利用FIR滤波器恢复原始信号.docx

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利用FIR滤波器恢复原始信号

中北大学信息商务

学院

课程设计说明书

学生姓名：

学号：

学生姓名：

学号：

学生姓名：

学号：

学院：

信息商务学院

专业：

电子信息工程

题目：

利用FIR滤波器恢复原始信号

指导教师：

职称:

教授

2016年6月9日

中北大学

课程设计任务书

2016-2017学年第二学期

学院：

信息商务学院

专业：

电子信息工程

学生姓名：

学号：

学生姓名：

学号：

学生姓名：

学号：

课程设计题目：

利用FIR滤波器恢复原始信号

起迄日期：

2016年6月13日～2016年7月1日

课程设计地点：

系专业实验室

指导教师：

系主任：

下达任务书日期:

2016年6月9日

课程设计任务书

1．设计目的：

掌握信号的采集、存储和数学建模方法

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

1、掌握PCI总线的基本结构，了解基于PCI总线A/D卡的通用结构。

写出基于PCI总线的A/D卡的总结报告。

2、通过给定的A/D卡，编写信号的采集、存储、显示程序。

3、掌握FIR滤波器的设计方法

4、对受污染的信号，利用FIR滤波器恢复原始信号

已知抽样频率fs=1000Hz，原信号为x=sin（2*pi*80*t）+sin（2*pi*140*t），由于某种原因，信号被白噪声污染，实际获得的信号为x=x+randn（size（t）），设计一个FIR滤波器恢复出原始信号。

程序演示、毕业设计说明书一份

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：

课程设计任务书

4．主要参考文献：

●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：

1傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：

科学出版社，1985

（5篇以上）

5．设计成果形式及要求：

程序

6．工作计划及进度：

2016年6月13日~2016年6月20日：

查资料，写PCI总线的发展现状

6月21日~6月29日：

对信号进行分析处理

6月30日~7月1日：

完成课程设计说明书

系主任审查意见：

签字：

年月日

设计说明书应包括以下主要内容：

（1）封面：

课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间

（2）设计任务书

  （3）目录

  （4）设计方案简介

  （5）设计条件及主要参数表

  （6）设计主要参数计算

  （7）设计结果

  （8）设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会

  （9）参考文献

目录

一．PC总线及A/D卡1

1.1PCI简介1

2.1PCI-8310采集卡硬件说明5

3.1信息的采集与显示11

二．FIR滤波器的设计方法14

2.1FIR滤波器原理概述14

2.2FIR数字滤波器的窗函数设计15

2.2.1窗函数的基本原理15

2.2.2MATLAB信号处理中提供的窗函数16

三．FIR滤波器的实现与应用19

3.1实验目的19

3.2实验内容19

3.3实验原理及步骤19

3.3.1实验原理19

3.3.2主要设计步骤20

3.4仿真源代码21

3.5实验结果图22

四．心得体会23

五．参考文献24

一、PCI总线及A-D卡

1.1PCI简介

1.1.1PCI含义

PCI是PeripheralComponentInterconnect（外设部件互连标准）的缩写，是由Intel公司1991年推出的一种局部总线。

1.1.2PCI总线与A/D卡的连接

PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。

从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。

管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。

PCI总线也支持总线主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。

PCI它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。

PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型，在目前流行的台式机主板上，ATX结构的主板一般带有5～6个PCI插槽，而小一点的MATX主板也都带有2～3个PCI插槽，可见其应用的广泛性。

图1.2PCI数据采集工作原理图

图1.3A/D转换过程图

如图1.3所示，当启动采集后，A/D转换后的数据经锁存，然后保存于每通道独立的卡上存储器中。

卡上存储器相当于环形缓冲，如果A/D转换的数据样点数超过了卡上存储器的最大容量，新数据会覆盖旧数据。

这个过程是周而复始的，只有当触发条件满足后，门阵列开始计数，计数达到指定值（该值由采集长度决定）后，采集结束，卡上存储器保存了满足用户需要的采集数据。

上位机通过PCI接口门阵列经由门阵列控制核心取得卡上存储器样点数据。

上过程每通道是独立进行的。

每通道卡上存储器最多可存储8M样点，且此参数可由DIP开关设置。

1.1.3PCI总线发展趋势　

从1992年创立规范到如今，PCI总线已成为了计算机的一种标准总线。

PCI总线取代了早先的ISA总线。

当然与在PCI总线后面出现专门用于显卡的AGP总线，与现在的PCIExpress总线相比，功能没有那么强大，但是PCI能从1992用到现在，说明他有许多优点，比如即插即用（PlugandPlay）、中断共享等。

在这里我们对PCI总线做一个深入的介绍。

从数据宽度上看，PCI总线有32bit、64bit之分；从总线速度上分，有33MHz、66MHz两种。

目前流行的是32bit@33MHz，而64bit系统正在普及中。

改良的PCI系统，PCI-X，最高可以达到64bit@133MHz，这样就可以得到超过1GB/s的数据传输速率。

PCI总线系统要求有一个PCI控制卡，它必须安装在一个PCI插槽内。

这种插槽是目前主板带有最多数量的插槽类型，在当前流行的台式机主板上，ATX结构的主板一般带有5～6个PCI插槽，而小一点的MATX主板也都带有2～3个PCI插槽。

根据实现方式不同，PCI控制器可以与CPU一次交换32位或64位数据，它允许智能PCI辅助适配器利用一种总线主控技术与CPU并行地执行任务。

PCI允许多路复用技术，即允许一个以上的电子信号同时存在于总线之上。

由于PCI总线只有133MB/s的带宽，对声卡、网卡、视频卡等绝大多数输入/输出设备显得绰绰有余，但对性能日益强大的显卡则无法满足其需求。

Intel在2001年春季的IDF上，正式公布了旨在取代PCI总线的第三代I/O技术，该规范由Intel支持的AWG（ArapahoeWorkingGroup）负责制定。

2002年4月17日，AWG正式宣布3GIO1.0规范草稿制定完毕，并移交PCI-SIG（PCI特别兴趣小组，PCI-SpecialInterestGroup）进行审核。

开始的时候大家都以为它会被命名为SerialPCI（受到串行ATA的影响），但最后却被正式命名为PCIExpress，Express意思是高速、特别快的意思。

2002年7月23日，PCI-SIG正式公布了PCIExpress1.0规范，并于2007年初推出2.0规范（Spec2.0），将传输率由PCIExpress1.1的2.5GB/s提升到5GB/s；目前主流的显卡接口都支持PCI-E2.0。

1.2PCI-8310数据采集卡硬件说明

一.概述

PCI-8310模入接口卡适用于提供了PCI总线插槽的PC系列微机，具有即插即用（PnP）的功能。

其操作系统可选用目前流行的Windows系列、高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统LabVIEW等软件环境。

在硬件的安装上也非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个PCI总线插槽中并用螺丝固定，信号电缆从机箱外部直接接入。

PCI-8310模入接口卡允许采用32路单端输入方式或16路双端输入方式。

用户可根据需要选择测量单极性信号或双极性信号。

其输入的模拟信号由卡前端的37芯D型插头直接接入。

本卡还提供了TTL电平的16路输入和16路输出信号通道，这些信号通道由卡后端的40芯扁平电缆转换为37芯D型插头提供给用户。

二.主要技术参数

1．模入部分（标*为出厂标准状态，下同）

（1）输入通道数：

单端32路*；双端16路

（2）输入信号范围：

0V～10V*；－5V～＋5V；-10V～＋10V

（3）输入阻抗：

≥10MΩ

（4）A／D转换分辨率：

12位

（5）A／D转换速率：

10μS

（6）A／D启动方式：

程序启动

（7）A／D转换非线性误差：

±1LSB

（8）A／D转换输出码制：

单极性原码*／双极性偏移码

（9）系统综合误差：

≤0.1％F.S

2.开关量部分

（1）输入路数：

16路TTL电平

（2）输出路数：

16路TTL电平

（3）电源功耗：

＋5V（±10％）≤500mA

（4）环境要求：

工作温度：

10℃～40℃

相对湿度：

40％～80％

存贮温度：

-55℃～＋85℃

（5）外型尺寸（不含档板）：

长×高＝164.8mm×106.7mm（6.5英寸×4.2英寸）

三.工作原理

PCI-8310模入接口卡主要由模拟多路开关选通电路、差分放大器电路、模数转换电路、开关量输入输出电路和接口控制逻辑电路组成。

1．模拟多路开关选通电路：

模拟通道开关由4片MPC508（或同类产品）及跨接器KJ1、KJ2组成，可以从32路单端信号或16路双端信号中任选一路，送入差分放大器。

2．差分放大器电路：

差分放大器由3个运算放大器以及相关的电阻、电容组成一个标准的仪用差分放大器，用以对通道开关选中的模拟信号进行变换处理。

3．模数转换电路：

12位逐次逼近式A／D转换器ADS774片内自带精密基准源，并经激光修调，具有较高的转换速率和转换精度，其转换时间仅为10μS。

A／D转换器由程序启动，其转换状态的结束可由程序查询读出或产生结束中断申请。

A／D转换器的模拟输入信号幅度由跨接器KJ3选择，A／D转换后的输出代码形式由跨接器KJ4选择，可分别输出二进制原码或双极性偏移二进制码。

电位器W1用于零点调节，W2用于双极性偏移调节，W3用于满量程增益调节。

4．开关量输入输出电路：

本卡还提供了各16路的开关量输入输出信号通道。

使用中需注意对这些信号的要求应严格符合TTL电平规范。

5．接口控制逻辑电路：

接口控制逻辑电路用来将PCI总线控制逻辑转换成与各种操作相关的控制信号。

四.安装

本卡的安装十分简便，只要将主机机壳打开，在关电情况下，将本卡插入主机的任何一个空余PCI扩展槽中，再将档板固定螺丝压紧即可。

本卡采用的模拟开关是COMS电路，容易因静电击穿或过流造成损坏，所以在安装或用手触摸本卡时，应事先将人体所带静电荷对地放掉，同时应避免直接用手接触器件管脚，以免损坏器件。

禁止带电插拔本接口卡。

本卡跨接选择器较多，使用中应严格按照说明书进行设置操作。

设置接口卡开关、跨接套和安装接口带缆时均应在关电状态下进行。

当模入通道不全部使用时，应将不使用的通道就近对地短接，不要使其悬空，以避免造成通道间串扰和损坏通道。

为保证安全及采集精度，应确保系统地线（计算机及外接仪器机壳）接地良好。

特别是使用双端输入方式时，为防止外界较大的共模干扰，应注意对信号线进行屏蔽处理。

当本卡使用的信号环境较为恶劣