巴特沃斯數(shù)字帶通濾波器.doc

數(shù)字信號(hào)處理 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)課題 濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 報(bào)告日期 20122012 年年 1212 月月 目錄 1 課題描述 2 設(shè)計(jì)原理 2 1 濾波器的分類(lèi) 2 2 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo) 2 3 巴特沃斯數(shù)字帶阻模擬濾波器 2 3 1 巴特沃斯數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計(jì)原理 2 3 2 巴特沃斯數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計(jì)步驟 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 1 用 MATLAB 編程實(shí)現(xiàn) 3 2 設(shè)計(jì)結(jié)果分析 4 總結(jié) 5 參考文獻(xiàn) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題 目濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè)班 級(jí) 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 與 要 求 一 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)巴特沃斯數(shù)字帶通濾波器 通帶頻率 200 500hz 阻帶上 限頻率 600hz 阻帶下限頻率 150hz 通帶衰減最大 0 5dB 阻 帶最小衰減 40dB 采樣頻率 2000hz 畫(huà)出幅頻 相頻響應(yīng)曲線 并設(shè)計(jì)信號(hào)驗(yàn)證濾波器設(shè)計(jì)的正確性 二 設(shè)計(jì)要求 1 設(shè)計(jì)報(bào)告一律按照規(guī)定的格式 使用 A4 紙 格式 封面統(tǒng)一給 出模版 2 報(bào)告內(nèi)容 1 設(shè)計(jì)題目及要求 2 設(shè)計(jì)原理 包括濾波器工作原理 涉及到的 MATLAB 函數(shù)的說(shuō) 明 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)流程 仿真結(jié)果 4 設(shè)計(jì)總結(jié) 收獲和體會(huì) 5 參考文獻(xiàn) 6 程序清單 起止時(shí)間2012 年 12 月 3 日 至 2011 年 12 月 11 日 指導(dǎo)教師簽名2011 年 12 月 2 日 系 教研室 主任 簽名 年 月 日 學(xué)生簽名年 月 日 1 1 課題描述課題描述 數(shù)字濾波器是由數(shù)字乘法器 加法器和延時(shí)單元組成的一種算法 或裝置 數(shù)字濾波器的功能是對(duì)輸入離散信號(hào)的數(shù)字代碼進(jìn)行運(yùn)算 處理 以達(dá)到改變信號(hào)頻譜的目的 由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模 集成電路的發(fā)展 數(shù)字濾波器已可用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn) 也可用大規(guī) 模集成數(shù)字硬件實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn) 使用 MATLAB 信號(hào)處理箱和 BW 巴特 沃斯 設(shè)計(jì)低通數(shù)字濾波器 2 2 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 2 1 濾波器的分類(lèi) 數(shù)字濾波器有低通 高通 帶通 帶阻和全通等類(lèi)型 它可以 是時(shí)不變的或時(shí)變的 因果的或非因果的 線性的或非線性的 如 果數(shù)字濾波器的內(nèi)部參數(shù)不隨時(shí)間而變化 則稱(chēng)為時(shí)不變的 否則 為時(shí)變的 如果數(shù)字濾波器在某一給定時(shí)刻的響應(yīng)與在此時(shí)刻以后 的激勵(lì)無(wú)關(guān) 則稱(chēng)為因果的 否則為非因果的 如果數(shù)字濾波器對(duì) 單一或多個(gè)激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)滿(mǎn)足線性條件 則稱(chēng)為線性的 否則為 非線性的 應(yīng)用最廣的是線性 時(shí)不變數(shù)字濾波器 數(shù)字濾波器也可以按所處理信號(hào)的維數(shù)分為一維 二維或多維 數(shù)字濾波器 一維數(shù)字濾波器處理的信號(hào)為單變量函數(shù)序列 例如 時(shí)間函數(shù)的抽樣值 二維或多維數(shù)字濾波器處理的信號(hào)為兩個(gè)或多 個(gè)變量函數(shù)序列 2 2 數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo) 阻帶頻率 150 600hz 通帶上限頻率 500 通帶下限頻率 200hz 通帶衰減為 0 5dB 阻帶最大衰減 40dB 采樣頻率 2000hz 2 21 巴特沃斯原理 實(shí)際的濾波電路往往難以達(dá)到理想的要求 如要同時(shí)在幅頻和相頻響 應(yīng)兩方面都滿(mǎn)足要求就更為困難 因此 只有根據(jù)不同的實(shí)際需要 尋 求最佳的近似理想特性 例如 可以主要著眼于幅頻響應(yīng) 而不考慮相 頻響應(yīng) 也可以從滿(mǎn)足相頻響應(yīng)出發(fā) 而把幅頻響應(yīng)居于次要位置 介 紹一種最簡(jiǎn)單也是最常用的濾波電路 巴特沃斯濾波電路 又叫最平 幅度濾波電路 這種濾波電路對(duì)幅頻響應(yīng)的要求是 在小于截止頻率 c 的范圍內(nèi) 具有最平幅度的響應(yīng) 而在 c 后 幅頻響應(yīng)迅速下 降 2 3 2 巴特沃斯帶通數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟 1 確定濾波器的指標(biāo)即 通帶上截止頻率 通帶下截止頻率 阻帶上截止頻率 阻帶下截止頻率 以及通帶內(nèi)最大衰減和阻 帶最小衰減 2 求出模擬帶通濾波器指標(biāo) 3 模擬歸一化低通濾波器技術(shù)指標(biāo) 4 設(shè)計(jì)模擬低通濾波器 5 將歸一化模擬低通妝化為模擬帶通 6 利用雙線性變換法將 Ha s 轉(zhuǎn)化為數(shù)字帶通濾波器 H Z 7 作圖顯示濾波器的幅頻特性和相位特性 3 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 1 用 MATLAB 編程實(shí)現(xiàn) ft 2000 fpl 150 fph 600 wp1 fpl 2 pi 臨臨界界頻頻率采用模率采用模擬擬角角頻頻率表示率表示 wph fph 2 pi 臨臨界界頻頻率采用模率采用模擬擬角角頻頻率表示率表示 wp wp1 wph wpb wp ft 求數(shù)字求數(shù)字頻頻率率 rp 0 5 rs 40 fsl 200 fsh 500 ws1 fsl 2 pi 臨臨界界頻頻率采用模率采用模擬擬角角頻頻率表示率表示 wsh fsh 2 pi 臨臨界界頻頻率采用模率采用模擬擬角角頻頻率表示率表示 ws ws1 wsh wsb ws ft 求數(shù)字求數(shù)字頻頻率率 OmegaP 2 ft tan wpb 2 頻頻率率預(yù)預(yù)畸畸 OmegaS 2 ft tan wsb 2 頻頻率率預(yù)預(yù)畸畸 選擇濾選擇濾波器的最小波器的最小階階數(shù)數(shù) N Wn buttord OmegaP OmegaS rp rs s 此此處處是代入是代入經(jīng)預(yù)經(jīng)預(yù)畸畸 變變后后獲獲得的得的歸歸一化模一化模擬頻擬頻率參數(shù)率參數(shù) Bt At butter N Wn s 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)一個(gè)N階階的巴特沃思模的巴特沃思模擬濾擬濾波器波器 Bz Az bilinear Bt At ft 雙雙線線性性變換為變換為數(shù)字?jǐn)?shù)字濾濾波器波器 H W freqz Bz Az 求解數(shù)字求解數(shù)字濾濾波器的波器的頻頻率響率響應(yīng)應(yīng) subplot 2 2 1 plot W ft 2 pi abs H grid on xlabel 頻頻率率 ylabel 幅幅值值 title 數(shù)字?jǐn)?shù)字濾濾波器幅波器幅頻頻響響應(yīng)應(yīng) subplot 2 2 2 plot W ft 2 pi angle H grid on xlabel 頻頻率率 Hz ylabel 相位相位 t 0 50 y sin 50 t 1 3 pi sin 300 t pi subplot 2 2 3 plot t y grid on y1 filter Bz Az y subplot 2 2 4 plot t y1 grid on 3 2 設(shè)計(jì)結(jié)果分析 設(shè)計(jì)巴特沃斯帶阻濾波器時(shí) 由于通帶為一定的頻率段 因此被濾 掉的部分為平緩先線條 4 4 總結(jié)總結(jié) 本次課程實(shí)驗(yàn)中 讓我慢慢了解了程序的編譯 對(duì)于程序的 編譯也漸漸地掌握了其中的方法與規(guī)律 通過(guò)這次試驗(yàn)讓我收獲頗 大 在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中 要先確定需要的函數(shù) 然后根據(jù)所給條件對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行處