電子工程課程設計報告書數(shù)字信號CHeshev低通慮波器的設計

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

2、提高課程設計教學質量，特擬定如下基本要求。1. 課程設計教學一般可分為設計項目的選題、項目設計方案論證、項目設計結果分析、答辯等4個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都應有一定的考核要求和考核成績。2. 課程設計項目的選題要符合本課程設計教學大綱的要求，該項目應能突出學生實踐能力、設計能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；該項目有一定的實用性，且學生通過努力在規(guī)定的時間內是可以完成的。課程設計項目名稱、目的及技術要求記錄于課程設計報告書一、二項中，課程設計項目的選題考核成績占10%左右。3. 項目設計方案論證主要包括可行性設計方案論證、從可行性方案中確定最佳方案，實施最佳方案的軟件程序、硬件電路原理圖和pcb圖。項目設計方案論證

3、內容記錄于課程設計報告書第三項中，項目設計方案論證主要考核設計方案的正確性、可行性和創(chuàng)新性，考核成績占30%左右。4. 項目設計結果分析主要包括項目設計與制作結果的工藝水平，項目測試性能指標的正確性和完整性，項目測試中出現(xiàn)故障或錯誤原因的分析和處理方法。項目設計結果分析記錄于課程設計報告書第四項中，考核成績占25%左右。5. 學生在課程設計過程中應認真閱讀與本課程設計項目相關的文獻，培養(yǎng)自己的閱讀興趣和習慣，借以啟發(fā)自己的思維，提高綜合分和理解能力。文獻閱讀摘要記錄于課程設計報告書第五項中，考核成績占10%左右。6. 答辯是課程設計中十分重要的環(huán)節(jié)，由課程設計指導教師向答辯學生提出23個問題，

4、通過答辯可進一步了解學生對課程設計中理論知識和實際技能掌握的程度，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.學生應在課程設計周內認真參加項目設計的各個環(huán)節(jié)，按時完成課程設計報告書交給課程設計指導教師評閱。課程設計指導教師應認真指導學生課程設計全過程，認真評閱學生的每一份課程設計報告，給出課程設計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. 課程設計報告書是實踐教學水平評估的重要資料，應按課程、班級集成存檔交實驗室統(tǒng)一管理。一、課程設計項目名稱數(shù)字信號chebyshev低通慮波器的設計二、項

5、目設計目的及技術要求要求：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、項目設計方案論證(可行性方案、最佳方案、軟件程序、硬件電路原理圖和pcb圖)1設計方法1.1 沖擊響應不變法原理（impulse invariance）沖擊響應不變法的設計原理是使數(shù)字濾波器的單位抽樣響應序列h（n），模仿模擬濾波器的沖擊響應g（t）。設系統(tǒng)傳遞函數(shù)為g（s）的模擬濾波器的單位沖擊響應g（t），并將沖擊響應g（t）進行等間隔采樣，使得數(shù)字濾波器的單位抽樣響應h（t）剛好等于g（t）的采樣值，即：其中ts為采樣周期。因為g(s)是模

6、擬濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，故他是該系統(tǒng)沖擊響應函數(shù)g（t）的拉普拉斯變換；又設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s平面上，s在j軸上取值，z在z平面內的單位圓周上取值，可以得到數(shù)字濾波器的頻率響應和模擬濾波器的頻率響應間的關系為 其中假設模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)g（s）只有單階極點，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g（t）為：g（t）=

7、，t00 ， t0 對g（t）進行等間隔采樣，可以得到數(shù)字濾波器的單位取樣響應函數(shù)h（n）為：當n0時，h(n)=；當n0時，h(n)=0 然后對h(n)進行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 沖擊響應不變法設計濾波器的轉換步驟歸納（1） 利用=t（可由關系式推導出），將，轉換為，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）轉換為數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)h（z）。1.3切比雪夫濾波器的振幅平方特性如圖

8、1所示。2. chebyshev有關參數(shù)的確定 2.1 通帶截止頻率已預先給定 2.2 的確定與通帶波紋有關的參數(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，但是相應的結構也越復雜。一般情況下n等于通帶內最大和最小個數(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計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用來設計原型切比雪夫1型模擬濾波器。3cheby1.m 直接設計切比雪夫1型濾波器。此函數(shù)設計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個文件的調用格式和對應的巴特沃茲濾波器的文件類似。4impinvar.m用沖激響應不變法實現(xiàn)到及s到z的轉換。3.2 matlab程序及運行3.2.1 matlab程序%利用模擬切比雪夫濾波器設計數(shù)字濾波器%沖擊響應不變法%數(shù)字濾波器指標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; %設定周期為

10、1s%將數(shù)字濾波器指標反轉換為模擬濾波器的參數(shù)%性能指標rip=10(-rp/20);atn=10(-as/20);omegap=wp*t;omegas=ws*t;%切比雪夫1型模擬濾波器的設計n,wn=cheb1ord(omegap,omegas,1,15,s); %求出滿足設計指標的最小階數(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); %設計模擬的頻率響應bz,az=impinvar(b,a,t); %用脈沖響應不變法映射為數(shù)字的 h,w=freqz(bz,az,512,t); %設計數(shù)字的頻率響應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，階躍相應%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);xlabel(n);ylabel(h(n);subplot(

12、2,2,4),plot(ni); title(單位階越響應);xlabel(n);ylabel(h(n);bz,az; %加坐標網(wǎng)格;3.3 波形記錄在matlab中運行切比雪夫濾波器的設計程序得到它的幅頻特性、相頻特性、單位沖激響應、單位階越響應如圖3所示四、項目設計結果分析（分析試驗過程中獲得的數(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，器通帶內為等紋波的，阻帶內是單調的。沖擊響應頻率坐標的變換是線性的，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

13、與頻率的關系。五、參考文摘（相關文摘不少于5篇，記錄每篇文獻的作者姓名.文獻名稱.文獻發(fā)行城市：文獻出版社，出版年；文獻內容摘要, 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現(xiàn)，電子工業(yè)出版社，2005年6月內容摘要: 數(shù)字信號處理原理與實現(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現(xiàn)技術。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)字濾波器的結構、設計理論和實現(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現(xiàn)。全書強調基本概念、基本理論和基本方法，并注重將計算機仿真工具matlab與教材內容緊密結合。各章中安排了豐富的例題、習題和上機練習。全書條理清楚，內容完整，重點突出。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月內容摘要: 本套書基于matlab的最新版本7.0分上、下兩冊詳細介紹該軟件的使用方法，主要內容包括matlab7.0的入門知識、界面設計、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、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)值計算、m文件、圖形用戶界面設計、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、紋理和交互處理。此外，還介紹了一些實用的科學計算可視化工具。本書內容全面，新穎，適合大學生、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)仿真技術與應用，清華大學出版社 2002年內容摘要:本書首先介紹了matlab語言的程序設

16、計的基本內容，在此基礎上系統(tǒng)介紹了系統(tǒng)仿真所必要的數(shù)值計算方法及matlab實現(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)、隨機輸入系統(tǒng)和復數(shù)系統(tǒng)的仿真，由淺入深介紹了模塊封裝技術、電力系統(tǒng)模塊集、非線性系統(tǒng)設計模塊集、s-函數(shù)編寫與應用、stateflow有限狀態(tài)機、虛擬現(xiàn)實工具箱等中高級使用方法，最后還介紹了半實物仿真技術與實時控制技術。.本書可作為一般讀者學習和掌握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、教師作為學習和應用系統(tǒng)仿真分析技術解決實際問題的參考資料

17、。. 4余成波等編，數(shù)字信號處理及matlab實現(xiàn)（第二版），北京：清華大學出版社，2008內容摘要: 本書就數(shù)字信號處理的基本理論、算法及matlab實現(xiàn)進行系統(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)字濾波器的結構和設計方法。在論述了基本理論和算法后，本書結合數(shù)字信號處理的典型例題說明用matiab進行數(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)量的習題，主要用以檢驗學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上機實驗。本書可作為高等工科院校計算機、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工作的科技人員學習參考用書。5陳懷琛編著，數(shù)字信號處理教程matlab釋義與實現(xiàn)，北京：電子工業(yè)出版社2004內容摘要: 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來闡述問題和進行計算的數(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，因此，對模擬信號的計算機處理