低通数字滤波器设计.doc

指导教师评定成绩:
审定成绩:
重庆邮电大学
自动化学院
综合课程设计报告
低通数字滤波器设计
单位(二级学院): 自动化
学生姓名:
专业: 自动化
班级:
学号:
指导教师:
设计时间:2012 年11月
重庆邮电大学自动化学院制
摘要
本次设计以AT89S52单片机为控制器件,利用AD/DA转换芯片构成低通数字滤波器。首先利用MATLAB根据要求设计低通滤波器模型并在该平台进行初步仿真得到较为理想的效果。接着利用proteus软件搭建硬件电路,并对编写的程序进行检测;程序检测无误后,再用Protel画出电路图。首先利用ADC0809将模拟信号转换成数字信号输入单片机,正弦模拟信号由AD9850模块产生,是一般正常的低频正弦波;另一个噪声信号是通过单片机产生的高频脉冲信号。然后通过滤波程序将采集的数据进行算法滤波,滤波后的数据通过DAC0832输出,将DA0832的输出信号通过一级运放(UA741)转换成电压输出。最后将运放输出的结果接到示波器上进行显示。
关键字:AT89C51、DDS、ADC0809、DAC0832、UA741
设计题目
题目与要求
低通滤波器是允许低频讯号通过,而不允许高频讯号通过的滤波器。本题目要求用单片机(型号任选)制作一个低通数字滤波器,要求:
根据确定的采样频率,用MATLAB设计低通滤波器模型以满足不同截止频率需求,并进行仿真;
用单片机设计并制作一个低通数字滤波器,实现数据采集、滤波处理、信号输出等功能(包括软、硬件);
滤波器能与PC机通信,设计通信协议,实现截止频率参数的调节、原始信号采样数据与滤波后数据的上传;
利用高级语言开发工具,设计PC机端的程序,可以调节滤波器参数,接收滤波器上传的原始信号采样数据与滤波后数据,并能绘图、保存;
设计几种不同频率、类型的噪声,利用滤波器进行试验,记录实验情况并进行分析、总结;
按规定的统一格式设计报告。
目录
第一章 MATLAB仿真 2
2
2
matlab编程实现 3
Simulink仿真结构图 4
第二章硬件设计方案 4
4
4
ADC0809和74HC74 5
DAC0832和UA741 6
串口部分 6
DDS部分 7
第三章软件设计 8
单片机软件设计 8
PC机通信软件设计 9
第四章心得体会 10
参考文献 10
附件1:方波源程序 11
附件2:DDS正弦信号模块 12
附件3:主单片机程序 15
附录4:protues原理图 16
附录5:protel电路图 16
附录6:DDS原理图 17
第一章 MATLAB仿真

数字滤波器,按功能分类,可以分成低通、高通、带通、带阻、全通滤波器;按实现的网络结构或单位抽样响应分类:可以分成无限脉冲响应滤波器(IIR滤波器)、有限脉冲响应滤波器(FIR滤波器)。FIR滤波器可以对给定的频率特性直接进行设计,而IIR滤波器目前最通用的方法是利用模拟滤波器的设计方法进行设计。模拟滤波器设计已经有了相当成熟的技术和方法,有完整的设计公式,还有比较完整的图表可以查询,因此我们采用IIR滤波器的设计方法进行本次滤波器的设计。IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果,如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等,有现成的设计数据或图表可查,其设计工作量比较小,对计算工具的要求不高。在参考相关数字滤波器设计的资料后,我们决定采用巴特沃斯滤波器设计方法进行本次数字低通滤波器的设计。

在此介绍一下低通滤波器的技术要求:
:通带截止频率(又称通带上限频率) :阻带下限截止频率
:通带允许的最大衰减:阻带允许的最小衰减 (,的单位dB)
:通带上限角频率 :阻带下限角频率
结合相关资料,总结IIR 巴特沃斯数字低通滤波器的设计步骤如下:
.按一定规则将给出的数字滤波器的技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标。在这里要求在频率小于200Hz的通带内,幅度特性下降小于3dB;在频率大于480Hz的阻带内,衰减大于15dB,采样频率为1200Hz。
.根据转换后的技术指标设计模拟低通滤波器。因为我们设计的滤波器的冲击响应一般都为实数,所以有这样,如果我们能由,,,求出,那么就容易得到所需要的。巴特沃思(Butterworth)滤波器的为,其中C为待定常数,N为待定的滤波器阶次。总结后,巴特沃思滤波器的设计步骤分为以下五步:
确定技术指标,求得数字边缘频率:
,
,
B、将数字低通