電子工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告書數(shù)字信號CHeshev低通慮波器的設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院電子工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課 程 名 稱 數(shù)字信號 課程設(shè)計(jì)總評成績 學(xué)生姓名、學(xué) 號 曾江河10211808126 學(xué) 生 專 業(yè) 班級 電信1081 指 導(dǎo) 教 師 姓名 袁麗平 課程設(shè)計(jì)起止日期 2011.01.10_2011.01.14 課程設(shè)計(jì)基本要求課程設(shè)計(jì)是工科學(xué)生十分重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用先修課程的理論知識和專業(yè)技能，解決工程領(lǐng)域某一方面實(shí)際問題的能力。課程設(shè)計(jì)報(bào)告是科學(xué)論文寫作的基礎(chǔ)，不僅可以培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的邏輯歸納能力、綜合分析能力和文字表達(dá)能力，也是規(guī)范課程設(shè)計(jì)教學(xué)要求、反映課程設(shè)計(jì)教學(xué)水平的重要依據(jù)。為了加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)管理，

2、提高課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量，特?cái)M定如下基本要求。1. 課程設(shè)計(jì)教學(xué)一般可分為設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證、項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析、答辯等4個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都應(yīng)有一定的考核要求和考核成績。2. 課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題要符合本課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱的要求，該項(xiàng)目應(yīng)能突出學(xué)生實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；該項(xiàng)目有一定的實(shí)用性，且學(xué)生通過努力在規(guī)定的時間內(nèi)是可以完成的。課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱、目的及技術(shù)要求記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書一、二項(xiàng)中，課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題考核成績占10%左右。3. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證主要包括可行性設(shè)計(jì)方案論證、從可行性方案中確定最佳方案，實(shí)施最佳方案的軟件程序、硬件電路原理圖和pcb圖。項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證

3、內(nèi)容記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第三項(xiàng)中，項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證主要考核設(shè)計(jì)方案的正確性、可行性和創(chuàng)新性，考核成績占30%左右。4. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析主要包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作結(jié)果的工藝水平，項(xiàng)目測試性能指標(biāo)的正確性和完整性，項(xiàng)目測試中出現(xiàn)故障或錯誤原因的分析和處理方法。項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第四項(xiàng)中，考核成績占25%左右。5. 學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中應(yīng)認(rèn)真閱讀與本課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目相關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)自己的閱讀興趣和習(xí)慣，借以啟發(fā)自己的思維，提高綜合分和理解能力。文獻(xiàn)閱讀摘要記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第五項(xiàng)中，考核成績占10%左右。6. 答辯是課程設(shè)計(jì)中十分重要的環(huán)節(jié)，由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師向答辯學(xué)生提出23個問題，

4、通過答辯可進(jìn)一步了解學(xué)生對課程設(shè)計(jì)中理論知識和實(shí)際技能掌握的程度，以及對問題的理解、分析和判斷能力。答辯考核成績占25%左右。7.學(xué)生應(yīng)在課程設(shè)計(jì)周內(nèi)認(rèn)真參加項(xiàng)目設(shè)計(jì)的各個環(huán)節(jié)，按時完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書交給課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評閱。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師應(yīng)認(rèn)真指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計(jì)全過程，認(rèn)真評閱學(xué)生的每一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告，給出課程設(shè)計(jì)綜合評閱意見和每一個環(huán)節(jié)的評分成績（百分制），最后將百分制評分成績轉(zhuǎn)換為五級分制（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）總評成績。8. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書是實(shí)踐教學(xué)水平評估的重要資料，應(yīng)按課程、班級集成存檔交實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一管理。一、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱數(shù)字信號chebyshev低通慮波器的設(shè)計(jì)二、項(xiàng)

5、目設(shè)計(jì)目的及技術(shù)要求要求：通帶邊界頻率wp=0.2pi,通帶最大衰減：rp=1db，阻帶截至頻率ws=0.25pi，阻帶最小衰減：rs=80db 三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證(可行性方案、最佳方案、軟件程序、硬件電路原理圖和pcb圖)1設(shè)計(jì)方法1.1 沖擊響應(yīng)不變法原理（impulse invariance）沖擊響應(yīng)不變法的設(shè)計(jì)原理是使數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng)序列h（n），模仿模擬濾波器的沖擊響應(yīng)g（t）。設(shè)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為g（s）的模擬濾波器的單位沖擊響應(yīng)g（t），并將沖擊響應(yīng)g（t）進(jìn)行等間隔采樣，使得數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng)h（t）剛好等于g（t）的采樣值，即：其中ts為采樣周期。因?yàn)間(s)是模

6、擬濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，故他是該系統(tǒng)沖擊響應(yīng)函數(shù)g（t）的拉普拉斯變換；又設(shè)h（z）是數(shù)字濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，從而可的它是數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng)函數(shù)h（n）的z變換。模擬信號的拉普拉斯變換與其采樣序列z變換的關(guān)系為： 上式的物理意義為首先將模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)g（s）作周期的延拓，再經(jīng)過的映射變換，從而得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)h（z）。假設(shè)s平面上，s在j軸上取值，z在z平面內(nèi)的單位圓周上取值，可以得到數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)和模擬濾波器的頻率響應(yīng)間的關(guān)系為 其中假設(shè)模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)g（s）只有單階極點(diǎn)，且mn，系統(tǒng)傳遞函數(shù)可以用部分分式表示：其拉普拉斯變換脈沖響應(yīng)g（t）為：g（t）=

7、，t00 ， t0 對g（t）進(jìn)行等間隔采樣，可以得到數(shù)字濾波器的單位取樣響應(yīng)函數(shù)h（n）為：當(dāng)n0時，h(n)=；當(dāng)n0時，h(n)=0 然后對h(n)進(jìn)行z變換，就可以得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)h（z）： 按照沖擊響應(yīng)不變法的原理，通過模擬濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)g（s），可以直接球的數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)h（z），1.2 沖擊響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)濾波器的轉(zhuǎn)換步驟歸納（1） 利用=t（可由關(guān)系式推導(dǎo)出），將，轉(zhuǎn)換為，而，不變；（2） 求解低通模擬濾波器的傳遞函數(shù)g（s）；（3）根據(jù)式1-4和1-7將模擬濾波器的傳遞函數(shù)g（s）轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)h（z）。1.3切比雪夫?yàn)V波器的振幅平方特性如圖

8、1所示。2. chebyshev有關(guān)參數(shù)的確定 2.1 通帶截止頻率已預(yù)先給定 2.2 的確定與通帶波紋有關(guān)的參數(shù),通帶波紋表示成 所以, , 給定通帶波紋值 分貝數(shù)后，可求得 。 2.3 階數(shù)n由阻帶的邊界條件確定。 、a2為事先給定的邊界條件,即在阻帶中的頻率點(diǎn)處 ,要求濾波器頻響衰減到1/a2以上。 （2-1）（2-2）（2-3）（2-4）濾波器階數(shù)n對濾波特性有極大的影響，n越大，逼近特性越好，但是相應(yīng)的結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般情況下n等于通帶內(nèi)最大和最小個數(shù)的總和。n的數(shù)值可根據(jù)阻帶衰減來確定。3切比雪膚低通濾波器的設(shè)計(jì)3.1 matlab函數(shù)說明1. cheb1ord.m求切比雪夫1型濾

9、波器的階次。2cheb1ap.m用來設(shè)計(jì)原型切比雪夫1型模擬濾波器。3cheby1.m 直接設(shè)計(jì)切比雪夫1型濾波器。此函數(shù)設(shè)計(jì)n階切比雪夫1型濾波器，通帶波動為rpdb。在長度為n+1的矢量b和a中返回濾波器系數(shù)。以上3個文件的調(diào)用格式和對應(yīng)的巴特沃茲濾波器的文件類似。4impinvar.m用沖激響應(yīng)不變法實(shí)現(xiàn)到及s到z的轉(zhuǎn)換。3.2 matlab程序及運(yùn)行3.2.1 matlab程序%利用模擬切比雪夫?yàn)V波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器%沖擊響應(yīng)不變法%數(shù)字濾波器指標(biāo)wp=0.2*pi;%通帶截止頻率ws=0.25*pi;%阻帶截止頻率rp=1;%通帶最大衰減as=80;%阻帶最大衰減t=1; %設(shè)定周期為

10、1s%將數(shù)字濾波器指標(biāo)反轉(zhuǎn)換為模擬濾波器的參數(shù)%性能指標(biāo)rip=10(-rp/20);atn=10(-as/20);omegap=wp*t;omegas=ws*t;%切比雪夫1型模擬濾波器的設(shè)計(jì)n,wn=cheb1ord(omegap,omegas,1,15,s); %求出滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的最小階數(shù)n和截止頻率wnb,a=cheby1(n,1,wn,low,s); %chebyshev模擬低通濾波器的生成freqs(b,a); %設(shè)計(jì)模擬的頻率響應(yīng)bz,az=impinvar(b,a,t); %用脈沖響應(yīng)不變法映射為數(shù)字的 h,w=freqz(bz,az,512,t); %設(shè)計(jì)數(shù)字的頻率響應(yīng)ma=

11、20*log10(abs(h),pha=20*log10(unwrap(angle(h),hi=impz(bz,az);ni=step(bz,az);%幅度，相位，沖擊響應(yīng)，階躍相應(yīng)%圖形的生成subplot(2,2,1),plot(w,ma);title(幅頻特性(db);xlabel(w(/pi);ylabel(db);subplot(2,2,2),plot(w,pha);title(相頻特性);xlabel(w(/pi);ylabel(pha(/pi);subplot(2,2,3),plot(hi);title(單位沖擊響應(yīng));xlabel(n);ylabel(h(n);subplot(

12、2,2,4),plot(ni); title(單位階越響應(yīng));xlabel(n);ylabel(h(n);bz,az; %加坐標(biāo)網(wǎng)格;3.3 波形記錄在matlab中運(yùn)行切比雪夫?yàn)V波器的設(shè)計(jì)程序得到它的幅頻特性、相頻特性、單位沖激響應(yīng)、單位階越響應(yīng)如圖3所示四、項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析（分析試驗(yàn)過程中獲得的數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象或問題的正確性和必然性，分析產(chǎn)生不正確結(jié)果的原因和處理方法）波形分析：切比雪夫低通濾波器的幅頻特性具有等紋波特性，切比雪夫1型如圖所示，器通帶內(nèi)為等紋波的，阻帶內(nèi)是單調(diào)的。沖擊響應(yīng)頻率坐標(biāo)的變換是線性的，如果模擬濾波器的頻響帶限于折疊頻率的話，則通過變換后濾波器的頻響可不失真的原響應(yīng)

13、與頻率的關(guān)系。五、參考文摘（相關(guān)文摘不少于5篇，記錄每篇文獻(xiàn)的作者姓名.文獻(xiàn)名稱.文獻(xiàn)發(fā)行城市：文獻(xiàn)出版社，出版年；文獻(xiàn)內(nèi)容摘要, 每篇不少于100字）1劉泉，闕大順編 數(shù)字信號處理原理與實(shí)現(xiàn)，電子工業(yè)出版社，2005年6月內(nèi)容摘要: 數(shù)字信號處理原理與實(shí)現(xiàn)（第2版）是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，同時也是“數(shù)字信號處理課程”國家精品課程教材。數(shù)字信號處理原理與實(shí)現(xiàn)（第2版）系統(tǒng)地介紹了數(shù)字信號處理的基本理論、基本分析方法和基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)。全書共分為9章。第1章為緒論；第2章和第3章講述了離散時間信號與系統(tǒng)的基本理論，即離散時間信號與系統(tǒng)的時域、頻域及2域分析；第4章和第5章重點(diǎn)闡述了離

14、散傅里葉變換（dft）及其快速算法（fft）；第6章至第8章深入討論了iir和fir數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)理論和實(shí)現(xiàn)方法；第9章討論了多采樣率數(shù)字信號處理的基本理論和實(shí)現(xiàn)。全書強(qiáng)調(diào)基本概念、基本理論和基本方法，并注重將計(jì)算機(jī)仿真工具matlab與教材內(nèi)容緊密結(jié)合。各章中安排了豐富的例題、習(xí)題和上機(jī)練習(xí)。全書條理清楚，內(nèi)容完整，重點(diǎn)突出。2蘇金明， 王永利編 matlab7.0使用指南， 電子工業(yè)出版社，2004年11月內(nèi)容摘要: 本套書基于matlab的最新版本7.0分上、下兩冊詳細(xì)介紹該軟件的使用方法，主要內(nèi)容包括matlab7.0的入門知識、界面設(shè)計(jì)、編譯、接口，以及新版本變化較大的圖形功

15、能和圖像處理、虛擬現(xiàn)實(shí)、地圖制作等3個工具箱。本書為上冊，主要介紹matlab7.0的工人環(huán)境、數(shù)組、矩陣、數(shù)值計(jì)算、m文件、圖形用戶界面設(shè)計(jì)、編譯、接口及二維、三維圖形繪制功能，以及最新析編譯器4.0、com生成器1.1和圖形的交互創(chuàng)建及編輯功能；從圖形系統(tǒng)開發(fā)的角度介紹二維圖形定制和三維圖形建模、著色、光照、材質(zhì)、紋理和交互處理。此外，還介紹了一些實(shí)用的科學(xué)計(jì)算可視化工具。本書內(nèi)容全面，新穎，適合大學(xué)生、研究生、科研人員和科技工作者閱讀參考。3薛定宇 陳陽泉編 基于matlab/simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用，清華大學(xué)出版社 2002年內(nèi)容摘要:本書首先介紹了matlab語言的程序設(shè)

16、計(jì)的基本內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)介紹了系統(tǒng)仿真所必要的數(shù)值計(jì)算方法及matlab實(shí)現(xiàn)，并以simulink為主要工具介紹了系統(tǒng)仿真方法與技巧，包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、隨機(jī)輸入系統(tǒng)和復(fù)數(shù)系統(tǒng)的仿真，由淺入深介紹了模塊封裝技術(shù)、電力系統(tǒng)模塊集、非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊集、s-函數(shù)編寫與應(yīng)用、stateflow有限狀態(tài)機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)工具箱等中高級使用方法，最后還介紹了半實(shí)物仿真技術(shù)與實(shí)時控制技術(shù)。.本書可作為一般讀者學(xué)習(xí)和掌握matlabsimulink語言的教科書，也可作為高校理工科各類專業(yè)的本科生和研究生系統(tǒng)仿真類課程的教材和參考書，還可供科技工作者、教師作為學(xué)習(xí)和應(yīng)用系統(tǒng)仿真分析技術(shù)解決實(shí)際問題的參考資料

17、。. 4余成波等編，數(shù)字信號處理及matlab實(shí)現(xiàn)（第二版），北京：清華大學(xué)出版社，2008內(nèi)容摘要: 本書就數(shù)字信號處理的基本理論、算法及matlab實(shí)現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)的論述。全書共7章，前兩章簡要介紹了離散時間信號與系統(tǒng)及z變換，第3、4章討論離散傅里葉變換及快速算法，第57章介紹數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。在論述了基本理論和算法后，本書結(jié)合數(shù)字信號處理的典型例題說明用matiab進(jìn)行數(shù)字信號處理的編程方法與技巧。本書每章末均編有一定數(shù)量的習(xí)題，主要用以檢驗(yàn)學(xué)生對基本概念的理解和對分析方法的掌握；同時，本書還配備了大量matlab上機(jī)實(shí)驗(yàn)。本書可作為高等工科院校計(jì)算機(jī)、電子信息、通信、自動化等專業(yè)本科生的教材，也可供研究生以及從事有關(guān)工作的科技人員學(xué)習(xí)參考用書。5陳懷琛編著，數(shù)字信號處理教程matlab釋義與實(shí)現(xiàn)，北京：電子工業(yè)出版社2004內(nèi)容摘要: 本教程系統(tǒng)地講解了數(shù)字信號處理的基本理論和方法，注重物理概念的闡述，盡量把matlab的多媒體功能用于圖形、動畫和聲音等形象的演示，是一本自始至終使用matlab來闡述問題和進(jìn)行計(jì)算的數(shù)字信號處理教材。本教程中的全部例題程序和演示程序都可以免費(fèi)從網(wǎng)上下載。本教程把數(shù)字信號處理課程定位為講述“用數(shù)字方法處理(任何)信號”的技術(shù)，因此，對模擬信號的計(jì)算機(jī)處理