“電子信息工程專業(yè)方向”課程設(shè)計(jì)報(bào)告用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)窄帶數(shù)字微分器

1、班級(jí)：電子3081 姓名：朱 學(xué)號(hào)： 課題：用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)窄帶數(shù)字微分器“電子信息工程專業(yè)方向”課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題：用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)窄帶數(shù)字微分器 班級(jí) 電子3081 學(xué)號(hào) 30821071 學(xué)生姓名 朱 專業(yè) 電子信息工程 系別 電子信息工程系 指導(dǎo)教師 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組 淮陰工學(xué)院 電子與電氣工程學(xué)院2011年 12 月用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)寬帶數(shù)字微分器1 設(shè)計(jì)目的1. 培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。2. 學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，提高基于模擬、數(shù)字電路等知識(shí)解決電子信息方面常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的能力，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)

2、、自行制作和自行調(diào)試。3. 進(jìn)行基本技能訓(xùn)練，如基本儀器儀表的使用，常用元器件的識(shí)別、測(cè)量、熟練運(yùn)用的能力，掌握設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用仿真軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和數(shù)據(jù)處理等。4. 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。2 設(shè)計(jì)要求1.要求微分器的截至頻率p0.1；2.編寫設(shè)計(jì)窄帶數(shù)字微分器的malab程序并仿真；3.比較用各種常用窗函數(shù)（hanning，hamming，blackman，kaiser窗）及其他窗函數(shù)設(shè)計(jì)寬窄帶數(shù)字微分器的性能：通帶最大相對(duì)誤差以及過(guò)渡帶寬與微分器長(zhǎng)度的關(guān)系；4.通過(guò)比較給出在性能上最優(yōu)的窗函數(shù)；5. 完成設(shè)計(jì)報(bào)告并在報(bào)告中提供程序清單;3. 實(shí)驗(yàn)原理 理想的數(shù)字微分器

3、的頻率響應(yīng)為 ，w 對(duì)應(yīng)的脈沖響應(yīng)為 理想數(shù)字微分器是非因果系統(tǒng)。一個(gè)因果的可實(shí)現(xiàn)數(shù)字微分器可表示為 n=0,1,.n-1式中，n=2l+1，w（n）為窗函數(shù)，如漢寧窗、漢明窗、布萊克曼窗、凱塞窗等。截止頻率和窗函數(shù)的選擇 微分效果好壞在一定程度上取決于截止頻率fs ， 若截止頻率選得過(guò)小會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真，若截止頻率選得過(guò)大仍會(huì)引入干擾信號(hào)。 確定截止頻率前應(yīng)對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行譜分析，根據(jù)分析確定速度信號(hào)的有效頻率范圍，一般選取截止頻率大于等于速度信號(hào)的有效頻率范圍的上限。 對(duì)測(cè)得的速度信號(hào)進(jìn)行譜分析，選取微分器截止頻率fs=1khz。 選擇窗函數(shù)的原則通常有兩點(diǎn): 其一是盡量減小微分器幅頻譜的吉布

4、斯現(xiàn)象，選用邊瓣小且少的漢寧窗則效果較好; 其二是盡量減少通帶和阻帶內(nèi)的振蕩現(xiàn)象，以改善微分特性。半窗寬度m0 的選取對(duì)微分器的頻率特性也有一定的影響。m0取值越大, 微分器幅頻譜過(guò)度帶越窄, 微分器的低通濾波性能越好，因此為提高微分器的微分性能應(yīng)盡量增大m0 ， 但m0取值越大卷積計(jì)算工作量越大， 若采用快速卷積法進(jìn)行計(jì)算，可以適當(dāng)增加m0 的取值以改善微分特性， 而計(jì)算量不會(huì)增加。 快速卷積算法需做兩次fft 和一次if-ft 。4.程序設(shè)計(jì)：hanninga窗wc=0.143n=41 %總點(diǎn)數(shù)l=(n-1)/2n=0:n-1 %取樣n-1個(gè)點(diǎn)hn=wp/pi*cos(wp*(n-l)./

5、(n-l)-1/pi*sin(wp*(n-l)./(n-l)./(n-l);%窄帶脈沖響應(yīng)公式hn(l+1)=0wn=hann(n) %hanning窗hn=hn.*wn %原函數(shù)與窗卷積figure(1) %圖1stem(hn) %產(chǎn)生時(shí)序圖title(時(shí)序圖(hanning) %圖1標(biāo)題xlabel(n) %x軸單位ylabel(幅度) %y軸單位mag1,rad=freqz(hn,1,4096); %計(jì)算頻率響應(yīng)m=20*log10(abs(mag1);hold offfigure(2) %圖2plot(rad,m),grid on %顯示頻率幅度特性title(幅度特性(hanning

6、)xlabel(頻率)ylabel(幅度)grid on %網(wǎng)格顯示a=angle(mag1) %相角轉(zhuǎn)換figure(3) %圖3plot(rad,a) %顯示相位特性圖title(相位特性(hanning)xlabel(頻率)ylabel(相位)grid onhamming窗wc=0.143n=41 %總點(diǎn)數(shù)l=(n-1)/2n=0:n-1 %取樣n-1個(gè)點(diǎn)hn=wp/pi*cos(wp*(n-l)./(n-l)-1/pi*sin(wp*(n-l)./(n-l)./(n-l)%窄帶脈沖響應(yīng)公式hn(l+1)=0wn=hamming(n) %hamming窗hn=hn.*wn %原函數(shù)與窗卷

7、積figure(1) %圖1stem(hn) %產(chǎn)生時(shí)序圖title(時(shí)序圖(hamming) %圖1標(biāo)題xlabel(n) %x軸單位ylabel(幅度) %y軸單位mag1,rad=freqz(hn); %計(jì)算頻率響應(yīng)m=20*log10(abs(mag1);hold offfigure(2) %圖2plot(rad,m),grid on %顯示頻率幅度特性title(幅度特性(hamming)xlabel(頻率)ylabel(幅度)grid on %網(wǎng)格顯示a=angle(mag1) %相角轉(zhuǎn)換figure(3) %圖3plot(rad,a) %顯示相位特性圖title(相位特性(ham

8、ming)xlabel(頻率)ylabel(相位)grid on布萊克曼窗wc=0.143n=41 %總點(diǎn)數(shù)l=(n-1)/2n=0:n-1 %取樣n-1個(gè)點(diǎn)hn=wp/pi*cos(wc*(n-l)./(n-l)-1/pi*sin(wp*(n-l)./(n-l)./(n-l);%窄帶脈沖響應(yīng)公式hn(l+1)=0wn=blackman(n) %blackman窗hn=hn.*wn %原函數(shù)與窗卷積figure(1) %圖1stem(hn) %產(chǎn)生時(shí)序圖title(時(shí)序圖(blackman) %圖1標(biāo)題xlabel(n) %x軸單位ylabel(幅度) %y軸單位mag1,rad=freqz(

9、hn); %計(jì)算頻率響應(yīng)m=20*log10(abs(mag1);hold offfigure(2) %圖2plot(rad,m),grid on %顯示頻率幅度特性title(幅度特性(blackman)xlabel(頻率)ylabel(幅度)grid on %網(wǎng)格顯示a=angle(mag1) %相角轉(zhuǎn)換figure(3) %圖3plot(rad,a) %顯示相位特性圖title(相位特性(blackman)xlabel(頻率)ylabel(相位)grid on凱塞窗n=41 %總點(diǎn)數(shù)l=(n-1)/2n=0:n-1 %取樣n-1個(gè)點(diǎn)wc=0.143hn=wc/pi*cos(wp*(n-l

10、)./(n-l)-1/pi*sin(wp*(n-l)./(n-l)./(n-l);%窄帶脈沖響應(yīng)公式hn(l+1)=0wn=kaiser(n) %kaiser窗hn=hn.*wn %原函數(shù)與窗卷積figure(1) %圖1stem(hn) %產(chǎn)生時(shí)序圖title(時(shí)序圖(kaiser) %圖1標(biāo)題xlabel(n) %x軸單位ylabel(幅度) %y軸單位mag1,rad=freqz(hn,1,4096); %計(jì)算頻率響應(yīng)m=20*log10(abs(mag1);hold offfigure(2) %圖2plot(rad,m),grid on %顯示頻率幅度特性title(幅度特性(kais

11、er)xlabel(頻率)ylabel(幅度)grid ona=angle(mag1)figure(3)plot(rad,a)title(相位特性(kaiser)xlabel(頻率)ylabel(相位)grid on5.圖形顯示 1.漢寧窗設(shè)計(jì)圖： 2.漢明窗（hamming）設(shè)計(jì)圖3.布萊克曼窗設(shè)計(jì)圖4.凱塞窗設(shè)計(jì)圖6. 設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)2.5周的課程設(shè)計(jì)，我首先要感謝這個(gè)學(xué)校給我們這次機(jī)會(huì)將理論與實(shí)踐操作結(jié)合起來(lái)。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)模具的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。在此感謝我們的王老師.，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪；這次模具設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開(kāi)老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開(kāi)朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計(jì)。同時(shí)感謝對(duì)我?guī)椭^(guò)的同學(xué)們，謝謝你們對(duì)我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。 由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師們多多指教,我十分樂(lè)意接受你們的批評(píng)與指正，本人將萬(wàn)分感謝。7. 參考文獻(xiàn)1康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版）. 北京：高等教育出版社，1999.62郭仕劍，王寶順，賀志國(guó)m