数字信号处理课程设计报告50Hz带阻滤波器..doc

《数字信号处理》课程设计报告 设计题目：　 50Hz数字带阻滤波器　 学　　院：　 机械与动力工程学院　 班　　级：　　　　 　　　　 姓　　名：　　　　 　　　　　　　 学　　号：　　　 　　　　　　　　 2012年5月25日  目 录 1 课程设计目的 1 2 课程设计任务和要求 1 2.1课程设计任务 1 2.2课程设计要求 1 3. 课程设计内容 1 3.1方案选择及说明 1 3.2相关公式推导 2 3.3离散时间滤波器的验证 3 3.4单片机信号处理环境的搭建 4 4.频率特性测试 5 5. 设计总结 7 6. 参考资料 7  1 课程设计目的 1.结合所学的数字信号处理的理论知识完成一个数字滤波器的设计； 2.结合模拟电路、数字电路和单片机知识搭建一个以51单片机为处理器的数字滤波器仿真模型，掌握A/D和D/A器件的选择和使用方法； 3.提高自己综合分析问题和解决问题的能力。 2 课程设计任务和要求 2.1课程设计任务 在proteus软件的仿真环境中以51单片机为处理器，结合A/D、D/A器件和适当的外围电路电路构建一个的带阻滤波器。 2.2课程设计要求 1. 采样频率为1KHz； 2. 以C语言编写51单片机程序； 2. 最后以描点法绘制系统的波特图。 3. 课程设计内容 3.1方案选择及说明 51单片机运算能力有限，为了减少运算量，采用二阶模拟带阻滤波器，经变换后作为对应的数字滤波器。 连续时间二阶波器的传递函数为 式中为滤波器的零频增益，为滤波器的中心频率，为滤波器的阻尼系数。 3.2相关公式推导 结合设计要求，为了使通带较窄，应取较小的阻尼系数。因此，参数取值为，，。可得系统函数为 其波特图为 图1.连续时间二阶带阻滤波器波特图 这里应用脉冲响应不变法推导离散时间滤波器方程。先对连续时间滤波器传递函数作部分分式展开 式中，。连续系统极点在s平面的左半平面内，故连续系统稳定。 对应的离散时间波滤器的传递函数为 代入数值得 此离散系统极点为，系统稳定。 其波特图为 图2.离散时间带阻滤波器波特图 对应的差分方程为 写成向量内积形式 3.3离散时间滤波器的验证 在Matlab中进行对推导所得的差分方程进行模拟。取相同幅值的40Hz与50Hz信号替加后进行滤波，结果如图所示。 可见方程推导正确，50Hz信号基本被滤去。 图3.滤波器运行结果 3.4单片机信号处理环境的搭建 为了提高单片机的处理能力，且方便编程，令定时器0在方式0下零初值时的溢出率为1KHz，则时钟频率应设为。 这里选用ADC0832作为A/D转换器。ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道的串行A/D转换芯片。其串行接口的输入输出电平与TTL/CMOS兼容。其内部电源输入与参考电压的复用，5V电源供电时输入电压在0～5V。工作频率为250KHz，转换时间为32微秒。具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差。 D/A转换器采用74273数据锁存器驱动电阻网络构成。这样可以使用单片机并行I/O口直接输出需转换的数据，免去了使用芯片带来的接口编程，使数据输出更具实时性。D/A转换器的输出端用运放构成跟随器，之间增加一级RC低通滤波器以滤去零阶保持器引入的高频分量。 图4.系统框图 图5.系统原理图 4.频率特性测试 输入信号为，其有效值。 改变输入信号频率，以交流电压表测量输出信号幅值与频率的关系并记录如下表： 表1.输出信号幅值与频率关系表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 30 40 44 45 46 47 48 49 50 1.73 1.70 1.64 1.56 1.51 1.43 1.29 1.04 0.60 0.04 序号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 51 52 53 54 55 56 60 75 90 150 0.62 1.02 1.24 1.37 1.44 1.49 1.55 1.54 1.49 1.22 由于信号输出端设有一级RC低通滤波器，对上面测量的输出信号有一定影响。为了计算单片机系统的频率特性，应将低通滤波器的影响消除，以获得单片机系统的原始输出信号。 由于低通滤波器的时间常数，其频率响应为 故应作如下修正 表2.幅频特性计算与修正 序号 理论值 dB 1 5 31.4 -0.20 -0.004 -0.19 -0.13 52.00 2 30 188.5 -0.35 -0.15 -0.20 -0.16 24.91 3 40 251.3 -0.66 -0.27 -0.40 -0.32 24.36 4 44 276.