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电子信息与自动化学院
基于MATLAB的IIR数字滤波器设计——心电图采集系统 摘要：在现代通信系统中，由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号分析都是基于滤波器而进行的，而数字滤波器是通过数值运算实现滤波，具有处理精度高、稳定、灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。实现IIR滤波器的阶次较低，所用的存储单元较少，效率高，精度高，而且能够保留一些模拟滤波器的优良特性，因此应用很广。本文首先介绍了数字滤波器的概念，分类以及设计要求。接着利用MATLAB函数语言编程，完成IIR数字滤波器的设计与信号滤波——心电图采集系统。 土钻关键词：脉冲响应不变法；双线性变换法；Chebyshev；Butterworth；IIR滤波器Abstract：In modern communication system, because there are often a variety of complex components in the signal, many signal analysis is based on filter, while digital filter is realized by numerical operation, which has high processing accuracy, stability, flexibility, no impedance matching problem, and can realize the special filtering function that analog filter can not realize. The order of implementing IIR filter is low, the memory unit used is less, the efficiency is high, the precision is high, and some excellent characteristics of analog filter can be retained, so it is widely used. In this paper, the concept, classification and design requirements of digital filter are introduced at first. And then use MA. TLAB function language programming, completed the design of IIR digital filter and signal filterin
g-ECG acquisition system.
Keywords：Impulse response invariance method; bilinear transformation method; Chebyshev;Butterworth;IIR filter
目录
第1章滤波器简介 (1)
1.1 滤波器的定义及分类 (1)
1.2 滤波器的国内外研究现状 (1)
第2章IIR数字滤波器的原理与结构 (2)
2.1 数字滤波器的定义及分类 (2)
2.2 IIR数字滤波器的结构与特点 (2)
第3章IIR数字滤波器的设计方法 (2)
3.1 IIR数字滤波器的设计指标 (2)
3.2 利用模拟滤波器设计IIR数字滤波器方法 (3)
第4章基于MATLAB 设计IIR数字滤波器 (3)
4.1 MATLAB简介 (3)
4.2 基于MATLAB的设计IIR数字滤波器的步骤 (3)
4.2.1 利用Butterworth实现IIR滤波器 (3)
4.2.2 利用Chebyshev实现IIR滤波器 (4)
4.2.3 利用椭圆实现IIR滤波器 (4)
第5章基于MATLAB的IIR滤波器的应用 (5)剥离力测试方法
抗菌膜5.1 IIR数字滤波器的应用---心电图采集系统 (5)
第6章总结与展望 (9)
参考文献 (9)
第1章滤波器简介弱碱水设备
1.1 滤波器的定义及分类
滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器，相当于频率“筛子”。滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。
按处理的类型分为模拟滤波器和数字滤波器。模拟滤波器由电阻，电容，电感等原器件构成；而数字滤波器则可由数字电路实现或软件实现。按脉冲响应来分类，数字滤波器分为 IIR 和 FIR，即无限冲激响应滤波器和有限冲激响应滤波器。
从小的方面分：
1.按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。
2.按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。
低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低
于或高于该频段的信号、干扰和噪声。带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
3.按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。
1.2 滤波器的国内外研究现状
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。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，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，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、稳定可靠和价廉的方向努力，70年代以后的主攻方向为小体积、多功能、高精度、稳定可靠导致 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，80 年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围，90 年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发。
我国于 50 年代后广泛使用滤波器，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已踏入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。
第2章IIR数字滤波器的原理与结构
2.1 数字滤波器的定义及分类
数字滤波器是是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，在转化中，使信号按预定的形式变化。数字滤波器本质上也是一个完成特定运算的数字计算过程。其中无限冲击响应数字滤波器也称IIR是采用对离散采样数据作差分方程运算来进行滤波。IIR数字滤波器的优点在于可以利用模拟滤波器设计的结果，然后采用双线性变换法或冲激响应不变法将模拟滤波器转换成数字滤波器。
数字滤波器从功能上分类：可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。从滤波器的网络结构或者从单位脉冲响应分类：可分为IIR 滤波器(即无限长单位冲激响应滤波器)和 FIR 滤波器(即有限长单位冲激响应滤波器)。智慧教室互动黑板
2.2 IIR数字滤波器的结构与特点
结构：IIR 数字滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。由于运算中的舍入处理，使误差不断累积，有时会产生微弱的寄生振荡。
IIR数字滤波器具有以下特点：
1.IIR 数字滤波器的系统函数可以写成封闭函数的形式。dc-hsdpa
2.IIR 数字滤波器相位特性不好控制，对相位要求较高时，需加相位校准网络。
3.IIR 数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等，有现成的设计数据或图表可查，其设计工作量比较小，对计算工具的要求不高。在设计一个IIR数字滤波器时，根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。
第3章IIR数字滤波器的设计方法
3.1 IIR数字滤波器的设计指标
在设计IIR数字滤波器之前，首先了解数字滤波器的技术指标，才能将其转化成满足要求的模拟滤波器
技术指标，再将模拟滤波器转化成数字滤波器。技术指标主要有，阻带频率、通带频率、采样频率。下面就以下主要技术指标进行具体分析：低通滤波器：通带0~Wp，上截止频率:Wp;
高通滤器：通带Wp~∞，下截止频率:Wp;
带通滤波器：通带Wp~Ws，上、下截止频率:Wp、Ws;
带阻滤波器：通常0~Wp,，Ws~∞;
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