测试信号实验模拟滤波及数字滤波报告.docVIP

信号的调理与滤波器设计实验报告 一、实验目的 掌握模拟滤波器的设计方法和实现过程； 掌握数字滤波器的设计方法和实现过程。 二、实验原理 在信号传感和传输过程中，由于热噪声、漏电流和电源干扰等因素的影响，不可避免地会有干扰信号叠加到有用信号上，当这种干扰信号非常强时，将严重影响有用信号的识别和利用，因而，通常都有必要对这些干扰信号进行滤波处理。 干扰信号按照频谱分布可分为低频、中频和高频信号，因而，滤波器也相应设计成高通、带通、低通和带阻等形式，具体的滤波器原理和设计方法可参考模拟电子技术和其它相关资料。 在本实验中，要求在对干扰信号频谱分析的基础上，确定滤波器的形式，设计滤波器的截止频率和具体的RC参数，实现对干扰信号的抑制，通过对滤波后信号的时频域分析，评估滤波效果。 三、实验仪器 1、电子称 1台 2、万用表 1个 3、采集卡 1块 4、面包板 1块 5、计算机 1台 6、信号发生器 1台 7、Labview软件 1套 8、运算放大器 若干片 9、电阻、电容等 若干 四、实验内容和步骤 1、数字滤波器设计： ①将电子称、电源、万用表、噪声发生器、采集卡和计算机连接，构成一个完整的测试系统； ②利用Labview软件对采集到的信号进行频谱分析，判断干扰信号的频谱分布特征； ③根据干扰信号的频谱分布特征进行滤波器的设计，并在面包板上实现； ④利用Labview软件对加入滤波器的采集信号进行频谱分析，判断滤波后的干扰信号被抑制的情况，并评价滤波器的功效，如果滤波效果不好，分析具体原因，进一步改进滤波器，直至滤波效果达到预期要求； ⑤改变干扰噪声的频率，比较滤波效果，并重新设计滤波器，重复2～4步骤。 2、模拟滤波器设计： ①将信号发生器的噪声信号叠加到表示电子称输出的信号上； ②将叠加了噪声的信号连接到数据采集卡的接口板上； ③利用labview将信号采集到计算机中； ④分析信号的频谱，得到信号的幅度谱； ⑤根据信号特点提出滤波器设计参数、截止频率； ⑥设计出滤波器的传递函数； ⑦根据滤波器传递函数设计电路，完成电路的搭接； ⑧将滤波器的输出送到采集卡，用计算机程序求出重物重量。 五、实验结果分析 1、信号处理系统的原理图： 滤波器：根据有用信号（原始信号）和噪声不同的特性，抑制不需要的噪声和干扰，提取出有用信号。 频谱分析：根据信号特点，截至频率，设计滤波器参数。 2、滤波器设计依据及设计过程： 取截止频率 =1Hz, =10μF, =2.2μF 带入计算得：==68.7KΩ =16.7KΩ 3、滤波效果分析： ①实验数据列表 数字滤波过程数据： 砝码 g 0 500 1000 1499 1999 电压V 2.42 2.55 2.71 2.86 3.01 实称g 0 483 980 1478 1972 砝码g 1999 1499 1000 500 0 电压V 2.98 2.79 2.7 2.51 2.38 实称g 1965 1467 976 478 -6 模拟滤波过程： 砝码g 0 500 1000 1499 1999 2499 2999 电压V -2.41 -2.563 -2.711 -2.86 -3.006 -3.159 -3.31 实称g -5.56 483.62 965 1474.2 1983 2467 2964 砝码g 2999 2499 1999 1499 1000 500 0 电压V -3.32 -3.161 -3.01 -2.856 -2.711 -2.557 -2.409 实称g 2959 2469 1987 1490 965 478 -20 ②滤波效果比较： 模拟滤波器有硬件构成，简单实际，但电路的参数选择比较复杂，且理论与实际之间存在一系列的偏差，在调试时比较麻烦，反复多次才能达到好的效果。 数字滤波器是利用微机模拟，在计算机内部对采集的信号进行数字计算，计算准确、快捷、方便，参数也容易调整，滤波效果比较好。 比较数据发现逆向过程结果都有零点漂移，而且模拟滤波器的更加明显一些。 ③实验部分截图：