Цифровой фильтр

Цель работы: реализация цифрового фильтра работающего в реальном масштабе времени.

Оборудование: Pentium 2 с пакетом Matlab, INTEL-286 c платой L-154, генератор синусоидальных сигналов, осциллограф.

.

10.1. Общие положения

Расчет импульсного коэффициента передачи цифрового фильтра с заданной частотной характеристикой возможно провести различными методами. Один из способов расчета основан на использовании передаточной функции аналогового фильтра с той же частотной характеристикой. Синтез такого аналогового фильтра, в общем случае, является достаточно сложной задачей. Затем выполняют Z-преобразование над полученной аналоговой передаточной функцией для получения импульсной передаточной функции фильтра.

Для синтеза цифрового фильтра в инженерной практике чаще всего оказывается целесообразно воспользоваться пакетом Matlab, который по заданной частотной характеристике синтезирует заданный тип цифрового фильтра.

10.2. Задание

Синтезировать и исследовать цифровой фильтр с заданной характеристикой.

10.3. Порядок выполнения работы

Лабораторная работа основана на базе знаний и умений, полученных при выполнении лабораторных работ № 8 и 9.

1. Получите у преподавателя тип фильтра и его характеристики ( полосы пропускания и затухания, величины ослабления сигнала).

2. Войдите в среду Matlab.

3. Войдите в графическую среду Signal Processing Tool, набрав в рабочем окне команду “sptool;”. Среда предназначена для просмотра графиков сигнала, их спектров, расчета и анализа фильтров, фильтрации сигналов. При этом появится новое окно с тремя списками загруженных в программу сигналов, фильтров и спектров. Расположенные под списками кнопки позволяют выполнять различные операции.

4. Для синтеза фильтра нажмите кнопку New Design (новый проект) под списком Filters (фильтры). При этом появится новое окно Filter Design с присвоенным именем нового фильтра в окне Filter. В раскрывающемся списке Algorithm выбирается метод расчета, в списке Type – тип фильтра (lowpass - низких частот, highpass – высоких частот, bandpass – полосовой).

5. Введите в соответствующие окна ввода частоту отсчетов (Sampling Frequency), тип фильтра, полосу пропускания (Passband), полосу затухания (Stopband) и затухание в соответствующих окнах ввода (Weight).

6. Задав параметры фильтра, щелкните на кнопке Apply для выполнения синтеза. В центре окна будет выведен график АЧХ получившегося фильтра. В этом окне график может быть отредактирован мышью. Для упрощения реализации фильтра его порядок (Order) не должен быть очень большим. Желательно иметь порядок не более 2.

7. Вернитесь в окно SPTool и экспортируйте полученный фильтр в рабочую область Matlab. Для этого в системе выпадающих меню произвести выбор: File ExportВыделить в списке объектов имя синтезированного фильтра Export to Workspase. При этом в окне рабочего пространства (Workspace) Matlab появится имя фильтра. Фильтр может быть экспортирован на диск в виде файла. Загрузка фильтра из файла в рабочую область производится командой Load, аргументом которой является имя файла.

8. Закрыть окна SPTool и войти в рабочее окно Matlab.

9. Прочитать коэффициенты числителя и знаменателя импульсной передаточной функции фильтра, которая представлена в виде . Поля tf.nam и tf.den экспортированного фильтра (например filt1) содержат соответственно вектора коэффициентов числителя ( ) и знаменателя ( ) импульсной передаточной функции фильтра. Вывести эти вектора можно командой disp(filt1.tf.num) и disp(filt1.tf.den). Выведенные коэффициенты размещаются в порядке убывания степени переменной Z.

10. Войдите в среду моделирования Simulink и создайте модель системы для проверки АЧХ фильтра состоящую из генератора синусоидальных колебаний, цифрового фильтра, экстраполятора нулевого порядка и осциллографа соединенных последовательно.

11. Введите параметры фильтра и частоту дискретизации (период отсчетов).

12. Снять АЧХ, изменяя частоту генератора и наблюдая за осциллограммой.

13. Реализовать цифровой фильтр в реальном масштабе времени на ЭВМ.

1. Получить разностное уравнение фильтра.

2. Составить блок-схему алгоритма вычислительного процесса по разностному уравнению.

3. Составить программу, в которой при обработке прерывания от таймера выполняется один цикл вычислительного алгоритма: ввод данных, вычисление выходного сигнала, вывод данных.

4. Задать в программе выбранную частоту отсчетов (период прерываний от таймера).

5. Отладить и запустить программу.

6. Подключить генератор сигналов к АЦП, а осциллограф – к ЦАП.

7. Изменяя частоту синусоидального генератора, снять АЧХ.

8. Сравнить частотные характеристики (выбранную, полученную моделированием и экспериментальную).