面向?qū)ο蟮腎IR數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)分析目錄TOC\o"1-3"\h\u20634面向?qū)ο蟮腎IR數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)分析 1317531.1基于SPTool工具的IIR濾波器實(shí)現(xiàn) 185981.1.1 SPTool工具箱介紹 1252931.1.2 利用SPTool工具箱設(shè)計(jì)濾波器[21] 2197761.2基于Simulink工具的IIR濾波器實(shí)現(xiàn) 91.1基于SPTool工具的IIR濾波器實(shí)現(xiàn)1.1.1 SPTool工具箱介紹 除了編寫程序設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器之外，MATLAB軟件還提供了SPTool工具箱供使用者直接設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器。在MATLAB的命令行窗口鍵入SPTool可直接打開SPTool工具箱，如圖5-1，圖5-2所示：圖5-1 在命令行中鍵入SPTool圖5-2 SPTool工具箱從左往右第一個(gè)窗口時(shí)信號窗口，用于設(shè)置輸入信號和輸出信號；第二個(gè)窗口時(shí)用于設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的窗口；最后一個(gè)窗口提供了多個(gè)用于分析信號的函數(shù)。1.1.2 利用SPTool工具箱設(shè)計(jì)濾波器[21] （1）設(shè)置輸入信號打開SPTool工具箱如圖5-2所示，點(diǎn)擊file里的import打開設(shè)置輸入信號界面，如圖5-3所示：圖5-3 設(shè)置SPTool中的輸入信號在編輯器里鍵入的代碼中的所有變量都包含在了WorkspaceContents，Data框中用于指定信號的輸入源，如原始混合信號就在WorkspaceContents中選中x導(dǎo)入Data中，最后取一個(gè)Name用于區(qū)分各個(gè)輸入信號。用以上操作將原始混合信號x，20hz信號，100hz信號b，200hz信號c導(dǎo)入SPTool中并分別命名為sig0，siglow，sigband，sighigh，如圖5-2所示。（2）設(shè)置數(shù)字濾波器 點(diǎn)擊SPTool工具箱Filters窗口下面的New可打開數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)界面，如圖5-4所示：圖5-4 SPTool的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)界面在ResponseType中可選擇要設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器類型：低通，高通，帶通等；在DesignMethod中可以選擇設(shè)計(jì)IIR濾波器還是FIR濾波器以及逼近用的經(jīng)典濾波器模型：如巴特沃斯，切比雪夫，橢圓濾波器等；在FrequencySpecifications中可設(shè)定濾波器的通帶截止頻率和阻帶截止頻率，可用hz為單位也可用歸一化頻率；在MagnitudeSpecifications中設(shè)定濾波器的通帶最大衰減Ap和阻帶最小衰減As。分別設(shè)計(jì)三個(gè)數(shù)字濾波器如圖5-5，圖5-6，圖5-7所示：圖5-5 用SPTool設(shè)計(jì)的Butterworth低通濾波器1圖5-6 用SPTool設(shè)計(jì)的Butterworth高通濾波器2圖5-7 用SPTool設(shè)計(jì)的橢圓帶通濾波器3 （3）濾波 輸入信號與濾波器設(shè)計(jì)完成后，分別在Signals與Filters中選中輸入混合信號sig0與相應(yīng)的濾波器filt1、filt2和filt3，點(diǎn)擊Apply進(jìn)行濾波操作，得到三個(gè)濾波后信號分別命名為sigLOW、sigHIGH以及sigBAND放入signals中，如圖5-8所示：圖5-8 用SPTool進(jìn)行濾波操作 SPtool工具箱設(shè)計(jì)濾波器不僅可以直接跳過復(fù)雜的代碼編寫，還能直接繪制出輸入和輸出信號的波形圖：圖5-9 混合信號sig0的波形圖5-10 原始100hz信號（紅）和濾波后100hz信號（藍(lán)）的波形圖5-11 原始200hz信號（綠）和濾波后200hz信號（紫）的波形圖5-12 原始100hz信號（紅）和濾波后100hz信號（藍(lán)）的波形由圖5-10，圖5-12和圖5-12中的三個(gè)濾波后信號與原始信號對比以及結(jié)合圖5-9的原始混合輸入信號可以看到濾波效果滿足要求，將20hz，100hz，200hz的信號從原始信號中分離了出來。1.2基于Simulink工具的IIR濾波器實(shí)現(xiàn) MATLAB還可以使用Simulink模塊像畫電路原理圖一樣直接設(shè)計(jì)濾波器及模擬仿真整個(gè)濾波過程，在MATLAB主頁點(diǎn)擊Simulink直接進(jìn)入Simulink操作臺[22]。圖5-13 Simulink操作界面點(diǎn)擊LibraryBrowser進(jìn)入Simulink的器件庫，從器件庫中選擇自己想要的濾波器、信號源以及示波器組成濾波電路：圖5-14 Simulink器件庫界面圖5-15 Simulink中搭建的濾波電路圖在搭建好濾波電路后，雙擊信號源即可設(shè)定輸入信號參數(shù)，雙擊濾波器即可按照需求設(shè)定數(shù)字濾波器參數(shù)。以100hz信號及帶通濾波器為例，其余同理。圖5-16 Simulink中設(shè)定100hz信號源的參數(shù)圖5-17 Simulink中設(shè)定橢圓帶通濾波器的參數(shù) 對設(shè)定好各元件參數(shù)的圖5-15中的電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)行，運(yùn)行完成后可雙擊各個(gè)示波器查看輸入輸出波形?，F(xiàn)將各個(gè)示波器的結(jié)果展示如下：圖5-18 混合信號示波器的顯示波形圖5-19 原始20hz信號（左）和低通濾波器輸出信號（右）的波形圖5-20 原始100hz信號（左）和帶通濾波器輸出信號（右）的波形圖5-21 原始200hz信號（左）和高通濾波器輸出信號（右）的波形由圖5-19，圖5-20和圖5-21中的三個(gè)濾波后信號與原始信號對比以及結(jié)合圖5-18的原始混合輸入信號可以看到濾波效果很好，滿足題目要求，將20hz，100hz，200hz的信號從原始信號中