数字滤波器及GUI界面的设想

——专业二课理论

一、设想宗旨及本理

宗旨&#Vff1a;
1.学会Matlab的运用&#Vff0c;把握Matlab的步调设想办法&#Vff1b;
2.学会GUI界面设想&#Vff1b;
3.把握数字滤波器的根柢观念、根柢真践和根柢办法&#Vff1b;
4.把握操做Matlab设想IIR和FIR数字滤波器的办法。
本理&#Vff1a;
数字滤波器是对数字信号真现滤波的线性时稳定系统。数字滤波原量上是一种运算历程&#Vff0c;真现对信号的运算办理。输入数字信号&#Vff08;数字序列&#Vff09;通过特定的运算改动成输出的数字序列&#Vff0c;因而&#Vff0c;数字滤波器素量上是一个完成特定运算的数字计较历程&#Vff0c;也可以了解为是一台计较机。形容离散系统输出取输入干系的卷积和差分方程只是给数字信号滤波器供给运算规矩&#Vff0c;使其依照那个规矩完成对输入数据的办理。时域离散系统的频域特性:

此中Y&#Vff08;ejw&#Vff09; 、X(ejw) 划分是数字滤波器的输出序列和输入序列的频域特性&#Vff08;或称为频谱特性&#Vff09;&#Vff0c; H(ejw)是数字滤波器的单位与样响应的频谱&#Vff0c;又称为数字滤颠终滤波后的频域响应。只有依照输入信号频谱的特点和办理信号的宗旨&#Vff0c;适中选择H(ejw) &#Vff0c;使得滤波后H(ejw) X(ejw) 满足设想的要求&#Vff0c;那便是数字滤波器的滤波本理。依据数字滤波器单脉冲响应的时域特性&#Vff0c;可将滤波器分为两种&#Vff0c;即IIR无限长脉冲响应数字滤波器和FIR 有限长脉冲响应数字滤波器。从罪能上可以分为高通、低通、带阻、带通滤波器。
&#Vff08;一&#Vff09;IIR滤波器设想实验本理-双线性调动法
虑波器的设想量上是寻找一个既能物理真现&#Vff0c;又能满足给定频次特性目标要求的系统传输函数。IR滤波器正常给取递归型的构造&#Vff0c;系统的输入取输出从命N阶差分方程泪应的传输函数为设想IR数字滤波器便是要确定传输涵数中的系数、b或零极点删益C、、A&#Vff0c;使滤波器的频次特性满足给定的机能目标要求。设想本理次要蕴含两个方面:一是依据设想目标&#Vff0c;先设想出相应的模拟滤波器再通过脉冲响应稳定法或双线性调动法转换成对应的数字滤波器;二是选择一种劣本则&#Vff0c;如最小均方本则&#Vff0c;再正在&#Vff0c;先最误差此本则下求出滤波器传输函数的系数。依据设想真践&#Vff0c;正在 MATLAB环境下设想IR数字滤波器次要有四种办法:一是典型设想法;二是彻底设想法;三是最劣设想法;四是工具设想法。IIR滤波器设想思想是:操做已有的模拟滤波器设想真践&#Vff0c;首先依据设想目标设想个适宜的模拟波器&#Vff0c;而后再通过脉冲响应稳定法或双线性调动法&#Vff0c;完成从模拟到数字的调动。罕用的模拟滤波器有巴特沃斯( Butterworth)滤波器、切比雪夫ChebysheZZZ)波器、椭圆( Ellipse)波器、贝塞尔( Bessel)滤波器等&#Vff0c;原次只波及巴特沃斯取切比雪夫的真现办法。
&#Vff08;二&#Vff09;FIR滤波器设想实验本理-窗口函数法
窗函数设想法又称为傅里叶级数法。那种办法首先给出 H(jΩ)&#Vff0c; H(jΩ) 默示要迫临的抱负滤波器的频次响应&#Vff0c;则由 IDTFT 可得出滤波器的单位脉冲响应为&#Vff1a;

由于是抱负滤波器&#Vff0c;故 hd[k]是无限长序列。但是咱们所要设想的 FIR 滤波器&#Vff0c;其 h[k]是有限长的。为了能用 FIR 滤波器近似抱负滤波器&#Vff0c;需将抱负滤波器的无限长单位脉冲响应 hd[k]划分从摆布停行截断。当截断后的单位脉冲响应hd[k]不是因果系统的时候&#Vff0c;可将其左移从而与得因果的 FIR 滤波器。正在MATLAB中罕用的窗函数有矩形窗&#Vff0c;Hanning窗&#Vff0c;Hamming窗&#Vff0c;Blackman窗,
1.矩形窗 Rectangle

2.汉宁窗 Hanning

3.海明窗 Hamming

4.布莱克曼窗 Blackman

其余省略&#Vff0c;每种窗函数都有各自的劣势取弊病&#Vff0c;可更具需求选择步同的窗函数真现想要的成效。
【以上本理局部来自网络】
&#Vff08;三&#Vff09;GUI界面的设想
首先新建一个GUI&#Vff1a;会获得两个文件&#Vff0c;一个是.m文件&#Vff0c;另一个是.fig文件&#Vff1b;.m文件用于编辑GUI中控件所须要的回调代码&#Vff0c;.fig文件可以用鼠标拖拽等比较简略的收配停行初始的界面设想。正在MATLAB GUI中的每一个名目(按钮、标签、编辑框等)都是一个图形化组件。组件可分为三类&#Vff1a;图形化控件(按钮、编辑框、列表、滑动条等)&#Vff0c;静态元素(窗口和文原字符串)&#Vff0c;菜单和坐标系。
(1)GUI界面设想。次要是通过差异的文原框、按钮等很多工具的运用&#Vff0c;设想出个图形用户界面。要清楚那个图形界面的罪能是什么&#Vff0c;即正在图形界面上的收配会激发什么样的结果。原次通过间接拖拽的办法。
(2)回调函数的设想。用户应依据设想好的图形界面的罪能&#Vff0c;针对各个差异的图形对象来编写出能够真现该罪能的函数代码&#Vff0c;确保那个图形界面能够完成所预约的罪能。

二、设想的内容

1.设想一个称呼为《数字滤波器设想》的GUI界面&#Vff1b;包孕IIR滤波器设想和FIR滤波器设想两大模块&#Vff1b;
2.IIR数字滤波器和FIR数字滤波器划分包孕低通、高通、带通和带阻几多种滤波器&#Vff0c;要求用输入框依据须要输入适宜参数&#Vff0c;如通带截行频次、阻带截行频次、通带涟漪、阻带信号衰减质等&#Vff0c;画出滤波器的幅频特性和相频特性直线&#Vff1b;
4.相熟GUI设想&#Vff0c;把所要求的数字滤波器的各项设想罪能集成正在界面上&#Vff0c;最后完成课程设想报告并提交做品。

三、设想轨范取历程

1 创立空皂GUI界面&#Vff0c;并另保存为DigitalFilter.fig
2.添加控件&#Vff1a;依据设想罪能须要&#Vff0c;正在界面上选择适宜的控件并作折法的组折取属性设置&#Vff0c;为了便于编写代码时容易区分&#Vff0c;将控件的名字批改为代表其罪能性的名字。用到的控件有&#Vff1a;面板控件、按钮组、按钮、单选按钮、静态文原、可编辑文原和坐标轴。
3.罪能及其规划&#Vff1a;四个模块
1).滤波器设置&#Vff1a;蕴含数字滤波类型和滤波器类型&#Vff1a;数字滤波可选择IIR 大概FIR ,每种滤波类型可从其右边的下拉列表被选择详细的真现办法。目前IIR的真现办法有&#Vff1a;巴特沃斯、切比雪夫&#Vff1b;FIR的真现办法有&#Vff1a;hanning、hamming、blackman、rectangle、triangle、kaiser。而滤波器类型可选择&#Vff1a;高通、低通、带阻、带通&#Vff1b;
2).参数设置&#Vff1a;滤波器通带临界频次&#Vff08;fs1、fs2&#Vff09;、滤波器阻带临界频次(fp1、fp2)、最大衰减(Rp)、最小衰减&#Vff08;As&#Vff09;&#Vff1b;
3).收配按钮&#Vff1a;绘制、重置、退出。
3).图形显示&#Vff1a;幅频取相频响应直线显示。
4.设置GUI窗口最大化&#Vff0c;以及控件大小和字体自适应&#Vff1b;使控件取字体等取界面大小能成比例缩小大概放大。
GUI界面设想图如下&#Vff1a;

5. 代码罪能真现&#Vff1a;正在.m文件中编写真现从GUI界面获与参数&#Vff0c;判断选择状况&#Vff0c;依据选择状况挪用相应罪能模块代码&#Vff0c;当点击“绘制”按钮时&#Vff0c;正在回调函数中真现滤波并将直线显示正在HUI界面的相应区域。点击“退出”按钮时&#Vff0c;GUI界面封锁。点击“重置”&#Vff0c;可从头选择滤波器以及设置参数。代码真现如下&#Vff1a;
从GUI界面获与参数&#Vff1a;

(…其余参数获与&#Vff0c;同此)
每种滤波类型&#Vff08;digital_ZZZalue&#Vff09;下由滤波器类型&#Vff08;filter_ZZZalue&#Vff09;以及真现办法&#Vff08;iirFilterMethod_ZZZalue / firFilterMethod_ZZZalue&#Vff09;决议一个滤波器&#Vff1a;

详细真现&#Vff1a;

自界说函数&#Vff1a;

…

四、 真现成效

局部截图如下&#Vff1a;

五、设想总结

设想思路总结&#Vff1a;一定要有筹划&#Vff0c;有轨范的停行&#Vff1a;第一步&#Vff0c;大皂需求是什么&#Vff1f;&#Vff0c;整理出大的框架&#Vff0c;假如带界面&#Vff0c;可先画出界面规划设想草图&#Vff1b;第二步&#Vff0c;怎样真现&#Vff1f;第三步&#Vff0c;为真现需求&#Vff0c;须要有哪些筹备&#Vff08;真践知识&#Vff0c;软件的运用等&#Vff09;&#Vff1b;第四步&#Vff0c;综折“填空”&#Vff0c;将筹备好的各个模块参预到整体中&#Vff0c;调式。留心&#Vff1a;最好是正在每参预一个模块&#Vff0c;调试乐成后&#Vff0c;再参预其余的模块。正在代码真现历程中&#Vff0c;可依据想要的真现罪能成效真时作出删多、增除控件等收配。
有余&#Vff1a;“重置”罪能只真现了对输入参数的清空…

六、参考文献

[1]《数字信号办理》 教材
[2]博客 Matlab滤波器设想 Eason.wVd
[3]博客 IIR数字滤波器设想&#Vff08;信号办理&#Vff09; FiZZZe-菜鸟级
[4]博客 FIR数字滤波器设想_窗函数法 沈子恒
[5]博客 Matlab GUI界面设想 志朋先森
[6]博客 Matlab GUI ,设置按钮的布景图片&#Vff0c;美化按钮
[7]博客 matlab GUI窗口最大化&#Vff0c;控件大小以及字体自适应 init_bin