




版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)
文檔簡介
1、 數(shù)字信號處理課程設(shè)計 課 程 設(shè) 計課程名稱: 數(shù)字信號處理 題目編號: 0202 題目名稱: 切比雪夫型IIR低通濾波器 專業(yè)名稱: 電子信息工程 班 級: 電子1204班 學(xué) 號: 20124470411 學(xué)生姓名: 劉春陽 任課教師: 黃國玉 2015年09月30日課程設(shè)計任務(wù)書題 目切比雪夫II型IIR低通濾波器學(xué)生姓名劉春陽學(xué)號20124470411專業(yè)班級電子1204班設(shè)計內(nèi)容與要求1、 設(shè)計內(nèi)容應(yīng)用切比雪夫II型方法并根據(jù)以下給定的參數(shù),設(shè)計一個IIR低通濾波器 (1)通帶截止頻率: (2)過渡帶寬度: (3)滾降二、設(shè)計要求 (1)濾波器的初始設(shè)計通過手工完成(2)在計算機輔
2、助計算的基礎(chǔ)上分析濾波器結(jié)構(gòu)對其性能指標(biāo)的影響(至少 選擇兩種以上合適的濾波器結(jié)構(gòu)進行分析)(3)在計算機輔助計算的基礎(chǔ)上分析濾波器參數(shù)的字長對其性能指標(biāo)的影響(4)以上各項要有理論分析和推導(dǎo),源程序以及表示計算結(jié)果的圖表 目 錄1. 數(shù)字濾波器的設(shè)計任務(wù)及要求(編號202)22. 數(shù)字濾波器的設(shè)計及仿真3 2.1數(shù)字濾波器(編號202)的設(shè)計3 2.2數(shù)字濾波器(編號202)的性能分析63. 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)對其性能影響的分析73.1數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)一(直接型)及其幅頻響應(yīng)83.2數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)二(級聯(lián)型)及其幅頻響應(yīng)10 3.3 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)對其性能影響的小結(jié)104.
3、 數(shù)字濾波器的參數(shù)字長對其性能影響的分析11 4.1數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)一(直接型)參數(shù)字長及幅頻響應(yīng)特性變化12 4.2數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)二(級聯(lián)型)參數(shù)字長及幅頻響應(yīng)特性變化14 4.3 數(shù)字濾波器的參數(shù)字長對其性能影響的小結(jié)16 5. 結(jié)論及體會16 5.1 濾波器設(shè)計、分析結(jié)論 16 5.2 我的體會16 5.3 展望17第 16 頁 共 17 頁1.數(shù)字濾波器的設(shè)計任務(wù)及要求(0202)每位同學(xué)抽簽得到一個四位數(shù),由該四位數(shù)索引下表一確定待設(shè)計數(shù)字濾波器的類型及其設(shè)計方法, 然后用指定的設(shè)計方法完成濾波器設(shè)計。要求:(1)濾波器設(shè)計指標(biāo):通帶截止頻 , 過渡帶寬度,滾降;其中, i
4、d 抽簽得到那個四位數(shù)(題目編號)(2)濾波器的初始設(shè)計通過手工計算完成;(3)在計算機輔助計算基礎(chǔ)上分析濾波器結(jié)構(gòu)對其性能指標(biāo)的影響(至少選擇兩種 以上合適的濾波器結(jié)構(gòu)進行分析);(4)在計算機輔助計算基礎(chǔ)上分析濾波器參數(shù)的字長對其性能指標(biāo)的影響;(5) 以上各項要有理論分析和推導(dǎo)、原程序以及表示計算結(jié)果的圖表; (6)課程設(shè)計結(jié)束時提交設(shè)計說明書。2.數(shù)字濾波器的設(shè)計及仿真2.1 數(shù)字濾波器(編號202)的設(shè)計隨著信息和數(shù)字時代的到來,數(shù)字信號處理已成為當(dāng)今一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中,由于信號中經(jīng)常混有各種復(fù)雜的成分,因此很多信號的處理都是基于濾波器而進行的。所以數(shù)字濾
5、波器在數(shù)字信號處理中起著舉足輕重的作用。而數(shù)字濾波器的設(shè)計都要以模擬濾波器為基礎(chǔ)的,這是因為模擬濾波器的設(shè)計方法都已發(fā)展的相當(dāng)成熟,且有典型的模擬濾波器供我們選擇。如巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器等。本次課程設(shè)計將手工計算一個切比雪夫II型的IIR的低通模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù),并在MATLAB的FDATool設(shè)計工具分析其性能指標(biāo)。該濾波器的設(shè)計流程圖如圖 2.1計算數(shù)字濾波器的技術(shù)參數(shù)將數(shù)字參數(shù)參數(shù)模擬低通濾波器設(shè)計模擬低通濾波器階數(shù)N和截止頻率模擬低通濾波器參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器圖2.1濾波器設(shè)計流程圖1.手工計算參數(shù)通帶截止頻率:過渡帶寬度:阻帶截止頻率:為計算簡便,設(shè):通帶最大衰減:阻帶最
6、大衰減:數(shù)字低通指標(biāo)化為模擬低通指標(biāo):取2s2.Cheb法設(shè)計模擬低通濾波器:1)求低通濾波器階數(shù)N 2) 求零點 0 + 1.0031i 0 - 1.0031i 0 + 1.0284i 0 - 1.0284i 0 + 1.0824i 0 - 1.0824i 0 + 1.1728i 0 - 1.1728i 0 + 1.3151i 0 - 1.3151i 0 + 1.5398i 0 - 1.5398i 0 + 1.9139i 0 - 1.9139i 0 + 2.6131i 0 - 2.6131i 0 + 4.2837i 0 - 4.2837i 0 +12.7455i 0 -12.7455i3)
7、求極點 -0.0273 - 0.9300i -0.0847 - 0.9467i -0.1514 - 0.9810i -0.2362 - 1.0344i -0.3527 - 1.1081i -0.5238 - 1.2003i -0.7885 - 1.2964i -1.2057 - 1.3400i -1.8096 - 1.1657i -2.3909 - 0.5049i -2.3909 + 0.5049i -1.8096 + 1.1657i -1.2057 + 1.3400i -0.7885 + 1.2964i -0.5238 + 1.2003i -0.3527 + 1.1081i -0.2362
8、+ 1.0344i -0.1514 + 0.9810i -0.0847 + 0.9467i -0.0273 + 0.9300i4)求增益 5)求模擬低通濾波器分子系數(shù) (是的特征多項式)1.0e+03*0.0000 0.0000 0.0001 0.0000 0.0038 0.0000 0.0416 -0.0000 0.2303 -0.0000 0.7328 -0.0000 1.4196 -0.0000 1.7021 -0.0000 1.2332 -0.0000 0.4947 0.0000 0.0843 6)求模擬低通濾波器分母系數(shù) (是的特征多項式)1.0e+04 *0.0001 0.0014
9、 0.0098 0.0454 0.1572 0.4312 0.9731 1.8513 3.0185 4.2658 5.2644 5.6961 5.4127 4.5081 3.2793 2.0616 1.1087 0.4946 0.1791 0.0468 0.00847)綜上,模擬低通濾波器的傳遞函數(shù): 采用用雙線性變換法求得數(shù)字低通濾波器的傳遞函數(shù) 分子系數(shù)為 0.0153 0.1092 0.4608 1.4137 3.4549 7.0374 12.2784 18.6677 25.0087 29.7289 31.4796 29.7289 25.0087 18.6677 12.2784 7.03
10、74 3.4549 1.4137 0.4608 0.1092 0.0153 分母系數(shù)為 1.0000 2.1779 6.4969 10.9433 18.4504 24.3685 29.7427 31.3188 29.8701 25.3264 19.345 13.1767 8.0216 4.3268 2.0492 0.8398 0.2916 0.0830 0.0183 0.0028 0.0002傳遞函數(shù)為3.程序?qū)崿F(xiàn)clc; clear all Ts=2;Fs=1/Ts;Ap=2;As=62; Wp=log(202)/32*pi;%通帶截頻 Ws=Wp+log10(202)/160*pi; %阻
11、帶截頻 wp=2/Ts*tan(Wp/2);ws=2/Ts*tan(Ws/2);%用MTALAB算法設(shè)計切比雪夫II型低通模擬濾波器 N,Wn=cheb2ord(ws,wp,Ap,As,'s'); %估計濾波器的階數(shù)N和阻帶截止頻率 wn1=Wn/pi; BT,AT=cheby2(N,As,Wn,'s');%計算低通濾波器系統(tǒng)函數(shù)多項式系數(shù) Z,P,K=cheby2(N,Ap,Wn,'s'); H,W=zp2tf(Z,P,K); %用雙線性變換法將模擬濾波器sH轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器)num,den=bilinear(BT,AT,Fs)%復(fù)變量映射s-
12、z disp('分子系數(shù):');disp(num); disp('分母系數(shù):');disp(den); %計算增益響應(yīng) w=linspace(0,pi,2048); %w = 0:pi/255:pi; h = freqz(num,den,w); g =20*log10(abs(h)/max(abs(h); %繪制增益響應(yīng) figure; plot(w/pi,g);grid on;%繪制切比雪夫低通濾波器幅頻特性 axis(0 1 -100 1); xlabel('omega/pi'); ylabel('增益/dB'); title
13、('切比雪夫2型低通濾波器幅頻響應(yīng)曲線'); 程序運行結(jié)果如圖所示圖2.1程序結(jié)果圖3.數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)對其性能影響的分析在理想狀態(tài)下,對于同一個傳遞函數(shù)幾乎對應(yīng)著無數(shù)種等效結(jié)構(gòu),然而這些結(jié)構(gòu)卻并不一定都能實現(xiàn)。在無限參數(shù)字長的情況下,所有能實現(xiàn)傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)之間,其表現(xiàn)完全相同。然而,在實際中,由于參數(shù)字長有限的限制,各實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)并不相同。下面我們就將對比直接型(包括直接I、II型)和級聯(lián)型兩種結(jié)構(gòu)在本例中對性能指標(biāo)的影響。在MATLAB中可以利用FDATool工具箱構(gòu)建不同類型的數(shù)字濾波器。第一種是直接型結(jié)構(gòu),第二種是級聯(lián)結(jié)構(gòu)建立數(shù)字濾波器。3.1數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)
14、構(gòu)一(直接型)及其幅頻響應(yīng)直接型的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)流圖如圖3.1所示: 圖3.1 直接型的結(jié)構(gòu)流圖 選擇filter structure選項框中的 Direct-Form I選項,點擊窗口下方的Import Filter按鈕,構(gòu)建直接型結(jié)構(gòu)的切比雪夫型低通濾波器,結(jié)果如圖3.2所示。圖3.2 直接I型切比雪夫濾波器3.2數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)二(級聯(lián)型)及其幅頻響應(yīng)級聯(lián)型實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如下:圖3.3 級聯(lián)型的結(jié)構(gòu)流圖選擇Edit下拉菜單中點擊 Convert to Second-order Sections選項,將構(gòu)建好的Direct-Form 結(jié)構(gòu)的切比雪夫II型IIR低通濾波器轉(zhuǎn)換為級聯(lián)濾波器,結(jié)果如圖3
15、.2所示。圖3.4 級聯(lián)型切比雪夫濾波器3.3 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)對其性能影響的小結(jié)表一直接型性能分析性能指標(biāo)初始設(shè)計指標(biāo)()直接型()()0.16580.1665+0.00070.18030.1801-0.000262(dB)59.68dB)-2.322(dB)1.4435dB)-0.5565分析:由表1可以看出,減少0.0007,減少了0.0002。通帶的幅頻響應(yīng)曲線更加陡峭,造成性能指標(biāo)的誤差很大,不能忽略。表二級聯(lián)型性能分析性能指標(biāo)初始設(shè)計指標(biāo)()級聯(lián)型()0.16580.1671+0.00130.18030.1825+0.001262(dB)62.0106(dB)+0.01062(
16、dB)2.0059(dB)+0.0059分析:由表2可以看出,下降了0.0013, 下降了0.0012。與上面相比誤差減小,級聯(lián)結(jié)構(gòu)造成性能指標(biāo)誤差較小??赡苁请A數(shù)比較大的原因,他們之間的差別還不大。我們知道,直接型對系數(shù)的敏感性較高,從而使得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)對參數(shù)的變化也特別敏感,也就是對參數(shù)的有限字長運算過于靈敏,容易出現(xiàn)不穩(wěn)定或產(chǎn)生較大誤差。而級聯(lián)型的函數(shù)值的連接順序具有較大的自由度,并且級聯(lián)型濾波器每個二階節(jié)系數(shù)單獨控制一對零、極點,有利于控制頻率響應(yīng);此外級聯(lián)結(jié)構(gòu)中后面的網(wǎng)絡(luò)輸出不會再流到前面,運算誤差的積累相對直接型就小。4. 數(shù)字濾波器的參數(shù)字長對其性能影響的分析在實際的數(shù)字濾波器
17、的設(shè)計中,由于計算機或DSP芯片等的字長和存儲空間有限,所以也只能對設(shè)計參數(shù)取有限的字長進行設(shè)計。然而,如果字長太短,則設(shè)計的濾波器誤差就會太大,造成濾波效果不佳。下面就將以上述性能指標(biāo)為依據(jù),初始設(shè)計的切比雪夫I型數(shù)字IIR低通濾波器為例,研究不同參數(shù)字長對性能指標(biāo)的影響。并為合適參數(shù)字長探索規(guī)律。將計算獲得的低通數(shù)字濾波器的系數(shù)輸入圖所示的filter coefficients工具中,并點擊Import Filter按鈕,生成數(shù)字濾波器。運用FDATOOL工具左下側(cè)上數(shù)第三個的Set quantization parameters按鈕,在filter arithmetic下拉菜單下選擇Fi
18、xed Point選項,進入如圖4.1所示的界面。圖4.1 字長修改界面4.1數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)一(直接型)參數(shù)字長及幅頻響應(yīng)特性變化 將coefficient word length的值改為10,點擊下方的Apply按鈕,此時設(shè)計的濾波器幅頻響應(yīng)曲線和性能指標(biāo)如圖4.2所示:圖中的虛線為供參考的理想字長下生成的濾波器的幅頻響應(yīng)曲線,圖中實線為參數(shù)字長取為10位時的濾波器幅頻響應(yīng)曲線。從圖中可以看出:字長為10位時,濾波器的各項性能指標(biāo)離設(shè)計指標(biāo)偏差很大,濾波器失真明顯,濾波效果很差,遠遠不能滿足設(shè)計指標(biāo)的要求。圖4.2字長為10的濾波器(級直型)的幅頻響應(yīng)曲線對比將coefficient
19、word length的值改為20,點擊下方的Apply按鈕,此時設(shè)計的濾波器幅頻響應(yīng)曲線和性能指標(biāo)如圖所示:圖4.3 字長為20的濾波器(直接型)的幅頻響應(yīng)曲線對比字長為20時,效果還是很差,遠不能滿足要求。將coefficient word length的值改為30,點擊下方的Apply按鈕,此時設(shè)計的濾波器幅頻響應(yīng)曲線和性能指標(biāo)如圖所示:圖4.4 字長為30的濾波器(直接型)的幅頻響應(yīng)曲線對比字長為30時,效果好很多,但是還是不能滿足要求。將coefficient word length的值改為40,點擊下方的Apply按鈕,此時設(shè)計的濾波器幅頻響應(yīng)曲線和性能指標(biāo)如圖所示:圖4.5字長為
20、40的濾波器(直接型)的幅頻響應(yīng)曲線對比字長為40效果很好,濾波器幅頻響應(yīng)達到了期望。4.2數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)二(級聯(lián)型)參數(shù)字長及幅頻特性變化 將coefficient word length的值改為5,點擊下方的Apply按鈕,此時設(shè)計的濾波器幅頻響應(yīng)曲線和性能指標(biāo)如圖所示:圖4.6字長為5的濾波器(級聯(lián)型)的幅頻響應(yīng)曲線對比圖中的虛線為供參考的理想字長下生成的濾波器的幅頻響應(yīng)曲線,圖中實線為參數(shù)字長取為5位時的濾波器幅頻響應(yīng)曲線。從圖中可以看出:字長為5位時,濾波器的各項性能指標(biāo)離設(shè)計指標(biāo)偏差不是很大,濾波器在通帶有衰減失真,濾波效果較差,不能滿足設(shè)計指標(biāo)的要求。將coefficient word length的值改為10,點擊下方的Apply按鈕,此時設(shè)計的濾波器幅頻響應(yīng)曲線和性能指標(biāo)如圖所示:圖4.7字長為10的濾波器(級聯(lián)型)的幅頻響應(yīng)曲線對比字長為10的時候,濾波器已經(jīng)滿足要求,級聯(lián)型字長為 10時,效果比直接型的濾波器的字長為30時的效果還要好。4.3 數(shù)字濾波器的參數(shù)字長對其性能影響的小結(jié) 總結(jié)以上步驟發(fā)現(xiàn):參數(shù)字長越長,設(shè)計出的濾波器就越符合設(shè)計指標(biāo)要求,誤差越小,穩(wěn)定性越好。且當(dāng)直接型的濾波器參數(shù)字長達到30位及以上時,設(shè)計的濾波器便可達到設(shè)計性能指標(biāo),級聯(lián)型的濾波器參數(shù)字長達到10位
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- T-ZGTX 27-2025 原生態(tài)雪域滑雪能力要求規(guī)范
- T-ZSM 0059-2024“領(lǐng)跑者”評價技術(shù)要求 數(shù)控圓鋸床
- 二零二五年度房屋租賃合同租賃雙方租賃期間租賃物租賃權(quán)法律適用協(xié)議
- 2025年度汽車行業(yè)代理招聘人才合作協(xié)議
- 2025年度餐廳員工勞動合同試用期規(guī)定
- 鋼結(jié)構(gòu)合同補充協(xié)議(2025年度)安裝工程
- 二零二五年度危險品車輛運輸司機安全責(zé)任協(xié)議
- 2025年度食品飲料經(jīng)銷商授權(quán)及市場開發(fā)協(xié)議
- 二零二五年度借車車輛損失免責(zé)合同
- 二零二五年度雙方個人教育培訓(xùn)合作協(xié)議
- 中職語文課件:1.1《送瘟神》課件14張2023-2024學(xué)年中職語文職業(yè)模塊
- 胃瘍(消化性潰瘍)中醫(yī)護理方案
- 《Unit-2-Cute-animals課件》小學(xué)英語牛津上海版四年級下冊14875
- 《哲學(xué)概論(第2版)》-課件全套 第0-6章 緒論、哲學(xué)的形態(tài)-馬克思主義哲學(xué)
- 環(huán)境溫度、相對濕度、露點對照表
- 踝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎課件整理
- 高處作業(yè)安全經(jīng)驗分享
- 工余安健環(huán)管理制度
- 關(guān)于“全民閱讀”的中考語文非連續(xù)性文本閱讀試題及答案閱讀(2018廣東廣州中考語文非連續(xù)性文本閱讀試題及答案)
- 某學(xué)校食堂服務(wù)投標(biāo)書
- 《馬克思主義與社會科學(xué)方法論》課后思考題答案全
評論
0/150
提交評論