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摘 要

当前我们正处于数字化时代，数字信号处理技术的理论及算法随着计算机技术和微电子技术的发展得到了飞速的发展。目前数字信号处理技术在各个领域内被广泛应用，尤其是数字滤波技术。

数字滤波器的设计实质上是计算滤波器的系统函数,而传统的数字滤波器设计过程中需要大量繁琐的数值计算,手工计算费时费力。在分析了IIR和FIR数字滤波器的基本设计理论和基于MATLAB 的图形用户界面( GUI) 设计的基础上,设计了具有人性化的交互式IIR和FIR滤波器设计软件。用户只需要输入设计滤波器所需的参数,然后选择相应的功能菜单,就可以得到相应的滤波器特性,即可对滤波器进行性能分析。该设计解决了滤波器设计过程中大量繁琐的数值计算问题,为IIR和FIR滤波器的研究设计提供了有效的辅助工具。

关键词：IIR数字滤波器，FIR数字滤波器，MATLAB，图形用户界面

Abstract: We are in the digital era currently, and digital signal processing technology has been widely concerned while its theory and algorithm is rapidly developing with the popularity of computer and microelectronics technologies. Nowadays the digital signal processing technology is widely used in various fields, especially the digital filtering techniques.

The essence of designing digital filters is to calculate the system functions of the filters. Traditional process of designing digital filters requires tremendous tedious numeric calculations while it is a cost of time and energy to calculate manually. Based on the analysis of the basic theories of IIR and FIR digital filters and the Graphic User Interface (GUI) based on MATLAB, an IIR and FIR filters designing software is constructed which is humane interactive. To achieve specific features of the filters and analyze the performance of the filters, users need to input required arguments and choose corresponding function menus. This design solves the problems of the tremendous tedious numeric calculations in the process of designing filters which provides an effective assistance tool to the discussion and design of IIR and FIR filters.

Keywords: IIR digital filters，FIR digital filters，MATLAB，Graphic Users Interface

目 录

1 绪论 3

1.1 课题研究背景与目的 3

1.2数字滤波器的概述 3

1.3 数字滤波器的发展动态 4

1.4 MATLAB简介 4

2 FIR数字滤波器的设计 5

2.1 FIR 数字滤波器设计理论基础 5

2.1.1 FIR滤波器的原理 5

2.1.2 FIR滤波器的基本结构 6

2.2 FIR 数字滤波器设计方法 8

2.2.1频率采样法 8

2.2.2窗函数法 8

2.3 FIR滤波器的MATLAB 设计 9

3 IIR数字滤波器的设计 10

3.1 IIR数字滤波器的理论基础 10

3.1.1 IIR滤波器的原理和特性 10

3.1.2 IIR 滤波器的基本结构 10

3.2 IIR 数字滤波器设计方法 12

3.3 IIR 滤波器的MATLAB 设计 12

4 基于MATLAB的图形用户界面（GUI）设计 13

4.1 GUI界面设计概述 13

4.2创建GUI 15

4.2.1使用GUIDE创建GUI对象 15

4.2.2使用GUIDE创建菜单与控件 16

4.3滤波器的界面设计 17

4.3.1界面设计 17

4.3.2 滤波器处理结果与分析 19

结 论 22

参考文献 23

致 谢 24

附 录 25

1 绪论

1.1 课题研究背景与目的

在生活中，我们需要接受来自外界的各种各样的信息，而信息的物理表现形式是信号，也可说信号是传递信息的函数。例如，过马路时的交通信号等发出的光是信号，它传递的信息是：红色-停止、绿色-通行、黄色-等待。信号也可以是声的、光的、电的、磁的、机械的、热的等。这些信号都是模拟信号，以前研究的都是模拟信号处理的理论和实现。数字信号与模拟系统相比，具有如下特点：精度高、可靠性高、灵活性大、易于大规模集成、时分复用，可获得高性能指标，可进行二维与多维处理。随着大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展，自20世纪60年代以来数字信号处理理论和技术飞速发展，已逐渐取代模拟信号处理^[1]。

数字信号处理大致可分为：信号分析和信号滤波。信号分析的任务：涉及信号特性的测量。它通常是一个频域的运算。信号滤波的任务：是信号输入到信号输出的情况。实现这个任务的系统被称为滤波器。它通常(但不总是)作时域运算。滤波器是指用来对输入信号进行滤波的硬件或软件。如果滤波器的输入、输出都是离散时间信号，则该滤波器的冲激响应也必然离散，这样的滤波器定义为数字滤波器^[2]。数字滤波器在数字信号处理的各种应用中发挥着十分重要的作用，它是通过对采样数据信号进行数学运算处理来达到频域滤波的目的。数字滤波器是提取有用信息非常重要、非常灵活的方法，是现代信号处理的重要内容。因而在数字通信、语音图象处理、谱分析、模式识别、自动控制等领域得到了广泛的应用。

1.2数字滤波器的概述

数字滤波器是一种用来减少或消除干扰的电气部件，具有将输入信号进行滤波处理的功能，滤波器最常见的用法是滤除某一频率范围之外的频率或选择某个特定频率，还可以抑制噪声 ^[3]。在现代通信系统以及各种控制系统中，滤波器都有极为广泛的应用，且一个产品的优劣很大程度上取决于滤波器性能的优劣。

模拟滤波器电路复杂，器件笨重，电路元件随着对滤波要求的增多而增加，且滤波器电路要随着电路参数改变而改变^[4]，因此，模拟滤波器逐渐被数字滤波器所取代。数字滤波器具有较高的精度和准确度、优良的可编程和适应性、精确的相位和延迟控制，在大范围内较好的鲁棒性以及成本低、功耗小、可靠性高等优势，在实际应用中正发挥着越来越重要的作用^[5]。数字滤波器的应用领域包括语音信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域。

1.3 数字滤波器的发展动态

早在四十年代后期，软件数字滤波器和第一台数字计算机就已经出现。60年代中期，出现了数字滤波器的各种逼近方法和实现方法，统一了数字滤波器的基本概念和理论。70年代至今，随着科学技术蓬勃发展，已有很多复杂和高度完善的算法和程序能在各种场合完成过滤任务。

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