实验三 数字滤波实验

实验三 数字滤波实验

1.实验原理与线路

(1)原理

①见图3-1

图3-1 数字滤波原理图

计算机对含有干扰的正弦信号R （约0.5～1HZ ）通过U20采样输入，然后进行数字滤波处理，以保留正弦信号，去除干扰，最后送至U21变成模拟量C 输出。

(2)摸拟带有尖脉冲干扰的正弦信号

用RC 电路将U1单元的555输出方波（S 端）微分，将此微分信号视作干扰，再用U2 SIN 单元产生的正弦波，两信号迭加，如图3-2。注意R 点波形不要超过±5V ，以免数字化溢出。

(3)滤波器的计算

要求设计一个相当于

的数字滤波器，由一阶差分法可得近似式（注1）

1)()1(-+-=k k Y a X a Y

其中，Xk ：输入，Yk 输出，τT

a =-1。

上式中a 的取值范围：0.00～0.99。

1-a 、a 的值要分别保存在2F00H 和2F03H 地址中，存入方法：在调试窗口使用 E[地址] 命令可对指定地址中的内容进行修改，假设a=0.95，这个值要保存在2F03H 地址中。

> E 2F03↙

> 0000:2F03 = CC_95↙

启动相应程序后则会将BCD 码“95”转换成二进制小数，再按算式进行定点小数运算。

采样信号由8253得到，8253定时5ms ，采样周期T 为：

5⨯=K T T ms

Tk 需保存在2F60H 地址中，取值范围：01H ～FFH ，对应T 的范围：5ms ～1275ms 。 1－a ，a ，Tk 的存储区见表3-1。

注1：理论推导算式为11)1(Y --+-=k k k aY X a ，实验采用的算式作了近似处理。

(5)线路

接线见图3-2，图中接入1点的信号为正弦波，2点为干扰信号。

图3-2 数字滤波线路图

2.实验程序流程：见图3-3

图3-3 一阶惯性数字滤波程序流程图

3.实验内容及步骤

⑴按图3-2接线，调节U1信号源单元中的W11，使S端的方波周期约为0.2s；调节U2单元电位器，使其输出周期为1s、幅值为3V的正弦信号；调节图3-2电路图中1、2端对应的电位器，使R端波形符合图3-1所示输入信号的要求。

⑵在2F00H、2F03H、2F60H存入1-a、a、Tk的值。

⑶启动一阶惯性数字滤波程序

G＝F000：1411

用示波器观察输入端R、输出端C的波形，分析滤波效果并记下正弦衰减比、干扰衰减比。

⑷改变l－a、a、Tk，重复步骤(3)，将实验结果填入表3-2。

表3-2 一阶惯性滤波实验结果

①滤波前正弦幅值比 3 : 1.2滤波前干扰幅值比0

滤波后正弦幅值比 1 ：1 滤波后干扰幅值比1:0.8

滤波前

滤波后

②滤波前正弦幅值比 3 : 0.6滤波前干扰幅值比0滤波后正弦幅值比 6 ：5 滤波后干扰幅值比0

滤波前

滤波后

③滤波前正弦幅值比 3 : 1.1滤波前干扰幅值比0滤波后正弦幅值比 3 ：0.7 滤波后干扰幅值比0

滤波前

滤波后

分析：

由上面的三组数据所得到的波形图并我们得到的滤波前后正弦幅值比与干扰幅值比我们可以看出，时间常数越小，其滤波特性越好。如果采样周期Ts太大，f就会变小，如果f 小于信号的最大频率两倍，就会出现频率混迭。时间常数越大，电路达到稳态的时间越长，过渡过程也越长。采样频率必须至少是滤波信号中最大频率分量频率的两倍，否则就不能从信号采样中恢复原始信号。在实验中，若直接加方波，没加尖脉冲输入信号，发现原信号出现很圆滑的正弦波，滤波结果没什么区别；如果加入尖脉冲输入信号就出现很多干扰信号，滤波效果明显。