双通带切比雪夫带通滤波器的设计matlab

1、中北大学上课时间制定计划，说明书学生名称：学习编号：研究所：信息和通信工程学院专业化：电子信息工程标题：信息处理信息实践：信号生成和带通滤波器设计讲师：职称：2016年1月4日中北大学课程设计任务书2015/2016学年第一学期研究所：信息和通信工程学院专业化：电子信息工程学生姓名：学生姓名：学号：学生姓名：学号：课程设计主题：信息处理信息实践：信号生成和带通滤波器设计从今天开始：2016年1月4日至2016年1月22日课程设计场所：大学建筑201实验室指讲师：王玉任命书签发日期： 2016年1月4日上课时间设置计划书1.设计目的：(1)通过练习，更好地理解和巩固过滤器的知识。(2)熟悉滤波器

2、的设计方法和功能。(3)了解傅立叶变换的应用。2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、规范、设计要求等):(1)生成和嵌套三个不同频率的正弦信号，以通过fft变换获得频域映射。(2) 200-300hz、500-600hz设计的双通带通滤波器和频谱分析；(3)过滤合成信号，对比滤波前后的信号。(4)要求3名同学完成。3.设计工作和工作量要求课程设计计算手册(论文)、图纸、实际样品等:(1)应将设计要求和想法告知设计组的每个成员。(2)matlab数据处理部分需要正确的运行结果和结果分析。(3)对于带通滤波器，每个同学要求自己理解。(4)每个同学对此内容的设计说明书的编制(每人一份)。上课时

3、间设置计划书4.主要参考资料：1桂枝国、良民、天宇兴、郝丽华。数字信号处理原理及应用m。北京：国防产业出版社，2012，1宋宇飞、潘武、魏军语。数字信号处理实验和学习指导m。北京：清华大学出版社，2012.83赵谦。通信系统的matlab基础和仿真应用m。西安：西安电子技术大学出版社，2010.34王彬，魏丹，王阳。matlab数字信号处理m。北京：机械工业出版社，2010.55刘伟国。matlab程式设计与应用程式(第二版)m。北京：高等教育出版社，20065.设计结果格式和要求：课程设计指南程序运行结果6.工作计划和进展：2016年1月4日至1月6日：了解基于usb总线或pci总线a/d卡

4、的通用结构和a/d收集卡应用程序。1月7日 1月20日：在老师的指导下完成课程设计内容。1月20日至1月22日：课程设计说明书，填写答案。负责人审核意见：签名：年月日列表基于usb总线a/d卡的报告11.usb总线简介12.usb接口电路设计13.usb接口数据采集系统的设计与实现14.a/d转换电路25 a/d采集卡应用程序2第二个设计内容33个设计原则34 matlab软件简介45设计过程51.信号生成52.连续输入信号采样频谱分析7chebyshev带通滤波器8信号过滤106结果分析127次经验和总结13参考文献13附录：一般计划代码15基于usb总线a/d卡的报告1.usb总线简介通用

5、串行总线标准usb是1995年microsoft、compaq、dec、ibm等公司为解决传统总线不足问题而推出的新通信标准。该标准的特点是高带宽、易于安装、易于扩展，逐渐成为现代数据传输的主要手段。usb数据收集卡提供了usb总线的所有优点，有效地解决了传统数据收集卡的安装问题、扩展不便等缺点。usb总线是位于ps/2接口和串行端口之间的通用串行总线，可在启动状态下热插拔多达127个外围设备，传输速度为480mb/s，为低电压设备提供5伏电源，从而减少pc i/o接口的数量。usb以通用连接技术为基础，简单快速地连接外围设备，以方便用户、降低成本并扩展pc连接外围设备的范围。2.usb接口电

6、路设计图1电路设计如图1所示，r3是自下而上电阻器，它将usb端口的d端拉向ds2490s的vb，usb主机系统是高速设备，此自下而上电阻器通知主机有usb设备插入。此牵引电阻器的设置对适配器影响很大，其负载值和1-导线网络的总长度决定1-导线母线电压上升到5 v的速度。r3的实验测试选择电阻为27lo%。r1、r2是usb数据保护电阻器。l、l2具有禁止高频干扰和减少emi辐射的功能。lf33cv是3.3 v电压调节器，与周围组件c1、c2一起构成强大的牵引部分，以便为eeprom或温度传感器等设备提供额外的电源。3.usb接口数据采集系统的设计与实现数据收集系统使用收集卡进行数据收集，然后

7、通过a/d转换器进行计算机处理。基于usb接口的数据收集和频谱分析系统该系统结构主要由具有计算机、i/o接口设备的硬件部分和软件部分组成。计算机可以使用台式机作为硬件平台的核心，系统使用a/d数据收集卡，该卡是构成基于usb总线数据收集产品的具有usb接口的各种台式计算机、笔记本电脑、工业计算机连接和高性能数据收集测量系统的i/o设备。整个系统包括四个部分：usb接口芯片和外围电路、控制电路、数据缓冲电路和a/d转换电路。usb接口芯片选择cypress的ez-usb 2131q。该芯片内置了8051控制器，因此整个系统以ez-usb控制器为中心，ez-usb通过控制电路控制a/d转换电路和数

8、据缓冲电路，在模拟信号转换后数据发送到数据缓冲区。数据缓冲区满后，通知ez-usb控制器从主机中删除数据。如图2所示，显示了完整的系统框图。图2系统方框图4.a/d转换电路a/d转换芯片使用maxim公司的max122，这是一种12b高速a/d转换器。在完全转换模式下，他的转换时间可以达到2.6 s，即333ks/s。max122有五种操作模式，数据收集系统使用模式2，即连续转换模式。在此模式下，每个转换需要13到14个时钟脉冲位，转换可以不间断地进行，但是必须提供开始转换以使信号成为可能，并确保读取信号和切片选择始终保持有效。数据输出确保信号始终有效，转换结束后将生成新数据。5.a/d采集卡

9、应用程序数据收集是对来自各种传感器的信号数据进行实时准确测量或收集，用计算机实时处理或存储记录，并实时执行测试和控制功能。数据收集系统结构通过计算机的标准接口连接各种功能模块、仪器和传感器，构成了测量系统。数据收集监控技术已经成为在需要监测湿度、温度、压力等工业农业的情况下广泛使用的越来越重要的检测技术。数据收集过程是工业控制等系统中的重要过程，通常使用一些功能独立的单片机系统进行收集，数据收集的性能特性直接影响整个系统的稳定性，因此，它是测量和控制系统不可缺少的组成部分。该系统在生产过程中监控、收集和记录现场流程参数，提高产品质量，提供信息和手段，降低生产成本。将该系统应用于科学研究，可以获

10、得很多力学，研究瞬间物理过程，成为获得科学奥秘的重要手段之一。总之，毫无疑问，在某个领域，数据收集系统越及时应用，生产力就越高，经济效益就越高。第二个设计内容通过fft变换生成三种不同频率的正弦信号，并叠加以获得光度学图表。设计200-300hz下的带通滤波器，并进行频谱分析。过滤合成信号，比较过滤前后的信号。三种设计原则1.使用matlab软件生成三个连续的信号，并合成三个连续的信号。取样信号以进行光谱分析。(1)时域采样(naiquist采样)清理：为了避免抗锯齿现象，可以在采样信号中无损地恢复原始信号，并且采样频率必须大于或等于信号频谱最大频率的两倍。在此设计中，最大信号频率为500hz

11、，取样频率为2000hz。(2)频谱分析：频谱分析是执行信号的频域频谱分析、观察该频域各分量功率大小的理论基础，目前一般是数字化方法，即时域信号后，使用fft获得频域波形。带通滤波器设计在现代生活中，为了过滤谐波干扰并获得所需的高精度模拟信号，经常使用过滤器过滤信号。典型的模拟滤镜包括巴特沃斯滤镜、chebyshev滤镜和ellipse滤镜。其中，巴特沃斯滤波器，也称为最平坦的响应滤波器，顾名思义，在最平坦的响应带内没有波纹，频率响应在通过带和电阻带内单调，在零频附近最平坦，向电阻带方向逐渐单调衰减，巴特沃斯响应最大化滤波器的通过带平坦度。此响应非常平坦，非常接近直流信号，然后截止频率点以-3

12、db，最终近似值-20ndb/decade的衰减率缓慢衰减。其中n是过滤器的阶数。chebyshev过滤器在横向频带中衰减的速度比batworth过滤器快，但是频率响应的幅频特性比后者低。chebyshev滤镜和理想滤镜的频率响应曲线之间的错误最小，但通过带内存会发生变化。此次课程设计使用chebyshev 1带通滤波器过滤信号。过滤器的框图如下图3所示。取样(2000hz)连续混合信号带通滤波器输出图3过滤器方块图4 matlab软件简介matlab软件是美国mathworks推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环境。matlab环境可以集成编程、数值计算、图形渲染、输入输出、文件管理

13、等任务。matlab提供了人机交互的数学系统环境。该系统的基本数据结构在生成矩阵，即力矩陈对象时不需要明确的维度说明。与使用c或fortran语言进行数字计算的编程相比，使用matlab可以节省很多编程时间。matlab是提供计算、图形和文字处理的集成环境，很受欢迎。mtalab系统包含五个主要部分：(1)matalb语言是高级矩阵/数组语言。具有条件控件、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特性。可以利用它进行小规模编程，完成算法设计和算法实验的基本工作，或者大规模编程开发复杂的应用程序。(2)matlab工作环境这是matlab为用户提供的管理功能的通用术语。包含各种工具，用于

14、管理将工作区中的变量导出为输入的方式和方式，以及开发、调试和管理m文件。(3)matlab图形系统的基础，包括用于控制对象特征(如2d和3d数据图标)、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高级matlab命令，以及用于开发gui应用程序的各种工具(4)matlab数学库这是matlab中使用的各种数学算法的统称。包含各种基本函数的算法，还包括矩阵运算、矩阵分析等高级数学算法。(5)matlab应用程序接口(api)是matlab提供给用户的函数库，通过该接口，您可以在matlab环境中使用c程序或fortran程序，包括调用matlab中的程序(动态链接)以及读取和写入mat文件的功能。您可以

15、看到matlab是一个非常强大的集成了数值计算、图形管理和程序开发的系统。5个设计过程1.信号生成首先，生成包括低频(f=30hz)、if (f=250hz)和高频(f=500hz)组件的连续输入信号，并合成三个信号。(1)程序代码f1=30f2=250f3=500%生成三个频率t=(1336100)/2000；x1=sin(2 * pi * t * f1)；figure(1)；subplot(2，1，1)；plot(x1)；%图x1(t)xlabel(t)；ylabel(x1(t)低频信号(title)；栅格；栅格。x2=sin(2 * pi * t * f2)；subplot(2，1，2)；plot(x2)；绘制图形% x2(t)xlabel(t)；ylabel(x2(t)title (if信号)；栅格；栅格。x3=sin(2 * pi * t * f3)；figure(2)；subplo