用窗函数法设计窄带数字微分器（doc X页）

用窗函数法设计窄带数字微分器（doc X页） 通信 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 专业课程设计报告 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 班级 学号 学生姓名 专业 通信工程专业 系别 信息工程学院 指导教师 张老师 用窗函数法设计宽带数字微分器 1( 设计目的 1. 培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和解决工程实际问题的能力。 2. 学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。 3. 进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 以及使用仿真软件、实验设 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 备进行调试和数据处理等。 4. 培养学生的创新能力。 2( 设计要求 1.要求微分器的截至频率,p?0.1π; 2.编写设计窄带数字微分器的MALAB程序并仿真; 3.比较用各种常用窗函数(Hanning，Hamming，Blackman，Kaiser窗)及其他窗函数设计宽窄带数字微分器的性能:通带最大相对误差以及过渡带宽与微分器长度的关系; 4.通过比较给出在性能上最优的窗函数; 5. 完成设计报告并在报告中提供程序 清单 安全隐患排查清单下载最新工程量清单计量规则下载程序清单下载家私清单下载送货清单下载 ; 3. 实验原理 理想的数字微分器的频率响应为 ，，Hejw,jw,-, ，〈W〈 对应的脉冲响应为 0，n,0n,(-1),,jwnw1,,，n,0,e(-),,,2jwn-,nn1,jn，，hn,jwedw,,,,,-2, 理想数字微分器是非因果系统。一个因果的可实现数字微分器可表示为 ，，，，hn,wn*wc/pi*cos(wc*(n-L))./(n-L) n=0,1,....N-1 式中，N=2L+1，w(n)为窗函数，如汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗、凯塞窗等。 截止频率和窗函数的选择 微分效果好坏在一定程度上取决于截止频率fs ， 若截止频率选得过小会导致信号失真，若截止频率选得过大仍会引入干扰信号。 确定截止频率前应对速 1 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 度信号进行谱分析，根据分析确定速度信号的有效频率范围，一般选取截止频率大于等于速度信号的有效频率范围的上限。 对测得的速度信号进行谱分析，选取微分器截止频率fs=1kHz。 选择窗函数的原则通常有两点: 其一是尽量减小微分器幅频谱的吉布斯现象，选用边瓣小且少的汉宁窗则效果较好; 其二是尽量减少通带和阻带内的振荡现象，以改善微分特性。半窗宽度M0 的选取对微分器的频率特性也有一定的影响。M0取值越大, 微分器幅频谱过度带越窄, 微分器的低通滤波性能越好，因此为提高微分器的微分性能应尽量增大M0 ， 但M0取值越大卷积计算工作量越大， 若采用快速卷积法进行计算，可以适当增加M0 的取值以改善微分特性， 而计算量不会增加。 快速卷积算法需做两次FFT 和一次IF-FT 。 4.程序设计: Hanninga窗 wc=0.143 N=41 %总点数 L=(N-1)/2 n=0:N-1 %取样N-1个点 hn=wp/pi*cos(wp*(n-L))./(n-L)-1/pi*sin(wp*(n-L))./(n-L)./(n-L);%窄带脉冲响应公式 2 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 hn(L+1)=0 wn=hann(N)' %hanning窗 hn=hn.*wn %原函数与窗卷积 figure(1) %图1 stem(hn) %产生时序图 title('时序图(hanning)') %图1标题 xlabel('n') %x轴单位 ylabel('幅度') %y轴单位 [mag1,rad]=freqz(hn,1,4096); %计算频率响应 m=20*log10(abs(mag1));hold off figure(2) %图2 plot(rad,m),grid on %显示频率幅度特性 title('幅度特性(hanning)') xlabel('频率') ylabel('幅度') grid on %网格显示 a=angle(mag1) %相角转换 figure(3) %图3 3 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 plot(rad,a) %显示相位特性图 title('相位特性(hanning)') xlabel('频率') ylabel('相位') grid on Hamming窗 wc=0.143 N=41 %总点数 L=(N-1)/2 n=0:N-1 %取样N-1个点 hn=wp/pi*cos(wp*(n-L))./(n-L)-1/pi*sin(wp*(n-L))./(n-L)./(n-L)%窄带脉 冲响应公式 hn(L+1)=0 wn=hamming(N)' %hamming窗 hn=hn.*wn %原函数与窗卷积 figure(1) %图1 stem(hn) %产生时序图 title('时序图(hamming)') %图1标题 4 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 xlabel('n') %x轴单位 ylabel('幅度') %y轴单位 [mag1,rad]=freqz(hn); %计算频率响应 m=20*log10(abs(mag1));hold off figure(2) %图2 plot(rad,m),grid on %显示频率幅度特性 title('幅度特性(hamming)') xlabel('频率') ylabel('幅度') grid on %网格显示 a=angle(mag1) %相角转换 figure(3) %图3 plot(rad,a) %显示相位特性图 title('相位特性(hamming)') xlabel('频率') ylabel('相位') grid on 布莱克曼窗 5 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 wc=0.143 N=41 %总点数 L=(N-1)/2 n=0:N-1 %取样N-1个点 hn=wp/pi*cos(wc*(n-L))./(n-L)-1/pi*sin(wp*(n-L))./(n-L)./(n-L);%窄带 脉冲响应公式 hn(L+1)=0 wn=blackman(N)' %blackman窗 hn=hn.*wn %原函数与窗卷积 figure(1) %图1 stem(hn) %产生时序图 title('时序图(blackman)') %图1标题 xlabel('n') %x轴单位 ylabel('幅度') %y轴单位 [mag1,rad]=freqz(hn); %计算频率响应 m=20*log10(abs(mag1));hold off figure(2) %图2 plot(rad,m),grid on %显示频率幅度特性 6 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 title('幅度特性(blackman)') xlabel('频率') ylabel('幅度') grid on %网格显示 a=angle(mag1) %相角转换 figure(3) %图3 plot(rad,a) %显示相位特性图 title('相位特性(blackman)') xlabel('频率') ylabel('相位') grid on 凯塞窗 N=41 %总点数 L=(N-1)/2 n=0:N-1 %取样N-1个点 wc=0.143 hn=wc/pi*cos(wp*(n-L))./(n-L)-1/pi*sin(wp*(n-L))./(n-L)./(n-L);%窄带 脉冲响应公式 7 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 hn(L+1)=0 wn=kaiser(N)' %kaiser窗 hn=hn.*wn %原函数与窗卷积 figure(1) %图1 stem(hn) %产生时序图 title('时序图(kaiser)') %图1标题 xlabel('n') %x轴单位 ylabel('幅度') %y轴单位 [mag1,rad]=freqz(hn,1,4096); %计算频率响应 m=20*log10(abs(mag1));hold off figure(2) %图2 plot(rad,m),grid on %显示频率幅度特性 title('幅度特性(kaiser)') xlabel('频率') ylabel('幅度') grid on a=angle(mag1) figure(3) 8 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 plot(rad,a) title('相位特性(kaiser)') xlabel('频率') ylabel('相位') grid on 5.图形显示 1.汉宁窗设计图: 9 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 2.汉明窗(Hamming)设计图 10 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 3.布莱克曼窗设计图 11 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 4.凯塞窗设计图 12 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 6. 设计总结 通过2.5周的课程设计，我首先要感谢这个学校给我们这次机会将理论与实践操作结合起来。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。 在此感谢我们的王老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪;这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。 由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指 13 班级:电子3081 姓名:朱 学号: 课题:用窗函数法设计窄带数字微分器 教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。 7. 参考文献 1(康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分(第四版). 北京:高等教育出版社，1999.6 2(郭仕剑，王宝顺，贺志国MATLAB7.X数字信号处理.北京:人民邮电出版社，2006 3(王宏 MATLAB6.5及其在信号处理中的应用. 北京:清华大学出版社，2004 4(Paulo S.R.Diniz Digital Signal Processing System Analysis and Design Publishing House of Electronics Industry，2002 14