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1、如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 题 目： 信息处理信息实践: 信号的产生与带通滤波器的设计 指导教师： 职称: 2016 年 1 月 4 日如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!中北大学课程设计任务书 2015/2016 学年第 一 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 学 生 姓 名： 学 号： 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目：信息处理信息实践: 信号的产生与带通滤波器的设计 起 迄 日 期： 2016年1月4日2016年
2、1月22日 课程设计地点： 学院楼201实验室 指 导 教 师： 王 玉 下达任务书日期: 2016 年1 月 4 日如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!课 程 设 计 任 务 书1设计目的：（1）通过实践对滤波器的知识有更好的认识和巩固；（2）熟悉滤波器的设计方法及作用；（3）了解付氏变换的应用情况。 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）产生三种不同频率的正弦信号并叠加，通过FFT变换得到频域图；（2）设计在200-300Hz，500-600Hz的双通带带通滤波器，并进行频谱分析；（3）对合成信号进行滤波，对滤波前后信号进行对比；（4）要求3位同学完成。
3、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）要求设计组的每个成员都要了解设计的要求和思路；（2）MATLAB数据处理部分要求有正确的运行结果及结果分析；（3）对带通滤波器要求每位同学有自己的理解；（4）每位同学针对上述内容撰写设计说明书（每人1份）。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1 桂志国，杨民，陈友兴，郝利华.数字信号处理原理及应用M.北京：国防工业出版社，2012,12 宋宇飞，潘子宇，魏峘.数字信号处理实验与学习指导M.北京：清华大学出版社，2012.83 赵谦.通信系统中MATLAB基础与仿真
4、应用M.西安：西安电子科技大学出版社，2010.34 王彬，于丹，汪洋.MATLAB数字信号处理M.北京：机械工业出版社，2010.55 刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）M.北京：高等教育出版社，20065设计成果形式及要求：课程设计说明书程序运行结果6工作计划及进度：2016年1月4日 1月6日：查资料，了解基于USB总线或PCI总线A/D卡的通用结构以及A/D采集卡的应用；1月7日 1月20日：在老师指导下完成课程设计内容；1月20日 1月22日：撰写课程设计说明书、答辩。负责人审查意见： 签字： 年 月 日如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!目 录一 基于USB总线A/
5、D卡的报告11. USB总线介绍12.USB接口电路设计13.USB接口的数据采集系统的设计实现14.AD转换电路25.A/D采集卡的应用2二 设计内容3三 设计原理3四 MATLAB软件介绍4五 设计过程51.信号的产生52.对连续输入信号进行采样，进行频谱分析73.切比雪夫带通滤波器84.对信号进行滤波 10六 结果分析12七 心得体会及总结13参考文献13附录：总程序代码15如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!一 基于USB总线A/D卡的报告1.USB总线介绍通用串行总线标准USB是1995年微软、康柏、DEC、IBM等公司为解决传统总线不足的问题而推出的一种新型通信标准。该标准具
6、有高带宽、安装方便、易扩展诸多优点，逐渐成为现代数据传输的主要手段。基于USB数据采集卡充拥有USB总线的上述优点，有效优化解决传统数据采集卡的安装麻烦、扩展不便等弊端。USB总线为通用串行总线，USB接口位于PS/2接口和串并口之间，允许外设在开机状态下热插拔，最多可串接下来127个外设，传输速率可达480Mb/S，P它可以向低压设备提供5伏电源，同时可以减少PC机I/O接口数量。USB是基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。2.USB接口电路设计图1 电路设计如图1所示，R3是上拉电阻器，它可使USB口的D+端上拉到DS2490S的V
7、B端，表示USB主机系统是高速设备，同时这个上拉电阻器告诉主机有USB设备插入。该上拉电阻器的设置对适配器的影响很大，它的负载值和1-Wire网络的总长决定1-Wire总线电压上升到5 V的速度。经过实验测试选择R3的阻值为27lO%。R1、R2为USB数据线保护电阻器。L、L2具有禁止高频干扰并且减弱EMI辐射的功能。LF33CV为3.3 V电压稳压器，与周围元件C1、C2组成强上拉部分，给EEPROM或温度传感器等器件提供额外的电源。3.USB接口的数据采集系统的设计实现如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 数据采集系统使用采集卡进行数据采集,然后经过A/D转换器供计算机加工处理。基
8、于USB接口的数据采集与频谱分析系统本系统结构由硬件部分和软件部分组成,硬件部分主要有计算机、I/O接口设备。计算机作为硬件平台的核心可采用台式机,系统采用的I/O设备为A/D数据采集卡,该采集卡是一种基于USB总线数据采集产品,可与带USB接口的各种台式计算机、笔记本电脑、工控机连接构成高性能的数据采集测量系统.整个系统主要由4部分组成：USB接口芯片及外围电路、控制电路、数据缓冲电路和AD转换电路。USB接口芯片选择了Cypress公司的EZ-USB 2131Q，该芯片内嵌8051控制器，因此整个系统以EZ-USB控制器为核心，由EZ-USB经控制电路实现对AD转换电路和数据缓冲电路的控制
9、，模拟信号转换后的数据送入数据缓冲器，当数据缓冲器存满之后，通知EZ-USB控制器，由主机取出数据。整个系统框图如图2所示。图2系统框图4.AD转换电路 A/D转换芯片采用了MAXIM公司的MAX122，芯片是12b的高速的A/D转换器。在完全转换模式下，他的转换时间可以达到26μs，采样率为333kS/s。MAX122有5种工作模式，在数据采集系统中，采用了模式2即连续转换模式。在这种模式下，每次转换需要1314个时钟脉冲节拍，转换可以不间断地进行，但是需要提供开始转换使能信号，并且要保证使能信号和时钟信号同步，读信号和片选始终处于有效状态。数据输出使能信号一直有效，在转换结束时产生新
10、的数据。5.A/D采集卡的应用数据采集就是把来自各种传感器的信号数据实时地、准确地测量或汇集起来,用计算机进行实时处理或记录存储,实时完成测试和控制功能。数据采集系统结构通过微机的标准接口连接各种功能模块、仪器仪表和传感器,组成测量系统。数据采集监测技术已成为日益重要的检测技术，广泛应用于需要监控湿度、温度、压力等工农业中。数据采集过程是工业控制等系统中的重要过程，通常主要采用一些功能独立的单片机系统来采集，是测控系统不可缺少的一部分，因为数据采集的性能特点直接影响到整个系统的稳定性。在生产过程中这一系统可对现场的工艺参数进行监视、采集以及记录，从而提高产品质量，提供信息和手段，降低生产成本。
11、而在科学研究中应用该系统可以获得大量动态然后研究瞬间物理过程，也成为获取科学奥秘重要手段之一。总之，无论在哪个领域，数据采集系统应用的越及时，工作效率就愈高，获得经济利益就愈大，这是毋庸置疑的。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!二 设计内容产生三种不同频率的正弦信号并叠加，通过FFT变换得到频域图；并设计在200-300Hz的带通滤波器，并进行频谱分析；再对合成信号进行滤波，对滤波前后信号进行对比。三 设计原理1.利用MATLAB软件产生三个连续信号，并对三个连续信号进行合成。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
12、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500Hz，抽样频率采用2000Hz。（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.带通滤波器滤波的设计现代生活中，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
13、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如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!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。切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特性不如后者平坦。切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但是在通频带内存在幅度波动。本次课程设计将使用切比雪夫1型带通滤波器对信号进行滤波。滤波器的结构框图如下图3所示：采
14、样（2000HZ）连续混合信号带通滤波器输出图3 滤波器的结构框图四 MATLAB软件介绍MATLAB软件是由美国Mathworks公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环境。在MATLAB环境下，用户可以集成地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。MATLAB提供了一个人机交互的数学系统环境，该系统的基本数据结构是矩阵，在生成矩陈对象时，不要求作明确的维数说明。与利用C语言或FORTRAN语言作数值计算的程序设计相比，利用MATLAB可以节省大量的编程时间。MATLAB因其提供计算、图形、文字处理的统一环境而深受欢迎。MTALAB系统由五个主要部分组成，下面分别加以介绍。(1)MATALB语言是高层次的矩阵数组语言。具有条件控
