MATLAB課程設計報告基于MATLABGUI的“濾波器設計軟件”設計摘要面對龐雜繁多的原始信號,如何提取所需信號、抑制不需要的信號這就需要使用濾波器。濾波器的作用主要是選擇所需頻帶的信號內容而抑制不需要的其他頻帶的信號內容。數(shù)字濾波器因其精度高、可靠性好、靈活性大等優(yōu)點,在語音信號處理、信號頻譜估計、信號去噪、無線通信中的數(shù)字變頻以及圖像處理等工程實際應用中都很廣泛。根據(jù)其沖擊響應函數(shù)的時域特性可將數(shù)字濾波器分為IIR（有限長沖擊響應）和FIR（無限長沖擊響應）。作為強大的計算軟件,MATLAB提供了編寫圖形用戶界面的功能。所謂圖形用戶界面,簡稱為GUI,是由各種圖形對象,如圖形窗口菜單按鈕、文本框等構建的用戶界面。MATALB可以創(chuàng)建圖形用戶界面GUI(GraphicalUserInterface),它是用戶和計算機之間交流的工具。MATLAB將所有GUl支持的用戶控件都集成在這個環(huán)境中并提供界面外觀、屬性和行為響應方式的設置方法,隨著版本的提高,這種能力還會不斷加強。而且具有強大的繪圖功能,可以輕松的獲得更高質量的曲線圖。關鍵詞：MATLABGUIIIR濾波器FIR濾波器目錄1設計任務.12MATLABGUI的簡介.23濾波器設計原理.33.1濾波器概述.33.2IIR數(shù)字濾波器.43.2.1IIR數(shù)字濾波器設計原理.43.2.2IIR濾波器設計思想.53.2.3IIR濾波器設計編程實現(xiàn).63.3FIR數(shù)字濾波器.83.3.1FIR數(shù)字濾波器設計原理.83.3.2FIR濾波器設計思想.94基于MatlabGUI的數(shù)字濾波器設計思路及實現(xiàn).124.1GUI界面設計概述.124.2“濾波器設計軟件”設計所實現(xiàn)任務.144.3基于MatlabGUI的數(shù)字濾波器設計實現(xiàn).164.3.1“濾波器設計軟件”GUI界面設計.164.3.2“濾波器設計軟件”回調函數(shù)編寫.174.3.3AutoChoose.m程序的編寫.224.4運行和結果顯示.285設計總結和心得.335.1設計總結.335.2設計心得.34Abstract.35參考文獻.36附錄11設計任務1設計目的1.鞏固所學習過的關于數(shù)字信號處理的濾波器的設計2.學習使用MATLABGUI設計工具應用平面2設計要求要求：“濾波器設計軟件”設計1、要有人機交互界面。2、濾波器設計的類型、參數(shù)均有多個值可供選擇。3、當用戶選擇（或輸入）濾波器的參數(shù)時，能夠及時顯示設計好的濾波器的頻譜。4、該軟件可設計FIR或IIR型濾波器至少一種。22MATLABGUI的簡介MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是矩陣實驗室（MatrixLaboratory）的簡稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持?？梢灾苯诱{用,用戶也可以將自己編寫的實用程序導入到MATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調用。MATALB可以創(chuàng)建圖形用戶界面GUI(GraphicalUserInterface),它是用戶和計算機之間交流的工具。MATLAB將所有GUl支持的用戶控件都集成在這個環(huán)境中并提供界面外觀、屬性和行為響應方式的設置方法,隨著版本的提高,這種能力還會不斷加強。而且具有強大的繪圖功能,可以輕松的獲得更高質量的曲線圖。33濾波器設計原理3.1濾波器概述隨著信息時代和數(shù)字世界的到來,數(shù)字信號處理已成為當今一門極其重要的學科和技術領域。數(shù)字信號處理在通信、語音、圖像,自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領域得到了廣泛的應用。在數(shù)字信號處理中,數(shù)字濾波器占有極其重要的地位?，F(xiàn)代數(shù)字濾波器可以用軟件或設計專用的數(shù)字處理硬件兩種方式來實現(xiàn),用軟件來實現(xiàn)數(shù)字濾波器優(yōu)點是隨著濾波器參數(shù)的改變,很容易改變?yōu)V波器的性能。根據(jù)數(shù)字濾波器單脈沖響應的時域特性可將數(shù)字濾波器分為兩種,即IIR（InfiniteImpulseResponse）無限長脈沖響應數(shù)字濾波器和FIR(FiniteImpulseResponse)有限長脈沖響應數(shù)字濾波器。從功能上分類,可分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器。43.2IIR數(shù)字濾波器3.2.1IIR數(shù)字濾波器設計原理濾波器的設計質上是尋找一個既能物理實現(xiàn)，又能滿足給定頻率特性指標要求的系統(tǒng)傳輸函數(shù)。IIR濾波器一般采用遞歸型的結構，系統(tǒng)的輸入與輸出服從N階差分方程：相應的傳輸函數(shù)為：設計IIR數(shù)字濾波器就是要確定傳輸函數(shù)中的系數(shù)ja、ib或零極點增益ic、jd、A，使濾波器的頻率特性滿足給定的性能指標要求。設計原理主要包括兩個方面：一是根據(jù)設計指標，先設計出相應的模擬濾波器再通過脈沖響應不變法或雙線性變換法轉換成對應的數(shù)字濾波器；二是選擇一種優(yōu)準則，如最小均方準則，再在，先最誤差此準則下求出濾波器傳輸函數(shù)的系數(shù)。根據(jù)設計理論，在MATLAB環(huán)境下設計IIR數(shù)字濾波器主要有四種方法：一是典型設計法；二是完全設計法；三是最優(yōu)設計法；四是工具設計法。由于完全設計法程序簡單，我們在這里利用完全設計法設計濾波器。53.2.2IIR濾波器設計思想IIR濾波器設計思想是：利用已有的模擬濾波器設計理論，首先根據(jù)設計指標設計一個合適的模擬濾波器，然后再通過脈沖響應不變法或雙線性變換法，完成從模擬到數(shù)字的變換。常用的模擬濾波器有巴特沃斯(Butterworth)濾波器、切比雪夫(Chebyshev)濾波器、橢圓(Ellipse)濾波器、貝塞爾(Bessel)濾波器等，這些濾波器各有特點，供不同設計要求選用。濾波器的模擬數(shù)字變換，通常是復變函數(shù)的映射變換，也必須滿足一定的要求由于數(shù)字濾波器傳輸函數(shù)只與頻域的相對值有關，故在設計時可先將濾波器設計指標進行歸一化處理，設采樣頻率為Fs，歸一化頻率的計算公式是：利用完全設計法設計數(shù)字濾波器的步驟：（1）將設計指標歸一化處理。（2）根據(jù)歸一化頻率，確定最小階數(shù)N和頻率參數(shù)Wn?？晒┻x用的階數(shù)選擇函數(shù)有:buttord，cheblord，cheb2ord，ellipord等。（3）運用最小階數(shù)N設計模擬低通濾波器原型。根據(jù)最小階數(shù)直接設計模擬低通濾波器原型，用到的函數(shù)有：butter,chebyl,cheby2,ellip和bessel。如B,A=butter(N,Wn,type)設計type型巴特沃斯(Butterworth)濾波器filter。N為濾波器階數(shù)，Wc為截止頻率，type決定濾波器類型，type=high，設計高通IIR濾波器，ftype=stop，設計帶阻IIR濾波器。（4）再用freqz函數(shù)驗證設計結果。63.2.3IIR濾波器設計編程實現(xiàn)例如選擇設計IIR的Butterworth低通濾波器，其Fs=22050Hz，F(xiàn)p1=3400Hz，F(xiàn)s1=5000Hz,Rp=2dB,Rs=20dB程序和效果圖（圖2）如下：Fs=22050；Fp1=3400；Fs1=5000；Rp=3；Rs=20；%設計指標wp1=2*Fp1/Fs；ws1=2*Fs1/Fs；%求歸一化頻率%確定butterworth的最小階數(shù)N和頻率參數(shù)Wnn,Wn=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs)；B,A=butter(N,Wn)；%確定傳遞函數(shù)的分子、分母系數(shù)h,f=freqz(b,a,Nn,Fs_value)；%生成頻率響應參數(shù)plot(f,20*log(abs(h)%畫幅頻響應圖plot(f,angle(h)；%畫相頻響應圖%N,Wn=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs)確定butterworth的N和Wn%N,Wn=cheblord(Wp,Ws,Rp,Rs)確定Chebyshev濾波器的N和Wn%N,Wn=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs)確定Chebyshev2濾波器的N和Wn%N,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)確定橢圓(Ellipse)濾波器的N和Wn