IIR数字滤波器的设计摘要数字滤波器是对数字信号进行滤波处理以得到期望的响应特性的离散时间系统。
作为一种电子滤波器，数字滤波器与完全工作在模拟信号域的模拟滤波器不同。
数字滤波器工作在数字信号域，它处理的对象是经由采样器件将模拟信号转换而得到的数字信号。
数字滤波器的工作方式与模拟滤波器也完全不同：后者完全依靠电阻、电容、晶体管等电子元件组成的物理网络实现滤波功能；而前者是通过数字运算器件对输入的数字信号进行运算和处理，从而实现设计要求的特性。
本文由数字滤波器的功能、应用及发展入手，介绍了数字滤波器的基本概念，其中包括系统的描述、系统的传递函数和IIR数字滤波器基本结构。
其次根据IIR数字滤波器的设计原理，在MA TLAB环境下分别采用脉冲响应不变法、双线性变换法和MA TLAB函数直接设计法对IIR数字滤波器进行了设计。
最后应用FDATool和Simulink工具对IIR数字滤波器进行了仿真。
关键词：IIR数字滤波器；MATLAB；脉冲响应不变法；双线性变换法；FDATool；SimulinkDesign of IIR digital filterAbstractDigital filters are the discrete-time systems that process to filter digital signal to get expected response characteristics. As an electronic filter, digital filters work differently from the analog signal filters who completely work in analogy signal domain. Digital filter work in the digital signal domain and its targets are digital signals that are received by sampling devices converting analog signals to digital signals. The working methods of digital filters and analog filters are completely different: the latter completely rely on the function of the physical network formed by resistors, capacitors, transistors and other electronic components of filtering ,while the former computes and processes digital signals with the help of digital computing devices to realize the characteristics of the design requirements.In this paper, the function, application and development of the digital filter are introduced followed by the introduction of the principle of digital filter design. The principle first includes the description of the system, the transfer function of the system and the basic structure of the IIR (Infinite Impulse Response) digital filter. Then, according to the design principle of IIR digital filter, the IIR digital filter is designed by the method of non-changing impulse response, the method of double linear transform and direct method using MATLAB functions. At last, the designed IIR digital filter is simulated by FDATool and MATLAB Simulink Tool.Key words:IIR digital filter；MATLAB；non-changing impulse response；double linear transformation；FDATool；Simulink目录第一章绪论 (1)1.1数字滤波器技术概述 (1)1.2滤波器及滤波方法的发展历程 (2)1.3滤波器的分类 (3)1.4数字滤波器的优越性 (4)1.5数字滤波器的实现方法 (5)1.6MATLAB软件简介 (6)1.7MATLAB的语言特点 (8)第二章数字滤波器基础 (10)2.1数字滤波器的基本概念 (10)2.2系统的描述 (11)2.3系统的传递函数 (12)2.4IIR数字滤波器的基本结构 (12)2.4.1直接Ⅰ型 (13)2.4.2直接Ⅱ型 (14)2.4.3级联型 (14)2.4.4并联型 (16)第三章IIR数字滤波器的设计方法及过程 (17)3.1基于脉冲响应不变法的IIR滤波器设计 (17)3.2基于双线性Z变换法的IIR滤波器设计 (20)3.3基于MATLAB函数直接设计IIR数字滤波器 (24)3.3.1巴特沃斯数字滤波器设计 (24)3.3.2切比雪夫Ⅰ型IIR数字滤波器设计 (27)3.3.3切比雪夫Ⅱ型IIR数字滤波器设计 (29)3.3.4基于椭圆法直接设计IIR数字滤波器 (30)3.4FDAT OOL设计法 (33)3.5S IMULINK建模设计法 (37)第四章结论 (41)参考文献 (42)致谢 (43)第一章绪论1.1 数字滤波器技术概述数字滤波器实际上就是一种数字信号处理系统的算法或设备，也可以说是一种运算过程。
数字滤波器的功能是将一组输入的数字序列通过一定的运算后转变为另一组输出的数字序列，因此它本身就是一台数字式的处理设备。
数字滤波器的基本原理是：先利用取样开关和模拟-数字转换器将一个联系性的信号转换成数字信号。
在数字计算器中完成所要求的传输函数运算之后，再通过数字-模拟转换器和保持电路，使信号形成最后要求的波形。
数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一。
数字信号处理主要是研究用数字或符号的序列来表示信号波形，并用数字的方式去处理这些序列，把它们改变成在某种意义上更为有希望的形式，以便估计信号的特征参量，或削弱信号中的多余分量和增强信号中的有用分量。
具体来说，凡是用数字方式对信号进行滤波、变换、调制、解调、均衡、增强、压缩、固定、识别、产生等加工处理，都可纳入数字信号处理领域。
[1]数字信号处理学科的一项重大进展是关于数字滤波器设计方法的研究。
关于数字滤波器，早在上世纪40年代末期就有人讨论它的可能性问题，在50年代也有人讨论过数字滤波器，但直到60年代中期，才开始形成关于数字滤波器的一整套完整的正规理论。
在这一时期，提出了各种各样的数字滤波器结构，有的以运算误差最小为特点，有的则以运算速度快见长，而有的则二者兼而有之。
出现了数字滤波器的各种分析方法和实现方法，对递归和非递归两类滤波器作了全面的比较，统一了数字滤波器的基本概念和理论。
数字滤波器的领域的一个重要发展是对有限冲激响应(FIR)和无限冲激响应(IIR)关系的认识的转化。
在初期，一般认为IIR滤波器比FIR滤波器具有更高的运算效率，因而明显的倾向前者，但当人们提出用快速傅立叶变换(FFT)实现卷积运算的概念之后，发现高阶FIR 滤波器也可以用很高的运算效率来实现，这就促使人们对高性能FIR滤波器的设计方法和滤波器的频域设计方法进行了大量的研究，从而出现了此后数字滤波器设计中频域方法和时域方法并驾齐驱的局面。
然而，这些均属数字滤波器的早期研究。
早期的数字滤波器尽管在语音、声纳、地震和医学的信号处理中曾经发挥过作用，但由于当时计算机主机的价格很昂贵，严重地阻碍了专用数字滤波器的发展。
70年代科学技术的蓬勃发展，数字信号处理开始与大规模和超大规模集成电路技术、微处理技术、高速数字算术单元、双极性高密度半导体存储器、电荷转移器件等新技术、新工艺结合了起来，并且引进了计算机辅助设计方法，它使数字滤波器的设计不仅仅是对相应模拟滤波器的逼近。
一般说来，通过对模拟滤波器函数的变换来设计数字滤波器，很难达到逼近任意频率响应或冲激响应，而采用计算机辅助设计则有可能实现频域或时域的最佳逼近，或频域时域联合最佳逼近。
这样，数字滤波器的分析与设计其内容也更既丰富起来，各种新的数字信号处理系统，也都能用专用数字硬件实时加以实现。
数字信号处理理论与技术的发展，主要是由于电子计算机与大规模集成电路的大量生产和广泛应用，替代了原来的模拟信号处理中的线性滤波与频谱分析所应用的模拟计算机和分立元件L、C、R线性网络，高度发挥了计算技术与数字技术相结合的特色和优越性。
特别是微处理器和微型计算机技术日新月异的发展，将更有利于电子仪器与电子技术应用系统朝着数字化、小型化、自动化以及多功能等方向发展，促使它们成为富有智能型的电子系统。
现在，包括数字滤波在内的数字信号处理技术正以惊人的速度向纵深和高级的方向发展；据统计这种趋势还要持续一个较长的时期，未来的发展可能会比过去的进程更为激动人心，必将引起某些领域的飞跃性发展。
1.2 滤波器及滤波方法的发展历程在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多、技术最为复杂的要算滤波器了。
滤波器的优劣直接决定产品的优劣。
所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。
1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。
20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。
自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价格低廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。
导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。