五数字滤波器幅频特性的测试

实验三 低通、高通滤波器的幅频特性

一、实验目的

㈠ 进一步熟悉DSP实验系统的结构、组成及使用方法。

㈡ 了解数字低通、高通滤波器的特点，学习数字滤波器幅频特性的测量方法。

㈢ 观察数字滤波器频响特性的周期延拓性。

二、实验原理

㈠ 用DSP实验系统实现数字滤波器

我们用DSP实验系统实现数字滤波器,就是通过输入软件控制实验系统成为符合这个数字滤波器传递函数H(z)的系统。 输入滤波器参数ai.bi.FS.nx(n)?0y(n)?0n?0nnx(n)y(n)??bx(n?i)??ay(n?i)iii?0i?1N采样时间Ts到?Yn?n?1 图7-5-1 IIR数字滤波器的TMS320C25程序流程图 一个线性时不变离散系统，或者说一个数字系统可以用系统函数来表示：

H(z)??bzii?0Ni?1N?i

1??aiz?i 第9页

也可以用差分方程表示: y(n)??bx(n?i)??ay(n?i)

iii?0i?1NN 由以上两个公式中,当ai至少有一个不为0时,表达的是一个IIR数字滤波器;当ai全都为0时,表达的是一个FIR数字滤波器。FIR数字滤波器可以看成是IIR数字滤波器ai全都为0时的一个特例。

通常,我们把FIR滤波器的系统函数表示为 H(Z)?其差分方程表示为

y(n)??h(n)Zn?0N?1i?0N?1?n

?h(i)x(n?i)

例如:已知一个用双线性变换法设计的三阶低通IIR数字滤波器，采样频率Fs=4KHz,其3dB截止频率为1KHz,它的传递函数

11?3z?1?3z?2?z?3 H(z)? ?223?z 为了用数字信号处理实验系统实现这个滤波器,我们对上式还需进行处理,将其化成一

般表示式

11?11?21?3?z?z?z0.16667?0.5z?1?0.5z?2?0.16667z?36226 H(z)???21?21?0.3333z1?z3由上式可知,传递函数的各系数为

b0?0.16667 b1?0.5 b2?0.5 b3?0.1666 7a1?0 a2??0.3333 a3?0

相应的差分方程为

y(n)?b0x(n)?b1x(n?1)?b2x(n?2)?b3x(n?3)?a1y(n?1)?a2y(n?2)?a3y(n?3)?0.16667x(n)?0.5x(n?1)?0.5x(n?2)?0.16667x(n?3)?0.3333y(n?2)将以上差分方程的计算过程及采样频率Fs、电路阶数N=3编写成TMS320Cxx执行程序,输入实验系统,即可实现这个IIR数字低通滤波器。图7-5-1为实现IIR数字滤波器的DSP汇编程序流程图。

㈡.数字滤波器幅频特性的测量

任一电信网络幅频特性的测量均可采用两种方法:逐点描绘法和扫频测量法。

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本实验采用逐点描绘法测量数字滤波器的幅频特性。测量电路原理如图7-5-2所示。图中正弦信号发生器为被测网络提供频率可调、幅度一定的输入信号xa(t)。当我们在数字滤波器整个工作频段内改变输入信号的频率f，用双踪示波器同时显示并测量输入xa(t)信号的幅度以及输出y(t)信号的幅度，然后计算y(t)和xa(t)信号幅度的比值，即可根据测量数据描绘出幅频特性曲线。

DSP实验系统xa(t)正弦信号源A/D变换x(n)数字滤波器y(n)D/A变换y(t)示波器

图7-5-2 数字滤波器幅频特性测量原理方框图

㈢.数字滤波器的频响特性具有周期延拓性。

从实验的结果中,我们可以观察到,数字滤波器的幅频特性具有周期延拓性,周期为采样频率FS（对应归一化频率2?），图7-5-3是理想的低通、高通模拟滤波器和数字滤波器的幅频特性对比图。

|H(j?)||H(ej?)|LP0?c?0?c|H(ej?)|?2??|H(j?)|HP0?c?0?c?数字滤波器2??

模拟滤波器图7-5-3 理想的模拟和数字低通、高通滤波器的幅频特性

三、测量操作步骤

⑴ 选择输入信号

情况1：DSP实验箱产生的正弦波信号作为模拟输入信号。调节DSP实验箱上的液晶显示器上的选项，使其指示为输出正弦波。具体操作步骤：

液晶显示器主菜单→数字信号处理→频谱分析→正弦波

测量时，调节实验箱上的旋纽W506（范围为200HZ~20KHZ），在0-Fs的频率范围内选择测量频率点。

情况2：用外部信号发生器产生的正弦波作为模拟输入信号，则将DSP实验箱上的液

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晶显示器上的选项选为外加模拟信号输入。具体操作步骤：

液晶显示器主菜单→数字信号处理→频谱分析→外加模拟信号

然后在HD8680实验箱的“外加模拟信号”输入端连接外部信号发生器。

测量时，调节信号发生器上的频率调节旋纽，在0-Fs的频率范围内选择测量频率点。 ⑵ 将示波器CH2输入线接于TP502接线柱上，观察模拟信号的输入波形；示波器CH1输入线接于TP504接线柱上，观测滤波器的输出波形。

⑶ 在PC机显示器的界面上双击”dsp”的快捷键，显示图6-2-1画面。再双击画面，出现主菜单后，点击“滤波器实验”。

点击“装载”，选定文件(如flp64k.dat)，滤波器系数装载后，点击“运行”。

四、实验任务

㈠ 观测数字低通滤波器的幅频特性

1．.设计一个数字低通滤波器，其采样频率Fs =64KHz，通带边界频率fp=3KHz，阻带边界频率fst=6KHz。

根据设计指标进行设计，将电路阶数N、采样频率Fs以及传递函数的系数等设计结果编写成数据文件，文件名为flp64k.dat。

将这个文件调入HD8680型DSP实验系统，则实验系统即成为符合上述传递函数的低通数字滤波器。

在0-Fs 频率范围内选择测量频率点,将测量数据记入数据表格,并描绘其幅频特性曲线。

表7-5-1 Fs =_______KHz fp=_______KHz fst=_______KHz

f (KHz) Hejf? UyUx Ux(V) Uy(V) Hejf???Uy Ux

?? 第12页

f (KHz)

㈡ 观测数字高通滤波器的幅频特性。

1．设计一个数字高通滤波器，其采样频率Fs=128KHz，阻带边界频率fst=3KHz。通带边界频率fp=6.5KHz，

根据设计指标进行设计，将电路阶数N、采样频率Fs以及传递函数的系数等设计结果编写成数据文件，文件名为fhp128k.dat。

将这个文件调入HD8680型DSP实验系统，则实验系统即成为符合上述传递函数的高通数字滤波器。

在0-Fs的频率范围内选择测量频率点,将测量数据记入类似表7-5-1的数据表格，并描绘其幅频特性曲线。

四、实验注意事项

㈠. 在计算机使用的过程中，一般不要再次冷启动。若必须使用冷启动时，应先关机，等待一、二分钟后再开机，以免损坏机器。

㈡. 选择测量频率点时应注意：在变化率大的区域，测量点选得密一点；在变化率小的区域，测量点可选得疏一点。特殊点应在曲线图中标出。

五、实验设备

微型计算机 一台 HD8680型DSP实验箱 一台 双踪示波器 一台 低频信号发生器 一台

六、实验预习

㈠.复习有关数字信号处理的基本知识，了解DSP实验系 …… 此处隐藏：1600字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……