带通滤波器设计Word格式文档下载.docx

1、3）.掌握带通滤波器的设计和滤波处理技术。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）： 产生一个连续信号，包含低频、中频、高频分量，对其进行采样，进行频谱分析，并设计带通滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波后信号的频谱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：1）.熟悉有关采样，频谱分析的理论知识，对信号作频谱分析；2）.熟悉有关滤波器设计理论知识，选择合适的滤波器技术指标，设计带通滤波器对信号进行滤波，对比分析滤波前后信号的频谱；3）.实现信号频谱分析和滤波等有关Matlab函数；4）.写出基本原理，有关程序，得到的图表，结果分析，总结；5

2、）.递交课程设计说明书。设 计 任 务 书 设计目的要求7 设计原理7 设计内容8 1. 连续输入信号产生8 2.抽样、频谱分析11 3.带通滤波器设计12 4.滤波结果13 5.总程序14 使用函数说明 17 结果分析 17 设计心得 17一、设计目的要求要求产生一个连续信号，包含低频、中频、高频分量，对其进行采样，进行频谱分析，并设计带通滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波后信号的频谱。1.熟悉有关采样，频谱分析的理论知识，对信号作频谱分析；2.熟悉有关滤波器设计理论知识，选择合适的滤波器技术指标，设计带通滤波器对信号进行滤波，对比分析滤波前后信号的频谱；3.实现信号频谱分析和滤波等有关Ma

3、tlab函数；4.写出基本原理，有关程序，得到的图表，结果分析，总结；二、设计原理1.利用MATLAB软件产生一个包含低频、中频、高频分量的连续信号。2.对信号进行抽样，进行频谱分析。（1）时域采样（奈奎斯特采样）定理：为了避免产生混叠现象，能从抽样信号无失真地恢复出原信号，抽样频率必须大于或等于信号频谱最高频率的两倍。本设计中信号最高频率是300Hz，抽样频率采用1200Hz。（2）频谱分析：频谱分析是指对信号进行频域谱的分析，观察其频域的各个分量的功率大小，其理论基础是傅立叶变换，现在一般采用数字的方法，也就是将时域信号数字化后做FFT，可以得到频域的波形。3.带通滤波器滤波的工作原理现代

4、生活中，为了滤除谐波干扰，获得所需要的高精度的模拟信号，经常要用到滤波器对信号进行滤波。典型的模拟滤波器有巴特沃斯（Butterworth）滤波器、切比雪夫（Chebyshev）滤波器和椭圆（Ellipse）滤波器等。其中，巴特沃斯滤波器又叫最平坦响应滤波器，顾名思义，它的响应最为平坦，通带内没有波纹，其频率响应在通带和阻带中都是单调的，且在靠近零频处最平坦，而在趋向阻带时衰减单调增大，巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度。该响应非常平坦，非常接近DC信号，然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB，最终逼近-20ndB/decade的衰减率，其中n为滤波器的阶数。巴特沃斯滤波器特别适用于低频应用

5、，其对于维护增益的平坦性来说非常重要。本次课程设计将使用巴特沃斯带通滤波器对信号进行滤波。滤波器的结构框图如下图1 所示：图1 滤波器的结构框图相对于低通滤波器的通带频率为（0，w），带通滤波器的通带频率问为（w1,w2），带通滤波器是指某一频率范围内的频率分量能通过，但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，信号通过线性系统后，其输出就是输入信号和系统冲激响应的卷积。从频域分析来看，信号通过线性系统后，输出信号的频谱将是输入信号的频谱与系统传递函数的乘积。除非输入信号为常数，否则输出信号的频谱将不同于输入信号的频谱，信号中某些频率成分较大的模滤波后这些频率成分将得到加强，而另外一些频率成

6、分很小甚至为零的模，这部分频率分量将被削弱或消失。因此，带通滤波系统的作用相当于对输入信号的频谱进行加权。带通滤波器的频率响应图如下图2。图2 带通滤波器的频率响应图三、设计内容本次设计中利用双线性变换法和buttord、butter这两个函数直接设计数字滤波器。设定巴特沃斯带通数字滤波器指标：通带范围为:150-350Hz，阻带上限为：400HZ,阻带下限为100Hz，通带最大衰减=2dB，阻带最小衰减为=30dB，采样频率为fsa=1200Hz。设计步骤为：1. 首先产生一个连续输入信号，包含中频（f=200Hz）,高频（f=500Hz），低频（f=30Hz）分量。（1）程序代码f1=30

7、;f2=200;f3=500;t=（1:100）/2000;x1=sin（2*pi*t*f1）;figure（1）;subplot（2,1,1）;plot（x1）; %绘制x1（t）的图形xlabel（t）;ylabel（x1（t）title（连续信号grid;x2=sin（2*pi*t*f2）;subplot（2,1,2）;plot（x2）; %绘制x2（t）的图形x2（t）x3=sin（2*pi*t*f3）;figure（2）;plot（x3）; %绘制x3（t）的图形x3（t）x=sin（2*pi*t*f1）+sin（2*pi*t*f2）+sin（2*pi*t*f3）;plot（x）;

8、%绘制x（t）的图形x（t）（2）程序运行结果如图3：图3 包含低频、中频、高频分量的连续信号的波形图2. 对连续输入信号进行采样，进行频谱分析。（1）程序代码：n=1:100;t=n/2000X=fft（x,512）;w=（0:255）/256*1000;figure（3）;stem（x）; %绘制x（n）的图形nx（n）数字信号figure（4）;plot（w,abs（X（1:256）; %绘制频谱图Hz频率响应幅度频谱图（2）程序运行结果如图4、图5：图4 连续信号抽样结果波形图图5 连续信号进行抽样后的频谱图3.根据设定要求设计带通滤波器。fp=100 300;fs=50 350; a

9、p=2;as=30; fsa=2000; wp=fp/fsa*2;ws=fs/fsa*2;n,wn=buttord（wp,ws,ap,as）;B,A=butter（n,wn）;H,w=freqz（B,A,512）;figure（5）;plot（w*2000/（2*pi）,abs（H）; %绘制带通频谱图带通滤波器plot（w/pi,angle（H）;angel相位特性（2）程序运行结果如图6：图6 带通滤波器的频率响应和相位特性曲线4. 对信号进行滤波y=filter（B,A,x）;figure（8）;plot（y）;Y=fft（y,512）;plot（w,abs（Y（1:（2）程序运行结果如图7：图7 滤波后信号时域和频域波形图5.总程序代码 ap=2; wp=fp/fsa*2;B,A=bu