2022年数字信号处理课程方案报告——Hz带阻滤波器.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用数字信号处理课程设计报告设计题目： 50Hz数字带阻滤波器学院：机械与动力工程学院班级：姓名：学号：2022年5月25日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用目 录1 课程设计目的 12 课程设计任务和要求 12.1课程设计任务 12.2课程设计要求 13. 课程设计内容 13.1方案挑选及说明 13.2相关公式推导 23.3离散时间滤波器的验证 33.4单片机信号处理环境的搭建 44.频率特性测试 55. 设计总结 7

2、6. 参考资料 7名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用1课程设计目的1. 结合所学的数字信号处理的理论学问完成一个数字滤波器的设计；2. 结合模拟电路、数字电路和单片机学问搭建一个以51 单片机为处理器的数字滤波器仿真模型,把握 A/D 和 D/A 器件的挑选和使用方法；3. 提高自己综合分析问题和解决问题的才能；2课程设计任务和要求2.1 课程设计任务在 proteus 软件的仿真环境中以51 单片机为处理器,结合A/D、D/A 器件和适当的外围电路电路构建一个的带阻滤波器；2.2 课程设计

3、要求 1. 采样频率为 1KHz；2. 以 C语言编写 51 单片机程序；2. 最终以描点法绘制系统的波特图；3. 课程设计内容3.1 方案挑选及说明 51 单片机运算才能有限,为了削减运算量,采纳二阶模拟带阻滤波器,经 变换后作为对应的数字滤波器；连续时间二阶波器的传递函数为式中为滤波器的零频增益,为滤波器的中心频率,为滤波器的阻尼系数；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.2 相关公式推导结合设计要求,为了使通带较窄,应取较小的阻尼系数；因此,参数取值为,；可得系统函数为其波特图为dB

4、agnitude M0Bode Diagram-50-100-150 450deg Phase405210336031527010Frequency rad/sec图 1. 连续时间二阶带阻滤波器波特图这里应用脉冲响应不变法推导离散时间滤波器方程；先对连续时间滤波器 传递函数作部分分式绽开式中,；连续系统极点在s 平面的左半平面内,故连续系统稳固；对应的离散时间波滤器的传递函数为名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用代入数值得此离散系统极点为,系统稳固；其波特图为agnitudedB M0Bod

5、e Diagram-10-20-30-400deg Phase-90-180-270-360-450110210310410Frequency rad/sec图 2. 离散时间带阻滤波器波特图对应的差分方程为写成向量内积形式3.3 离散时间滤波器的验证在 Matlab 中进行对推导所得的差分方程进行模拟；取相同幅值的 40Hz 与50Hz信号替加后进行滤波,结果如下列图；可见方程推导正确, 50Hz信号基本被滤去；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2个人资料整理仅限学习使用1.5原 始 信 号滤 波 后 信 号40H

6、z 信 号10.5y 0-0.5-1-1.5-20.270.280.290.30.310.32t/s图 3. 滤波器运行结果3.4 单片机信号处理环境的搭建为了提高单片机的处理才能,且便利编程,令定时器0 在方式 0 下零初值时的溢出率为 1KHz,就时钟频率应设为；这里选用 ADC0832作为 A/D 转换器； ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位辨论率、双通道的串行 A/D 转换芯片；其串行接口的输入输出电平与 TTL/CMOS兼容；其内部电源输入与参考电压的复用,5V 电源供电时输入电压在 05V；工作频率为 250KHz,转换时间为 32 微秒；具有双数据输出可作为数

7、据校验,以削减数据误差；D/A 转换器采纳 74273 数据锁存器驱动电阻网络构成；这样可以使用单片机并行 I/O 口直接输出需转换的数据,免去了使用芯片带来的接口编程,使数据输出更具实时性； D/A 转换器的输出端用运放构成跟随器,之间增加一级 RC低通滤波器以滤去零阶保持器引入的高频重量；xtA/D 转转转xn转转转转转转ynD/A 转转转y DAt转转转转 转yrt转转 转转转ADC083251转转转转转74273 转转转转转RC 转转转图 4. 系统框图名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习

8、使用图 5. 系统原理图4.频率特性测试输入信号为,其有效值；转变输入信号频率,以沟通电压表测量输出信号幅值与频率的关系并记录如下表：表 1. 输出信号幅值与频率关系表序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 序号5 30 40 44 45 46 47 48 49 50 1.73 1.70 1.64 1.56 1.51 1.43 1.29 1.04 0.60 0.04 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 51 52 53 54 55 56 60 75 90 150 0.62 1.02 1.24 1.37 1.44 1.49 1.55 1.54 1.49 1.22 由

9、于信号输出端设有一级RC低通滤波器,对上面测量的输出信号有肯定影响；为了运算单片机系统的频率特性,应将低通滤波器的影响排除,以获得单 片机系统的原始输出信号；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用由于低通滤波器的时间常数,其频率响应为故应作如下修正表 2. 幅频特性运算与修正序5 31.4 -0.20 -0.004 -0.19 理论值误差号dB % 1 -0.13 52.00 2 30 188.5 -0.35 -0.15 -0.20 -0.16 24.91 3 40 251.3 -0.66 -0

10、.27 -0.40 -0.32 24.36 4 44 276.5 -1.10 -0.32 -0.78 -0.72 8.57 5 45 282.7 -1.38 -0.33 -1.05 -0.98 6.83 6 46 289.0 -1.85 -0.35 -1.50 -1.43 4.87 7 47 295.3 -2.75 -0.36 -2.38 -2.30 3.71 8 48 301.6 -4.62 -0.38 -4.24 -4.15 2.14 9 49 307.9 -9.40 -0.39 -9.00 -8.90 1.20 10 50 314.2 -32.92 -0.41 -32.51 -33.27

11、 -2.29 11 51 320.4 -9.11 -0.42 -8.69 -8.58 1.30 12 52 326.7 -4.79 -0.44 -4.35 -4.28 1.53 13 53 333.0 -3.09 -0.46 -2.63 -2.54 3.74 14 54 339.3 -2.23 -0.47 -1.75 -1.69 3.73 15 55 345.6 -1.79 -0.49 -1.30 -1.22 6.76 16 56 351.9 -1.50 -0.51 -0.99 -0.94 5.59 17 60 377.0 -1.15 -0.58 -0.58 -0.47 21.92 18 75

12、 471.2 -1.21 -0.87 -0.34 -0.21 61.08 19 90 565.5 -1.50 -1.21 -0.29 -0.17 69.03 20 150 942.5 -3.23 -2.76 -0.47 -0.15 221.71 取修正后的系统增益绘制系统幅频特性图如下；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用0-5-10A/dB-15-20-25-30101102103图 6. 系统幅频特性图读图得增益为 -3dB的频率为,就此带阻滤波器的品质因数；5. 设计总结 经仿真试验,本设计硬件简洁合理,软件工作稳固,有肯定有用价值；但本设计仍有改进的余地,例如：可用辨论率更高的、内置采样保持器的A/D 转换器,以减小量化误差；使用更高辨论率的集成 D/A 转换器可以输出更精确；如采纳 DSP或ARM 作为处理器就可采纳更高的采样频率,使信号处理更快,处理频率和信号幅值范畴更宽；6. 参考资料 1Alan V.Oppenheim.Discrete-Time Signal Processing Second Edision.名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页