高沖擊信號(hào)采集系統(tǒng)中數(shù)字濾波器的軟件實(shí)現(xiàn)
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2．2 巴特沃斯低通濾波器的實(shí)現(xiàn)
Matlab軟件提供了豐富的數(shù)字濾波函數(shù)，可模擬出數(shù)字濾波器的幅頻、相頻特性。為了對(duì)比濾波效果，在Matlab軟件中利用現(xiàn)有的巴特沃斯低通濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)：
仿真出合適的巴特沃斯低通數(shù)字濾波器。式中：b，a分別代表所設(shè)計(jì)的濾波器傳遞函數(shù)中分子系數(shù)和分母系數(shù)；n為濾波器階數(shù)；ωn為歸一化采樣頻率，取值范圍為0～1。
根據(jù)已知條件：濾波器的截止頻率為1 kHz，采樣頻率為60 kHz，確定濾波器的階數(shù)為4。設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)如圖4所示。
3 簡(jiǎn)單整系數(shù)數(shù)字濾波在信號(hào)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用
設(shè)計(jì)的信號(hào)采集系統(tǒng)中中央處理器為MSP430F449超低功耗系列單片機(jī)，選用MEMS高g值加速度傳感器作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入環(huán)節(jié)。采集系統(tǒng)硬件電路的采樣頻率為60 kHz，硬件濾波器的截止頻率為10 kHz左右，結(jié)合所需采集的沖擊信號(hào)，分析并確定軟件濾波截止頻率為1 kHz。結(jié)合前面所設(shè)計(jì)濾波器的傳遞函數(shù)，在硬件的開發(fā)環(huán)境IAR Embedded Workbench中編寫濾波算法，調(diào)試成功后，應(yīng)用在信號(hào)采集系統(tǒng)的硬件電路中，進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)。
應(yīng)用四階巴特沃斯低通濾波器和整系數(shù)數(shù)字濾波器對(duì)采集的原始沖擊信號(hào)進(jìn)行濾波。濾波結(jié)果如圖5、圖6所示。從圖中可以看出，兩種濾波方法有效地對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行了平滑處理，且濾波后的曲線基本相似，保證了原有數(shù)據(jù)的真實(shí)性。但所設(shè)計(jì)的整系數(shù)濾波器，系數(shù)為整數(shù)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度塊，同時(shí)考慮到單片機(jī)內(nèi)運(yùn)行定點(diǎn)數(shù)的計(jì)算速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于浮點(diǎn)數(shù)，且MSP430系列單片機(jī)對(duì)16位數(shù)據(jù)類型的操作效率最高，因此選用簡(jiǎn)單整系數(shù)數(shù)字濾波器作為采集系統(tǒng)的軟件濾波方法，在保持原有信號(hào)性能的情況下。更能有效地提高信號(hào)采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/172870.htm
4 結(jié)語(yǔ)
常用的數(shù)字濾波器在運(yùn)算中采用浮點(diǎn)運(yùn)算，由高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算速度慢，特別對(duì)手小型儀器，無(wú)疑提高了成本。本丈在所設(shè)計(jì)的高沖擊信號(hào)采集系統(tǒng)中選用簡(jiǎn)單整系數(shù)數(shù)字濾波器作為采集系統(tǒng)的軟件濾波方法，進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定，準(zhǔn)確可靠，實(shí)時(shí)性好，滿足了系統(tǒng)信號(hào)采集的濾波要求，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
評(píng)論