MATLAB - IIR滤波器模型仿真

文摘   2024-06-01 15:53   广东  








1. MATLAB  

1.1 MATLAB环境搭建


学习使用的话,网络上存在非常多的软件包,这里使用的是MATLAB R2018A版本。具体安装教程及下载地址见:

www.macxin.com/archives/4722.html









1.2 创建Simulink项目  

1.2.1 选定模型的类型  


在MATLAB的【主页】菜单,单击【Simulink】



依据自身需求选定模型,这里举例采用DSP类  



选定后自动生成一个【低通滤波系统】







1.2.2 保存与运行模型  


项目名称不要出现中文    



启动运行模型,自动弹出【频谱分析仪】,实时显示波形








1.2.3 模型库  


Simulink中集成了大量模型。当然也可以自行设计模型,具体创建方式见搜索引擎。










1.3 IIR滤波器仿真  

1.3.1 系统模型架构  


先把结构放出来,接下来一步步把它搭建出来:

  • 主要有4路信号源、4路滤波器、频谱分析仪、示波器

  • 信号源输出正弦波,经偏移补偿后送到加法器,合成输入信号

  • 输入信号给到不同滤波器

  • 滤波器的输入输出送到频谱分析仪、示波器








1.3.2 查找需要的模型  

1.3.2.1 信号源


正弦波、噪音发生器:    




1.3.2.2 补偿器Bias  

输入加上一个固定偏差:




1.3.2.3 加法器  

对所有输入信号求和,在其它模型列表中也有该模型:




1.3.2.4 滤波器  

滤波器有多种形式的,这里以【Digital Filter Design】举例:




1.3.2.5 频谱分析仪  

由于举例的系统模型是做音频信号滤波,这里直接使用音频的模型,省去相关配置:




1.3.2.6 示波器  









1.3.3 模型的信号连接与命名  


  • 鼠标箭头停靠在模型左右的【>】上,【单击左键】即可自由拖动连接线

  • 依次单击两个模型的【>】,也可完成二者的连接    



鼠标左键双击,即可给信号线命名:



整理布局,完成所有接线:










1.3.4 模型参数配置  


双击模型弹出配置窗口。


1.3.4.1 正弦波的参数  

  • 重点是采样率,这里配置为44.1KHz

  • 每帧采样数不宜过多,这里为256

  • 数据类型为整型

  • 幅值、频率按需配置    

  • 其余信号源调整幅值、频率,其它配置保持一致




1.3.4.2 滤波器的参数  

这里以高通滤波举例:

  • IIR滤波,采样率44.1KHz,截至频率5KHz,暂定8阶滤波

  • 单击【Design Filter】,完成基本配置



在【Edit】中选定【Convert Structure】,打开窗口更换滤波模型:    











1.3.4.3 频谱分析仪、示波器通道数配置  

这里以频谱分析仪举例,双击模型,选择【File】【Number of Input Ports】【More】,更改通道数:










1.3.5 运行系统模型  

1.3.5.1 示波器波形  


整体高通、带通、低通的滤波效果都出来了:




1.3.5.2 高通滤波器的效果  




1.3.5.3 带通滤波器的效果  




1.3.5.4 低通滤波器的效果  

黄色输入信号中有一条绿色输出信号,其频率为100Hz,基本吻合100Hz的基波信号:




1.3.5.5 频谱分析  

当前是8阶的IIR滤波:

  • 带通滤波效果并不好,低频、高频段都没有滤干净

  • 高通滤波在中频段的效果也不好











1.3.6 调试模型的滤波参数  


这里仍然采用IIR滤波器,只是增大滤波阶数,观察其频谱,32阶下:

  • 带通滤波器基本上只保留了中频段(橙色线)

  • 高通滤波器的输出(蓝色线),低频、中频段都很干净    













1.3.7 这个模型有什么用  

1.3.7.1 音箱的数字信号处理  


  • 高通滤波器提取高频信号

  • 带通滤波器提取中频信号

  • 低通滤波器提取低频信号


信号都提取出来了,那么就可以随心所欲地发挥。想搞重低音,就把低频信号放大一些,其余频段稍微抑制一下。



1.3.7.2 倒车雷达  

使用带通滤波器,只提取模块发出的超声波信号,依据声速获得探测距离。



1.3.7.3 其它信号处理场景  





碎片聚合
求真务实
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