Моделирование цифрового фильтра верхних частот

Контрольная работа - Компьютеры, программирование

Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование

Задание

 

. Спроектировать цифровой фильтр с заданными характеристиками.

(определить коэффициенты, передаточную функцию и т.д.)

. Построить АЧХ и ФЧХ цифрового фильтра.

. Выбрать структуру цифрового фильтра, его параметры (разрядность регистров памяти, АЛУ и др.) и оценить влияние ошибок округления коэффициентов.

. Разработать программную или аппаратную реализацию спроектированного фильтра. Провести его тестирование.

. Сделать выводы по работе.

 

8 кГц, 4 кГц, =19 кГц

 

=-33дБ.

Расчеты

 

) =2*=2*19=38000 Гц

=2*pi*/=6.28*8000/38000=1,322105

=2*pi*/=6.28*4000/38000=0,661053

) С==0,777793

== 0,777793 /0,343113=2,266871

 

Найдём n по формуле 10Lg(1+)>=33дБ

,543>33при n=5

) Фильтр Баттерворта 5-го порядка обеспечивает требуемое ослабление в полосе затухания. Определим передаточную функцию K(z) цифрового фильтра:

(p)=1/Bn(p), где Bn(p)-полином степени n. Для n=5(p)=

 

Используем билинейное преобразование p=

(p)=,(z)=

 

Делаем соответствующие математические преобразования в Maple 11 и получаем:

(z)= ((0.269699-0.809097*z^(-1)+0.809097*z^(-2)-0.269699*z^(-3))/(z^3-0.503807*z^2+0.586409*z-0.0673772))*((0.349231*(z-1)^2)/(z^2-0.275919*z

+0.121006))(z)=

 

4) Построение АЧХ исходной схемы ЦФВЧ.

 

 

) Выбор величины разрядной сетки, для хранения весовых коэффициентов.

разряда

Десятичная с.с.Двоичная с.с.Десятичная с.с.0.269699 (а01,а04)0.01000.250.809097 (а02-а03)0.11000.750.503807 (б01)0.10000.50.586409 (б02)0.10010.56250.0673772 (б03)0.00010.06250.349231 (а11,а13)0.01010.31250.698462 (а12)0.10110.68750.275919 (б11)0.01000.250.121006 (б12)0.00010.0625

АЧХ схемы с 4 разрядами.

 

разряда

Десятичная с.с.Двоичная с.с.Десятичная с.с.0.269699 (а01,а04)0.010001010.269531250.809097 (а02-а03)0.110011110.808593750.503807 (б01)0.100000000.50.586409 (б02)0.100101100.58593750.0673772 (б03)0.000100010.066406250.349231 (а11,а13)0.010110010.347656250.698462 (а12)0.101100100.69531250.275919 (б11)0.010001100.27343750.121006 (б12)0.000111100.1171875

АЧХ схемы с 8 разрядами.

 

разряда

Десятичная с.с.Двоичная с.с.Десятичная с.с.0.269699 (а01,а04)0.01000101000010100.2696838378906250.809097 (а02-а03)0.11001111001000000.809082031250.503807 (б01)0.10000000111110010.5037994384765630.586409 (б02)0.10010110000111100.5863952636718750.0673772 (б03)0.00010001001111110.06736755371093750.349231 (а11,а13)0.01011001011001110.3492279052734380.698462 (а12)0.10110010110011100.6984558105468750.275919 (б11)0.01000110101000100.2759094238281250.121006 (б12)0.00011110111110100.121002197265625

АЧХ схемы с 16 разрядами.

 

АЧХ исходной схемы и схем 4, 8, 16.

 

) Разница между АЧХ исходной схемы и АЧХ схемы с 4 разрядами.

 

Разница в полосе пропускания 5,598-2.996=2,602

Разница в полосе затухания 37,153-35,520=1,633

Разница между АЧХ исходной схемы и АЧХ схемы с 8 разрядами.

 

 

Разница в полосе пропускания 3,072-2.996=0.076

Разница в полосе затухания 35,611-35.520=0.091

Разница между АЧХ исходной схемы и АЧХ схемы с 16 разрядами.

 

 

Разница в полосе пропускания 2.996-2.996=0

Разница в полосе затухания 35.520-35.518=0.002

 

Разница между АЧХ исходной схемы и АЧХ схем 4,8,16 разрядами.

 

Для того чтобы фильтр удовлетворял заданию, нужно чтобы он отвечал следующим условиям:

в полосе пропускания не будет отличаться от нормального значения 3 дБ не более чем на 0,01 дБ.

в полосе затухания будет не менее заданного значения -33дБ.

Как видно из графиков наиболее подходящее значение разрядной сетки равно 16 разрядов.

) Структурная схема реализации фильтра.

 

Коэффициенты0.269699 (а01,а04)0.809097 (а02-а03)0.503807 (б01)0.586409 (б02)0.0673772 (б03)0.349231 (а11,а13)0.698462 (а12)0.275919 (б11)0.121006 (б12)

Каноническая форма реализации фильтра:

 

 

Вывод

 

В данном курсовом проекте требовалось построить аналоговый ВЧ-фильтр и путём билинейного Z-преобразования перевести его в цифровую форму. Расчёт показал, что для удовлетворения требований задания необходимо и достаточно применить фильтр Баттерворта 5 порядка. Для цифровой реализации фильтра потребовалось осуществить выбор разрядной сетки для хранения коэффициентов передаточной функции. При 16-и разрядах отклонения укладываются в отведённый диапазон (как видно по графику).

8) Программная реализация цифрового фильтра верхних частот.

Программа выполняет моделирование работы цифрового фильтра высоких частот 6 порядка. По результатам обработки выводятся графики входного аналогового сигнала и выходного цифрового сигнала, полученного в соответствии с заданием на проектирование цифрового фильтра.

 

Пример работы программы представлен ниже:

 

 

Filter1;

Forms,

UFilterOne in UFilterOne.pas {Form1},

UGenerator in UGenerator.pas,

{$R *.res}

Application.Initialize;

Application.CreateForm(TForm1, Form1);

Application.Run;.UFilterOne;, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,, ExtCtrls, TeeProcs, TeEngine, Chart, Buttons, StdCtrls,, Spin, Ugenerator, Series,Math;

TForm1 = class(TForm)

Button1: TButton;

BitBtn1: TBitBtn;

Label2: TLabel;

SpinEdit3: TSpinEdit;

Label7: TLabel;

Memo2: TMemo;

Label8: TLabel;

Chart1: TChart;

Series1: TLineSeries;

Series2: TLineSeries;

procedure Button1Click(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

Form1: TForm1;

20theny120 theny1<=y then:=y;:=20*log10(abs(y1/x));.Lines.Add(FloatToStr(res));;;.UGenerator;, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,, ExtCtrls, TeeProcs, TeEngine, Chart, Buttons, StdCtrls,, Spin, Math;

TGen = class (TObject)

Fample: real; {Амплитуда}

FVhod: real; {Частота входного сигнала}

Fdec: real; {Частота дескретизации}

Constructor Init1(aVhod,adec: real);

Function getValue(ax: integer): real;

Function getTime(ax: