IIR数字滤波器设计实验报告

IIR数字滤波器设计实验报告（精选2篇）

1.IIR数字滤波器设计实验报告 篇一

实验报告

数字时钟的设计

一、实验目的

1、掌握数字钟的设计方法。

2、掌握计数器相互级联的方法。学号：14040120049 姓名：陶泽

二、实验设备和器件

1、数字逻辑电路实验板2、74HC(LS)20（二四输入与非门）

3、74HC(LS)160（4位十进制计数器）

1块 2片 4片、三、实验原理

1、设计总框图：

2、各部分单元的设计提示与分析： 1）时钟源

它是数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。1Hz的脉冲信号由CPLD输出的信号得到。

2）时间计数单元

时间计数单元有分计数和秒计数等几个部分。分计数和秒计数单元为60进制计数器，其输出为8421BCD码。

3）译码驱动及显示单元 计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码形式输出，显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流。4）校时电路

当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。5）闹钟电路

一般时钟都应具备闹钟功能，即在到达某预定时间时，时钟会发出连续的或有节奏的音频声波，较复杂的也可以是实时语音提示，以示提醒。实验用器件管脚介绍：

四、实验内容与步骤

1、用两片74HC(LS)160连接构成秒计数器，并连接数码管显示（基本命题）

例如采用整体置零法。实现计数范围为0000 0000--0101 1001。电路连接完成后，检验其功能。

2、在实验内容与步骤1的基础上再用两片74 HC(LS)160实现分的计数（基本命题）

分计数器的个位和十位之间的连接类同于秒计数器。需实现从秒到分的进位。电路连接完成后检验其功能。

3、实现校时功能（扩展命题）

检验功能

4、实现闹钟功能（扩展命题）

连接电路，检验其功能。

五、实验注意事项 集成电路要轻插轻拔！

六．实验电路图

1.用两片74HC(LS)160连接构成秒计数器，并连接数码管显示

2.在实验内容与步骤1的基础上再用两片74 HC(LS)160实现分的计数

七．其他（实验过程中出现的问题或心得体会）这次实验增加了我对计数器的了解，增强了我的动手能力。这次实验我们插错了一根线，结果成了模100的计数器，经过仔细的检查才发现。

2.IIR数字滤波器设计实验报告 篇二

1 数字滤波器的概述

数字滤波器就是对输入的数字序列进行运算处理,转变为要求所需的另一组数字序列,并输出该数字序列[1]。数字滤波器的主要功能就是对数字信号的频率进行一定的运算,通俗说就是保留信号中需要的频率成分,去除信号中的不需要的频率成分[2]。

1.1 滤波器的类型

从单位脉冲响应分类:分为IIR滤波器和FIR滤波器[3]。

FIR滤波器的传递函数2

在时域中,滤波器的冲激响应是一个离散的序列h(n),称其为数字滤波器,其传递函数用Z变换H(z)表示。

1.2 数字滤波器的工作原理

在时域中,数字滤波器的输入x(n) 、输出y(n) 均为离散序列。假若数字滤波器的传输函数为H(z) ,其脉冲响应为h(n) ,

在时域内,有如下关系:

在z域内,满足以下关系:

在频域内,满足下列关系:

1.3 IIR滤波器的特点和实现结构

IIR滤波器有如下特点:

1)单位冲激响应h(n)是无限长的;

2)系统函数H(z)在有限Z平面上是有极点存在的;

3)结构上有反馈回路,即它是递归型的。

IIR滤波器的实现结构有两种:直接型结构(直接Ⅰ型与直接Ⅱ型);二阶节的级联与并联结构。

2 MATLAB的概述

MATLAB可以绘制函数图形和数据处理、进行矩阵运算、创建用户工作界面、实现算法以及还可以与其他编程语言的程序连接起来。随着科技发展,现在的MATLAB具有广泛的应用前景,它是“第四代”计算机语言。

3 IIR数字滤波器的设计

3.1 滤波器变换方法

数字滤波器能够保持模拟滤波器的不同特性,由此,数字信号处理的理论已经提出了几种比较应用实在、简单的复数映射变换技术。具体变化如下表,

3.1.1 脉冲响应不变法

脉冲响应不变法:即使数字滤波器的脉冲响应序列h(n)等于模拟滤波器的脉冲响应ha(t)的采样值,

式中,T为采样周期。

因此,数字滤波器的系统函数H(z)可由相应的Z变换求得,

脉冲响应不变法由z = es T的关系得到数字角频率 ω 及模拟角频率 Ω 满足 ω = ΩT线性关系。对于高通和带阻滤波器存在混叠效应,会造成频率响应失真。因此脉冲响应不变法只适应于有限带宽滤波器。对于高通、带阻等滤波器,双线性变换法可以弥补这方面的不足,减小混叠效应。

3.1.2 双线性变换法

双线性变换法:即将s平面的整个频率轴映射到z域的一个频率周期中。s平面到z平面所形成的映射,实际上是非线性的。其单值双线性变换如下

式中,T为采样周期。

因此,经过拉式变换后,得到模拟滤波器的传递函数为Ha(s),我们将(6)式的第一式代入Ha(s),

即可得到数字滤波器的传递函数

在双线性变换关系中,模数角频率存在下面关系

由上式可以看出,模拟角频率 Ω 与数字角频率 ω 之间的关系是非线性的。

由双线性变换法知,它克服了脉冲响应不变法的混迭失真,其幅值逼近程度相对于脉冲响应不变法,要好一些。但它在频率变换的时候,它的非线性会使数字滤波器与模拟滤波器在幅度和频率的关系上产生畸变[2]。

3.2 IIR滤波器基于MATLAB的FDA工具设计

MATLAB提供了设计滤波器的FDA工具,它可以通过设置滤波器的参数,设计滤波器。在FDA的工具界面,我们可以看到它的工作区间分为两大部分。一部分是用来设置滤波器的参数,在界面的下半部Design Filter;另一部分是特性区,在界面的上半部分,我们可以在特性区看到滤波器的各种特性。

我们以模拟巴特沃斯滤波器来设计数字低通滤波器为例,介绍如何利用FDA工具设置IIR滤波器的参数。

例:要求设计数字低通巴特沃斯滤波器:采样频率Fs为2KHz、通带截止频率Fpass为500Hz、阻带截止频率Fstop为600Hz、通带的最大衰减Apss为1d B、阻带的最小衰减Astop为50d B。首先在MATLAB中,输入FDATOOL,进入到FDA工具的设计界面,按照给出的各项参数进行设置,如图1所示。

图1 中,在滤波器类型中,选择结构为Lowpass IIR Butter⁃worth;该滤波器类型的阶数为Minimum Order;在频率选项中,选择Fs= 2KHz,Fpass=500Hz,Fstop=600Hz;在Magnitude Spec⁃ifications项中,选择Apss=1d B,Astop=50d B。设置完参数以后点击Design Filter即可得到模拟的IIR巴特沃斯型的滤波器。通过菜单选项Analysis,我们可以在特性区清楚地看到设计的滤波器的幅频响应、相频响应、零极点配置和滤波器系数等各种特性。

3.3 小结

本章主要采用了脉冲响应法和双线性变换法进行模数转换。使用FDA工具,通过设置巴特沃斯滤波器的各项参数,实现IIR数字低通滤波器仿真。通过FDA工具设计数字滤波器,我们可以知道,该方法非常简单。

4 结束语

本文对数字滤波器进行简单的介绍,更加清楚的了解数字滤波器工作原理、类型及设计方法。也加深了对MATLAB的特点以及它在数字处理信号中应用的认识。文中详细介绍了滤波器的模数转换的方法和IIR数字滤波器的设计方法。利用MATLAB设计所需的IIR数字滤波器,可以快速的、直观的、有效的实现IIR数字滤波器的设计与仿真。

参考文献

[1]程佩青.数字信号处理教程[M].3版.北京:清华大学出版社,2007.

[2]万永革.数字信号处理的MATLAB实现[M].北京:科学出版社,2007.