示滤波器的频响特性曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。 （4）重复（3），滤波器指标不变，但改用等波纹最佳逼近法，调用MATLAB函数remezord 和remez设计FIR数字滤波器。并比较两种设计方法设计的滤波器阶数。 提示：○1MATLAB函数fir1的功能及其调用格式请查阅教材； ○2采样频率Fs=1000Hz，采样周期T=1/Fs； ○3根据图1(b)和实验要求，可选择滤波器指标参数：通带截止频率fp=120Hz，阻带截

至频率fs=150Hz ，换算成数字频率，通带截止频率p 20.24p f ωπ=T =π，通带最大衰为0.1dB ，阻带截至频率s 20.3s f ωπ=T =π，阻带最小衰为60dB 。 ○ 4实验程序框图如图2所示，供读者参考。 图2 实验程序框图 4.思考题 (1)如果给定通带截止频率和阻带截止频率以及阻带最小衰减,如何用窗函数法设计线性相位低通滤波器?请写出设计步骤. (2)如果要求用窗函数法设计带通滤波器,且给定通带上、下截止频率为pl ω和pu ω，阻带上、下截止频率为sl ω和su ω，试求理想带通滤波器的截止频率cl cu ωω和。 （3）解释为什么对同样的技术指标，用等波纹最佳逼近法设计的滤波器阶数低？ 5．信号产生函数xtg 程序清单（见教材） 二、 滤波器参数及实验程序清单 1、滤波器参数选取 根据实验指导的提示③选择滤波器指标参数： 通带截止频率fp=120Hz ，阻带截至频率fs=150Hz 。代入采样频率Fs=1000Hz ，换算成数字频率，通带截止频率p 20.24p f ωπ=T =π，通带最大衰为0.1dB ，阻带截至频率

数字钟设计报告——数字电路实验报告

. 数字钟设计实验报告 专业:通信工程 :王婧 班级:111041B 学号:111041226 .

数字钟的设计 目录 一、前言 (3) 二、设计目的 (3) 三、设计任务 (3) 四、设计方案 (3) 五、数字钟电路设计原理 (4) （一）设计步骤 (4) （二）数字钟的构成 (4) （三）数字钟的工作原理 (5) 六、总结 (9) １

一、前言 此次实验是第一次做EDA实验，在学习使用软硬件的过程中，自然遇到很多不懂的问题，在老师的指导和同学们的相互帮助下，我终于解决了实验过程遇到的很多难题，成功的完成了实验，实验结果和预期的结果也是一致的，在这次实验中，我学会了如何使用Quartus II软件，如何分层设计点路，如何对实验程序进行编译和仿真和对程序进行硬件测试。明白了一定要学会看开发板资料以清楚如何给程序的输入输出信号配置管脚。这次实验为我今后对 EDA的进一步学习奠定了更好的理论基础和应用基础。 通过本次实验对数电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义，也达到了其培养的目的。也明白了一个道理：成功就是在不断摸索中前进实现的，遇到问题我们不能灰心、烦躁，甚至放弃，而要静下心来仔细思考，分部检查，找出最终的原因进行改正，这样才会有进步，才会一步步向自己的目标靠近，才会取得自己所要追求的成功。 ２

二、设计目的 1.掌握数字钟的设计方法。 2熟悉集成电路的使用方法。 3通过实训学会数字系统的设计方法； 4通过实训学习元器件的选择及集成电路手册查询方法； 5通过实训掌握电子电路调试及故障排除方法； 6熟悉数字实验箱的使用方法。 三、设计任务 设计一个可以显示星期、时、分、秒的数字钟。 要求： 1、24小时为一个计数周期； 2、具有整点报时功能； 3、定时闹铃（未完成） 四、设计方案 一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器和定时器组成。干电路系统由秒信号发生器、“时、 ３

北京邮电大学数字电路实验报告

北京邮电大学 数字电路与逻辑设计实验 实验报告 实验名称：QuartusII原理图输入 法设计与实现 学院：北京邮电大学 班级： 姓名： 学号：

一．实验名称和实验任务要求 实验名称：QuartusII原理图输入法设计与实现 实验目的：⑴熟悉用QuartusII原理图输入法进行电路设计和仿真。 ⑵掌握QuartusII图形模块单元的生成与调用； ⑶熟悉实验板的使用。 实验任务要求：⑴掌握QuartusII的基础上，利用QuartusII用逻辑 门设计实现一个半加器，生成新的半加器图像模 块。 ⑵用实验内容（1）中生成的半加器模块以及逻辑门 实现一个全加器，仿真验证其功能，并能下载到实 验板上进行测试，要求用拨码开关设定输入信号， 发光二级管显示输出信号。 ⑶用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门实现要求 的函数：CBA F+ C + =,仿真验证其 + B C B A A A B C 功能，，并能下载到实验板上进行测试，要求用拨 码开关设定输入信号，发光二级管显示输出信号。二．设计思路和过程 半加器的设计实现过程：⑴半加器的应有两个输入值，两个输出值。 a表示加数，b表示被加数，s表示半加和， co表示向高位的进位。

⑵由数字电路与逻辑设计理论知识可知 b a s ⊕=;b a co ?= 选择两个逻辑门：异或门和与门。a,b 为异 或门和与门的输入，S 为异或门的输出，C 为与门的输出。 (3)利用QuartusII 仿真实现其逻辑功能， 并生成新的半加器图形模块单元。 (4)下载到电路板，并检验是否正确。 全加器的设计实现过程：⑴全加器可以由两个半加器和一个或门构 成。全加器有三个输入值a,b,ci ，两个输 出值s,co ：a 为被加数，b 为加数，ci 为低 位向高位的进位。 ⑵全加器的逻辑表达式为： c b a s ⊕⊕= b a ci b a co ?+?⊕=)( ⑶利用全加器的逻辑表达式和半加器的逻 辑功能，实现全加器。 用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门设计实现函数 CBA A B C A B C A B C F +++= 设计实现过程：⑴利用QuartusII 选择译码器（74L138）的图形模块

IIR数字滤波器的设计实验报告

IIR数字滤波器的设计 一、实验目的： 掌握冲激相应不变法和双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理和方法； 观察冲激相应不变法和双线性变换法设计IIR数字滤波器的频率特性； 了解冲激相应不变法和双线性变换法的特点和区别。 二、实验原理： 无限长单位冲激响应（IIR）数字滤波器的设计思想： a)设计一个合适的模拟滤波器 b)利用一定的变换方法将模拟滤波器转换成满足预定指 标的数字滤波器 切贝雪夫I型：通带中是等波纹的，阻带是单调的

切贝雪夫II型：通带中是单调的，阻带是等波纹的 1．用冲击响应不变法设计一个低通切贝雪夫I型数字滤波器通带上限截止频率为400Hz 阻带截止频率为600Hz 通带最大衰减为0.3分贝 阻带最小衰减为60分贝 抽样频率1000Hz 2．用双线性变换法设计切贝雪夫II型高通滤波器 通带截止频率2000Hz 阻带截止频率1500Hz 通带最大衰减0.3分贝 阻带最小衰减50分贝 抽样频率20000Hz 四、实验程序：

1） Wp=2*pi*400; Ws=2*pi*600; Rp=0.3; Rs=60; Fs=1000; [N,Wn]=cheb1ord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); [Z,P,K]=cheb1ap(N,Rp); [A,B,C,D]=zp2ss(Z,P,K); [At,Bt,Ct,Dt]=lp2lp(A,B,C,D,Wn); [num1,den1]=ss2tf(At,Bt,Ct,Dt); [num2,den2]=impinvar(num1,den1,Fs); [H,W1]=freqs(num1,den1); figure(1) subplot(2,1,1); semilogx(W1/pi/2,20*log10(abs(H)));grid; xlabel(' 频率/ Hz'); ylabel(' 模拟滤波器幅值(db)'); [H,W2]=freqz(num2,den2,512,'whole',Fs); subplot(2,1,2); plot(W2,20*log10(abs(H)));grid; xlabel(' 频率/ Hz');

数字逻辑电路实验报告

数字逻辑电路 实验报告 指导老师: 班级: 学号: 姓名： 时间： 第一次试验一、实验名称：组合逻辑电路设计

二、试验目的： 1、掌握组合逻辑电路的功能测试。 2、验证半加器和全加器的逻辑功能。 3、、学会二进制数的运算规律。 三、试验所用的器件和组件： 二输入四“与非”门组件3片，型号74LS00 四输入二“与非”门组件1片，型号74LS20 二输入四“异或”门组件1片，型号74LS86 四、实验设计方案及逻辑图： 1、设计一位全加/全减法器，如图所示： 电路做加法还是做减法是由M决定的，当M=0时做加法运算，当M=1时做减法运算。当作为全加法器时输入信号A、B和Cin分别为加数、被加数和低位来的进位，S 为和数，Co为向上的进位；当作为全减法时输入信号A、B和Cin分别为被减数，减数和低位来的借位，S为差，Co为向上位的借位。 （1）输入/输出观察表如下： （2）求逻辑函数的最简表达式 函数S的卡诺图如下：函数Co的卡诺如下： 化简后函数S的最简表达式为： Co的最简表达式为：

（3）逻辑电路图如下所示： 2、舍入与检测电路的设计： 用所给定的集成电路组件设计一个多输出逻辑电路，该电路的输入为8421码，F1为“四舍五入”输出信号，F2为奇偶检测输出信号。当电路检测到输入的代码大于或等于5是，电路的输出F1=1;其他情况F1=0。当输入代码中含1的个数为奇数时，电路的输出F2=1，其他情况F2=0。该电路的框图如图所示： （1）输入/输出观察表如下： B8 B4 B2 B1 F2 F1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1

数字电路实验报告

数字电路实验报告 姓名：张珂 班级：10级8班 学号：2010302540224

实验一：组合逻辑电路分析一．实验用集成电路引脚图 1．74LS00集成电路 2．74LS20集成电路 二、实验内容 1、组合逻辑电路分析 逻辑原理图如下：

U1A 74LS00N U2B 74LS00N U3C 74LS00N X1 2.5 V J1 Key = Space J2 Key = Space J3 Key = Space J4 Key = Space VCC 5V GND 图1.1组合逻辑电路分析 电路图说明：ABCD 按逻辑开关“1”表示高电平，“0”表示低电平； 逻辑指示灯：灯亮表示“1”，灯不亮表示“0”。 真值表如下： A B C D Y 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 表1.1 组合逻辑电路分析真值表 实验分析： 由实验逻辑电路图可知：输出X1=AB CD =AB+CD ，同样，由真值表也能推出此方程，说明此逻辑电路具有与或功能。 2、密码锁问题： 密码锁的开锁条件是：拨对密码，钥匙插入锁眼将电源接通，当两个条件同时满足时，开锁信号为“1”，将锁打开；否则，报警信号为“1”，则接通警铃。

试分析下图中密码锁的密码ABCD 是什么？ 密码锁逻辑原理图如下： U1A 74LS00N U2B 74LS00N U3C 74LS00N U4D 74LS00N U5D 74LS00N U6A 74LS00N U7A 74LS00N U8A 74LS20D GND VCC 5V J1 Key = Space J2 Key = Space J3 Key = Space J4 Key = Space VCC 5V X1 2.5 V X2 2.5 V 图 2 密码锁电路分析 实验真值表记录如下： 实验真值表 A B C D X1 X2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 表1.2 密码锁电路分析真值表 实验分析： 由真值表（表1.2）可知：当ABCD 为1001时，灯X1亮，灯X2灭；其他情况下，灯X1灭，灯X2亮。由此可见，该密码锁的密码ABCD 为1001.因而，可以得到：X1=ABCD ，X2=1X 。

FIR数字滤波器设计与使用

实验报告 课程名称：数字信号处理指导老师：刘英成绩：_________________实验名称： FIR数字滤波器设计与使用同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求 设计和应用FIR低通滤波器。掌握FIR数字滤波器的窗函数设计法，了解设计参数（窗型、窗长）的影响。 二、实验内容和步骤 编写MATLAB程序，完成以下工作。 2-1 设计两个FIR低通滤波器，截止频率 C =0.5。 （1）用矩形窗，窗长N=41。得出第一个滤波器的单位抽样响应序列h 1(n)。记下h 1 (n) 的各个抽样值，显示h 1 (n)的图形（用stem(.)）。求出该滤波器的频率响应（的N 个抽样）H 1(k)，显示|H 1 (k)|的图形（用plot(.)）。 （2）用汉明窗，窗长N=41。得出第二个滤波器的单位抽样响应序列h 2(n)。记下h 2 (n) 的各个抽样值，显示h 2(n)的图形。求出滤波器的频率响应H 2 (k)，显示|H 2 (k)|的 图形。 （3）由图形，比较h 1(n)与h 2 (n)的差异，|H 1 (k)|与|H 2 (k)|的差异。 2-2 产生长度为200点、均值为零的随机信号序列x(n)（用rand(1,200)0.5）。显示x(n)。 求出并显示其幅度谱|X(k)|，观察特征。 2-3 滤波 （1）将x(n)作为输入，经过第一个滤波器后的输出序列记为y 1(n)，其幅度谱记为|Y 1 (k)|。 显示|X(k)|与|Y 1 (k)|，讨论滤波前后信号的频谱特征。 （2）将x(n)作为输入，经过第二个滤波器后的输出序列记为y 2(n)，其幅度谱记为|Y 2 (k)|。 比较|Y 1(k)|与|Y 2 (k)|的图形，讨论不同的窗函数设计出的滤波器的滤波效果。 2-4 设计第三个FIR低通滤波器，截止频率 C =0.5。用矩形窗，窗长N=127。用它对x(n)进行滤波。显示输出信号y

实验四数字滤波器的设计实验报告

数字信号处理 实验报告 实验四 IIR数字滤波器的设计学生姓名张志翔 班级电子信息工程1203班 学号 指导教师 实验四 IIR数字滤波器的设计 一、实验目的： 1. 掌握双线性变换法及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，熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和带通IIR数字滤波器的MATLAB编程。 2. 观察双线性变换及脉冲响应不变法设计的滤波器的频域特性，了解双线性变换法及脉冲响应不变法的特点。 3.熟悉Butterworth滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器的频率特性。 二、实验原理: 1．脉冲响应不变法 用数字滤波器的单位脉冲响应序列模仿模拟滤波器的冲激响应 ,让正好等于的采样值，即，其中为采样间隔，如果以及分别表示的拉式变换及的Z变换，则 2．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、实验内容及步骤： 实验中有关变量的定义: fc 通带边界频率； fr阻带边界频率；δ通带波动；At 最小阻带衰减； fs采样频率； T采样周期 （1） =0.3KHz, δ=0.8Db, =0.2KHz, At =20Db,T=1ms; 设计一个切比雪夫高通滤波器，观察其通带损耗和阻带衰减是否满足要求。 MATLAB源程序： wp=2*1000*tan(2*pi*300/(2*1000)); ws=2*1000*tan(2*pi*200/(2*1000)); [N,wn]=cheb1ord(wp,ws,0.8,20,'s'); %给定通带（wp）和阻带(ws)边界角频率，通带波动波动0.8，阻带最小衰减20dB，求出最低阶数和通带滤波器的通带边界频率Wn [B,A]=cheby1(N,0.5,wn,'high','s');%给定通带（wp）和阻带(ws)边界角频率，通带波动 [num,den]=bilinear(B,A,1000); [h,w]=freqz(num,den); f=w/(2*pi)*1000; plot(f,20*log10(abs(h)));

数字电路实验报告——译码器

第五次试验报告 实验五 译码器 一、实验目的要求 1、熟悉中规模集成电路T4138译码器的工作原理与逻辑功能 2、掌握译码器的应用 二、实验仪器、设备 直流稳压电源、电子电路调试器、万用表、两个T4138、74LS20 三、实验线路、原理框图 1、T4138的逻辑符号 T4138是一个3线—8线译码器，它是一种通用译码器，其逻辑符号如图1所示。 图1 其中，A 2、A 1、A 0是地址输入端，Y 0、Y 1、Y 2、Y 3、Y 4、Y 5、Y 6、Y 7是译码输出端，S 1、 S 2、S 3是使能端，当S 1=1， S 2+S 3=0时，器件使能。 2、T4138的管脚排列 T4138的管脚排列如图2所示： 图2 3、T4138的逻辑功能 T4138的功能表如下表所示： Y Y Y Y Y Y Y 32 （a ）原SJ 符号 （b ）GB 符号

3线—8线译码器实际上是一个负脉冲输出的脉冲分配器。若利用使能端中的一个输入端输入数据信息，器件就成为一个数据分配器。 4、用T4138实现一个逻辑函数 译码器的每一路输出，实际上是地址码的一个最小项的反变量，利用其中一部分输出端输出的与非关系，也就是它们相应最小项的或逻辑表达式，能方便地实现逻辑函数。 本试验要求实现以下逻辑函数： Y=AB C +A B C+A BC+ABC=ABC BC A C B A C AB ???=7356Y Y Y Y 用T4138和74LS20实现以上逻辑函数，实验线路见下图（图3）： 图3 5，用两个3线—8线译码器组成一个4线—16线的译码器 4线—16线的真值表为： “0Y

实验五FIR数字滤波器的设计

实验六 FIR 数字滤波器的设计 一、实验目的 1．熟悉FIR 滤波器的设计基本方法 2．掌握用窗函数设计FIR 数字滤波器的原理与方法。 二、实验内容 1．FIR 数字滤波器的设计方法 FIR 滤波器的设计问题在于寻求一系统函数)(z H ，使其频率响应)(ωj e H 逼近滤波器要求的理想频率响应)(ωj d e H ，其对应的单位脉冲响应为)(n h d 。 （1）用窗函数设计FIR 滤波器的基本原理 设计思想：从时域从发，设计)(n h 逼近理想)(n h d 。设理想滤波器)(ωj d e H 的单位脉 冲响应为)(n h d 。以低通线性相位FIR 数字滤波器为例。 ?∑--∞-∞=== ππωωωωω πd e e H n h e n h e H jn j d d jn n d j d )(21)()()( (6-1) )(n h d 一般是无限长的，且是非因果的，不能直接作为FIR 滤波器的单位脉冲响应。要想得到一个因果的有限长的滤波器h(n)，最直接的方法是截断)()()(n w n h n h d =，即截取为有限长因果序列，并用合适的窗函数进行加权作为FIR 滤波器的单位脉冲响应。按照线性相位滤波器的要求，h(n)必须是偶对称的。对称中心必须等于滤波器的延时常数，即 ???-==2 /)1()()()(N a n w n h n h d (6-2) 用矩形窗设计的FIR 低通滤波器，所设计滤波器的幅度函数在通带和阻带都呈现出振荡现象，且最大波纹大约为幅度的9%，这个现象称为吉布斯（Gibbs ）效应。为了消除吉布斯效应，一般采用其他类型的窗函数。 （2） 典型的窗函数 ① 矩形窗(Rectangle Window) )()(n R n w N = （6-3）

数字逻辑电路实验报告

. .. 数字逻辑电路设计 --多功能数字钟 学院：计算机科学与通信工程 专业： ： 学号： 指导老师：

多功能数字钟 一、设计任务及要求 （1）拥有正常的时、分、秒计时功能。 （2）能利用实验板上的按键实现校时、校分及清零功能。 （3）能利用实验板上的扬声器做整点报时。 （4）闹钟功能 （5）在MAXPLUS II 中采用层次化设计方法进行设计。 （6）在完成全部电路设计后在实验板上下载，验证设计课题的正确性。 二、多功能数字钟的总体设计和顶层原理图 作为根据总体设计框图，可以将整个系统分为六个模块来实现，分别是计时模块、校时模块、整点报时模块、分频模块、动态显示模块及闹钟模块。

（1）计时模块 该模块使用74LS160构成的一个二十四进制和两个六十进制计数器级联，构成数字钟的基本框架。二十四进制计数器用于计时，六十进制计数器用于计分和秒。只要给秒计数器一个1HZ的时钟脉冲，则可以进行正常计时。分计数器以秒计数器的进位作为计数脉冲。 用两个74160连成24进制的计数器，原图及生成的器件如下： 生成的二十四进制计数器注： 利用使能端，时钟信号，清零以及预置数功能连成24进制。

用两个74160连成的60进制计数器，原图及生成的器件如下： 生成的六十进制计数器 （2）校时模块 校时模块设计要求实现校时，校分以及清零功能。 *按下校时键，小时计数器迅速递增以调至所需要的小时位。 *按下校分键，分计数器迅速递增以调至所需要的分位。 *按下清零键，将秒计数器清零。 注意事项：①在校分时，分计数器的计数不应对小时位产生影响，因而需要屏蔽此时分计数器的进位信号以防止小时计数器计数。 ②利用D触发器进行按键抖动的消除，因为D触发器是边沿触发，在除去时钟边沿到来前一瞬间之外的绝大部分时间都不接受输入，

有限冲激响应数字滤波器设计实验报告

/ 实验6 有限冲激响应数字滤波器设计 一、实验目的： 1、加深对数字滤波器的常用指标理解。 2、学习数字滤波器的设计方法。 二、实验原理： 低通滤波器的常用指标： } （1）通带边缘频率； （2）阻带边缘频率； （3）通带起伏；

（4）通带峰值起伏， （5）阻带起伏，最小阻带衰减。 三、实验内容： 利用MATLAB编程,用窗函数法设计FIR数字滤波器，指标要求如下： 通带边缘频率：，通带峰值起伏：。] 阻带边缘频率：，最小阻带衰减：。 采用汉宁窗函数法的程序： wp1=*pi;wp2=*pi; ws1=*pi;ws2=*pi; width1=wp1-ws1; width2=ws2-wp2; width=min(width1,width2) N1=ceil(8*pi/width) … b1=fir1(N1,[ ],hanning(N1+1)); [h1,f]=freqz(b1,1,512); plot(f/pi,20*log10(abs(h1)),'-') grid; 图形：

采用切比雪夫窗函数法德程序： 】 wp1=*pi;wp2=*pi; ws1=*pi;ws2=*pi; width1=wp1-ws1; width2=ws2-wp2; width=min(width1,width2) N1=ceil(8*pi/width) b1=fir1(N1,[ ],chebwin(N1+1,20)); [h1,f]=freqz(b1,1,512); … plot(f/pi,20*log10(abs(h1)),'-') grid; 图形：

四．小结 FIR和IIR滤波器各自的特点： ①结构上看，IIR滤波器必须采用递归结构，极点位置必须在单位圆内，否则系统将不稳定，IIR滤波器脱离不了模拟滤波器的格局，FIR滤波器更灵活，尤其能使适应某些特殊的应用。设计选择：在对相位要求不敏感的场合，用IIR较为适合，而对图像处理等对线性要求较高，采用FIR滤波器较好。 ②性能上说，IIR滤波器传输函数的几点可位于单位圆内的任何地方，可以用较低的结束获得较高的选择性，但是是相位的非线性为代价，FIR滤波器却可以得到严格的线性相位，然而FIR滤波器传输函数的极点固定在原点，只能用较高的阶数达到的选择性。

数字电子技术实验报告汇总

《数字电子技术》实验报告 实验序号：01 实验项目名称：门电路逻辑功能及测试 学号姓名专业、班级 实验地点物联网实验室指导教师时间2016.9.19 一、实验目的 1. 熟悉门电路的逻辑功能、逻辑表达式、逻辑符号、等效逻辑图。 2. 掌握数字电路实验箱及示波器的使用方法。 3、学会检测基本门电路的方法。 二、实验仪器及材料 1、仪器设备：双踪示波器、数字万用表、数字电路实验箱 2. 器件： 74LS00 二输入端四与非门2片 74LS20 四输入端双与非门1片 74LS86 二输入端四异或门1片 三、预习要求 1. 预习门电路相应的逻辑表达式。 2. 熟悉所用集成电路的引脚排列及用途。 四、实验内容及步骤 实验前按数字电路实验箱使用说明书先检查电源是否正常，然后选择实验用的集成块芯片插入实验箱中对应的IC座，按自己设计的实验接线图接好连线。注意集成块芯片不能插反。线接好后经实验指导教师检查无误方可通电实验。实验中

1.与非门电路逻辑功能的测试 （1）选用双四输入与非门74LS20一片，插入数字电路实验箱中对应的IC座，按图1.1接线、输入端1、2、4、5、分别接到K1~K4的逻辑开关输出插口，输出端接电平显 图 1.1 示发光二极管D1~D4任意一个。 （2）将逻辑开关按表1.1的状态，分别测输出电压及逻辑状态。 表1.1 输入输出 1(k1) 2(k2) 4(k3) 5(k4) Y 电压值（v） H H H H 0 0 L H H H 1 1 L L H H 1 1 L L L H 1 1 L L L L 1 1 2. 异或门逻辑功能的测试

图 1.2 （1）选二输入四异或门电路74LS86，按图1.2接线，输入端1、2、4、5接逻辑开关(K1~K4)，输出端A、B、Y接电平显示发光二极管。 （2）将逻辑开关按表1.2的状态，将结果填入表中。 表1.2 输入输出 1(K1) 2(K2) 4(K35(K4) A B Y 电压（V） L H H H H L L L H H H H L L L H H L L L L L H H 1 1 1 1 1 1 1 1

数字电路组合逻辑电路设计实验报告

数字电路组合逻辑电路设 计实验报告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

实验三组合逻辑电路设计（含门电路功能测试）

一、实验目的 1.掌握常用门电路的逻辑功能 2.掌握小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法 3.掌握组合逻辑电路的功能测试方法 二、实验设备与器材 Multisim 、74LS00 四输入2与非门、示波器、导线 三、实验原理 TTL集成逻辑电路种类繁多，使用时应对选用的器件做简单逻辑功能检查，保证实验的顺利进行。 测试门电路逻辑功能有静态测试和动态测试两种方法。静态测试时，门电路输入端加固定的高（H）、低电平，用示波器、万用表、或发光二极管（LED）测

出门电路的输出响应。动态测试时，门电路的输入端加脉冲信号，用示波器观测输入波形与输出波形的同步关系。 下面以74LS00为例，简述集成逻辑门功能测试的方法。74LS00为四输入2与非门，电路图如3-1所示。74LS00是将四个二输入与非门封装在一个集成电路芯片中，共有14条外引线。使用时必须保证在第14脚上加+5V电压，第7脚与底线接好。 整个测试过程包括静态、动态和主要参数测试三部分。 表3-1 74LS00与非门真值表 1.门电路的静态逻辑功能测试 静态逻辑功能测试用来检查门电路的真值表，确认门电路的逻辑功能正确与否。实验时，可将74LS00中的一个与非门的输入端A、B分别作为输入逻辑变量，加高、低电平，观测输出电平是否符合74LS00的真值表（表3-1）描述功能。

FIR数字滤波器设计实验_完整版

班级： 姓名： 学号： FIR 数字滤波器设计实验报告 一、实验目的 1．掌握FIR 数字滤波器的设计方法； 2．熟悉MATLAB 信号处理工具箱的使用； 3．熟悉利用MATLAB 软件进行FIR 数字滤波器设计，以及对所设计的滤波器 进行分析； 4．了解FIR 滤波器可实现严格线性相位的条件和特点； 5．熟悉FIR 数字滤波器窗函数设计法的MATLAB 设计，并了解利用窗函数法 设计FIR 滤波器的优缺点； 6．熟悉FIR 数字滤波器频率采样设计法的MATLAB 设计，并了解利用频率采 样法设计FIR 滤波器的优缺点； 7．熟悉FIR 数字滤波器切比雪夫逼近设计法的MATLAB 设计，并了解利用切 比雪夫逼近法设计FIR 滤波器的优缺点。 二、实验设备及环境 1．硬件：PC 机一台； 2．软件：MATLAB （6.0版以上）软件环境。 三、实验内容及要求 1．实验内容：基于窗函数设计法、频率采样设计法和切比雪夫逼近设计法，利用MATLAB 软件设计满足各自设计要求的FIR 数字低通滤波器，并对采用不同设计法设计的低滤波器进行比较。 2．实验要求： （1）要求利用窗函数设计法和频率采样法分别设计FIR 数字低通滤波 器，滤波器参数要求均为：0.3c w π=。其中，窗函数设计法要求分别利用矩形窗、汉宁窗和布莱克曼窗来设计数字低通滤波器，且 21N ≥,同时要求给出滤波器的幅频特性和对数幅频特性； 频率

采样法要求分别利用采样点数21N =和63N =设计数字低通滤波器，同时要求给出滤波器采样前后的幅频特性，以及脉冲响应及对数幅频特性。 （2）要求利用窗函数设计法和切比雪夫逼近法分别设计FIR 数字低通 滤波器，滤波器参数要求均为： 0.2π, 0.25dB, 0.3π, 50dB p p s s ωαωα==== 其中，窗函数设计法要求利用汉明窗来设计数字低通滤波器，且 66N ≥，同时要求给出滤波器理想脉冲响应和实际脉冲响应，汉 名窗和对数幅频特性； 切比雪夫逼近法要求采用切比雪夫Ⅰ型，同时要求给出滤波器的脉冲响应、幅频特性和误差特性。 （3）将要求（1）和（2）中设计的具有相同参数要求，但采用不同设 计方法的滤波器进行比较，并以图的形式直观显示不同设计设计方法得到的数字低通滤波器的幅频特性的区别。 四、实验步骤 1．熟悉MATLAB 运行环境，命令窗口、工作变量窗口、命令历史记录窗口，FIR 常用基本函数； 2．熟悉MATLAB 文件格式，m 文件建立、编辑、调试； 3．根据要求（1）的内容，设计FIR 数字低通滤波器，建立M 文件，编写、调试、运行程序； 4．根据要求（2）的内容，设计FIR 数字低通滤波器，建立M 文件，编写、调试、运行程序； 5．将要求（1）和（2）中设计的具有相同参数要求，但采用不同设计方法的滤波器进行比较分析； 6．记录实验结果； 7．分析实验结果； 8．书写实验报告。 五、实验预习思考题 1．FIR 滤波器有几种常用设计方法？这些方法各有什么特点？

有限脉冲响应数字滤波器设计实验报告

成绩： 《数字信号处理》作业与上机实验 （第二章） 班级： 学号： 姓名： 任课老师： 完成时间： 信息与通信工程学院 2014—2015学年第1 学期

第7章有限脉冲响应数字滤波器设计 1、教材p238： 19.设信号x(t) = s(t) + v(t),其中v(t)是干扰，s(t)与v(t)的频谱不混叠，其幅度谱如题19图所示。要求设计数字滤波器,将干扰滤除，指标是允许|s(f)|在0≤f≤15 kHz频率范围中幅度失真为±2%（δ1 = 0.02）;f > 20 kHz,衰减大于40 dB（δ2=0.01）;希望分别设计性价比最高的FIR和IIR两种滤波器进行滤除干扰。请选择合适的滤波器类型和设计方法进行设计，最后比较两种滤波器的幅频特性、相频特性和阶数。 题19图 (1)matlab代码： %基于双线性变换法直接设计IIR数字滤波器 Fs=80000; fp=15000;fs=20000;rs=40; wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs; Rp=-20*log10(1-0.02);As=40; [N1,wp1]=ellipord(wp/pi,ws/pi,Rp,As); [B,A]=ellip(N1,Rp,As,wp1); [Hk,wk1]=freqz(B,A,1000); mag=abs(Hk);pah=angle(Hk);

%窗函数法设计FIR 数字滤波器 Bt=ws-wp; alph=0.5842*(rs-21)^0.4+0.07886*(rs-21); N=ceil((rs-8)/2.285/Bt); wc=(wp+ws)/2/pi; hn=fir1(N,wc,kaiser(N+1,alph)); M=1024; Hk=fft(hn,M); k=0:M/2-1; wk=(2*pi/M)*k; %画出各种比较结果图 figure(2); plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),':','linewidth',2.5); hold on plot(wk1/pi,20*log10(mag),'linewidth',2); hold off legend('FIR 滤波器','IIR 滤波器'); axis([0,1,-80,5]);xlabel('w/\pi');ylabel('幅度/dB'); title('损耗函数'); figure(3) plot(wk/pi,angle(Hk(k+1))/pi,':','linewidth',2.5); hold on plot(wk1/pi,pah/pi,'linewidth',2); hold off legend('FIR 滤波器','IIR 滤波器'); xlabel('w/\pi');ylabel('相位/\pi'); title('相频特性曲线'); (2)两种数字滤波器的损耗函数和相频特性的比较分别如图1、2所示： 图1 损耗函数比较图 图2 相频特性比较图 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.6 0.7 0.8 0.9 1 -80-70 -60-50-40-30-20-100w/π 幅度/d B 损耗函数 FIR 滤波器IIR 滤波器 0.10.20.30.4 0.50.60.70.80.91 -1-0.8 -0.6-0.4-0.200.20.40.60.81w/π 相位/π 相频特性曲线 FIR 滤波器IIR 滤波器

数字滤波器的设计实验

实验二IIR数字滤波器的设计 实验内容及步骤: 数字滤波器的性能指标：通带临界频率fp、阻带临界频率fr；通带内的最大衰减Ap；阻带内的最小衰减Ar；采样周期T； (1)、fp=0.3KHz,Ap=0.8dB, fr=0.2KHz,Ar=20dB,T=1ms；设计一Chebyshev高通滤波器；观察其通带损耗和阻带衰减是否满足要求。 程序如下： fp=300; fr=200; Ap=0.8; Ar=20; T=0.001;fs=1/T; wp=2*pi*fp*T; wr=2*pi*fr*T; Wp=2/T*tan(wp/2); Wr=2/T*tan(wr/2); [N,Wn]=cheb1ord(Wp,Wr,Ap,Ar,'s'); [B,A] = cheby1(N,Ap,Wn,'high','s'); [num,den]=bilinear(B,A,1/T); [h,w]=freqz(num,den); plot(w*fs/(2*pi),20*log10(abs(h))); %衰减及频率都用归一化的1为单位显示axis([0,500,-30,0]); title('Chebyshev高通滤波器'); xlabel('频率'); ylabel('衰减'); grid on; 根据下图知道通带损耗与阻带衰减满足要求

(2)、fp=0.2KHz,Ap=1dB, fr=0.3KHz,Ar=25dB,T=1ms；分别用脉冲响应不变法及双线性变换法设计一Butterworth数字低通滤波器，观察所设计数字滤波器的幅频特性曲线，记录带宽和衰减量，检查是否满足要求。比较这两种方法的优缺点。 程序如下： fp=200; fr=300; Ap=1;Ar=25; T=0.001;fs=1/T; wp=2*pi*fp*T; wr=2*pi*fr*T; Wp=2/T*tan(wp/2); Wr=2/T*tan(wr/2); [N,Wn]=buttord(Wp,Wr,Ap,Ar,'s'); [B,A] = butter(N,Wn,'s'); [num1,den1]=impinvar(B,A,1/T); %脉冲响应不变法得出设计的传递函数 [num2,den2]=bilinear(B,A,1/T); %双线性变换法得出设计的传递函数[h1,w]=freqz(num1,den1); plot(w*fs/(2*pi),20*log10(abs(h2)),w*fs/(2*pi),20*log10(abs(h1)), 'r.');grid on; %衰减及频率都用归一化的1为单位显示 axis([0,500,-30,0]); title('Butterworth低通滤波器（红线—脉冲响应不变法蓝线—双线性变换法）'); xlabel('?μ?ê');

数字信号处理实验数字滤波器设计

大连理工大学实验报告 学院（系）：电信专业：生物医学工程 班级： ***1101 姓名： *** 学号： 201181*** 组： ___ 实验时间：实验室：实验台： 指导教师签字：成绩： 实验三 FIR数字滤波器设计 一、实验程序 1. 分别用海宁窗和矩形窗设计一个N=10的FIR低通和高通 滤波器，截止频率。绘制出其幅频特性曲线和相频特性 曲线。作出各滤波器的单位脉冲响应。 低通滤波器设计： clear; clc close all; wc=1/3; N=10; b1=fir1(10,wc,boxcar(11)); [H1,w]=freqz(b1,1,512); H1_db=20*log10(abs(H1)); figure; subplot(121) plot(w,abs(H1)); title('Rectangle窗的幅频特性曲线'); subplot(122)

plot(w,angle(H1)); grid on title('Rectangle窗的相频特性曲线'); b2=fir1(10,wc,hanning(11)); [H2,w]=freqz(b2,1,512); H2_db=20*log10(abs(H2)); figure subplot(211);stem([0:10],b1); title('矩形窗得到的FIR滤波器脉冲响应') subplot(2,1,2); stem([0:10],b2); title('汉宁窗得到的FIR滤波器脉冲响应') figure plot(w,H1_db,w,H2_db,'r--'); title('Frequency response') legend('rectangular window', 'hanning window') grid on figure; subplot(121) plot(w,abs(H2)); title('hanning窗的幅频特性曲线'); subplot(122) plot(w,angle(H2)); grid on title('hanning窗的相频特性曲线'); Image