28
Bài 1: Trình bày phương pháp Butterworth thiết kế bộ lọc số có đáp ứng xung vô hạn IIR. Bộ lọc butterworth là bộ lọc chỉ có điểm cực. Bình phương đáp ứng biên độ của nó có dạng như sau: ¿¿ Trong đó N là bậc của bộ lọc. ω c là tần số cắt. Đáp ứng biên độ có thể được viết dưới dạng khác: ¿¿ Trong đó ε= ( ω p ω c ) n Ta có biên độ lọc phải nhỏ hơn hoặc bằng 1 Do đó 1δ p ¿¿ Tùy từng trường hợp khác nhau ta có thể sử dụng thông số d, k, A, d= [ ( 1δ p ) 2 1 δ s 2 1 ] 1 /2 = ε A 2 1 K= ω p ω s Ta có ¿¿¿ Từ hàm bình phương biên độ có thể viết như sau: G a ( s ) =H a ( s) H a ( s) = 1 1+ ( s c ) 2 N Lê nguyên – 12bđktđ because I love you !

btl xu ly tin hieu va loc so

  • Upload
    kj-l-kt

  • View
    12

  • Download
    3

Embed Size (px)

DESCRIPTION

FIR

Citation preview

Bi 1: Trnh by phng php Butterworth thit k b lc s c p ng xung v hn IIR.B lc butterworth l b lc ch c im cc.Bnh phng p ng bin ca n c dng nh sau:

Trong N l bc ca b lc. l tn s ct.p ng bin c th c vit di dng khc:

Trong Ta c bin lc phi nh hn hoc bng 1Do

Ty tng trng hp khc nhau ta c th s dng thng s d, k, A,

K= Ta c

T hm bnh phng bin c th vit nh sau:

Do vy im cc ca b lc nm trn 2N in phn b u trn ng trn bn knh c: trong k=0,1,2.2N-1Hm truyn ca b lc

T nhng phn tch trn ta c cc bc thit k b lc Butterworth nh sau:Bc 1: Tnh ton thng s k v dBc 2: Xc nh bc ca b lc theo cng thc Bc 3: t tn s ct trong di

Bc 4: tng hp b lc t cc im cc ca hm nm bn tri mt phng S:

Ta c hm truyn b lc nh sau:

Trong : vi k=0,1,2.2N-1

Bi 2.1 Thit k b lc thng di dng hm fir1 ca Matlab c cc c tnh k thut sau: tn s ct chun ha 1( theo tiu chun nyquyst) Fc1=0.35; Fc2=0.65 Di chuyn tip chun ha thp v cao ln lt l 0.1 v 0.15. suy gim di chn ln lt l 40dB v 50dB cho di chn vng tn s thp v tn s cao. Dao ng sng hi di thng l 1dB.- Chn hm ca s thch hp. suy gim di chn ln lt l 40db v 50dB. Dao ng di thng l 1dB.Bng 1: Tnh cht ca tng loi ca s.windowHm n)vi 0 n N-1 rng di chuyn tip chun ha (F2) suy hao di chn

Rectangularn)=11.8/N-13dB

Hanning6.2/N-31dB

Hamming6.6/N-43dB

Blackman11/N-58dB

Vi yu cu bi a ra suy gim cc di chn ln lt l 40dB v 50dB do vy ta chn hm ca s l ca s Blackman.Vi di chuyn tip chun ha l 0.1 cho vng tn s thp v 0.15 cho vng tn s cao.Do ta tnh c bc ca b lc cn thit k theo cng thcN==

Thit k b lc trn Matlab.S dng FDAtool thit k.Khi ng Fdatool s c giao din nh sau:

Hnh 2.1 Giao din FDAtool- Ci t cc thng s ca b lc cn thit k vo FDAtool.B lc thng di do chn Bandpass. Thit k theo hm fir1. Tc l b lc fir theo phng php ca s.

t s bc Order l N=111. t cc tn s ct wc1=0.35, wc2=0.65Sau chn Design filter thit k b lc ta c kt qu nh sau:

Hnh 2.2 Kt qu thit k b lc trn Fdatool- V p ng tn s ca b lc.Xut d liu ca b lc qua ca s Workspace.Vo file chn export xut d liuTi ca s comment windows g lnh >>freqz(Hd) v c tnh tn s

Kt qu ta c c tnh tn s nh sau

Hnh 2.3 p ng tn s ca b lcTa c di chuyn tip tn s thp l 0.1 m tn s ct di tn s thp l 0.35. Do gii hn di chn di tn thp l 0.3. t th p ng bin hnh 2.3 ta thy rng tn s 0.333 suy gim di chn tn thp l: -53.93161dB Tha mn yu cu thit k vi suy gim di chn di tn s thp l 40dB.Di chuyn tip vng tn s cao l 0.15 m tn s ct di tn s cao l 0.65 do tn s gii hn ca di chn vng tn s cao l 0.65+0.075=0.735.T th p ng bin hnh 2.3 ta tht rng tn s 0.666 suy gim di chn l -53dB tha mn yu cu thit k l t -50dB.

Hnh 2.4 p ng bin ti di thngT hnh 2.4 ta thy dao ng sng hi di thng nh hn 1dBT nhng iu trn ta thy b lc thit k tha m tt c cc yu cu m bi ton t ra.Mt s p ng khc:

Hnh 2.5 p ng xung ca b lcHnh 2.6 v tr im cc v im khng ca b lc

- Xc nh hm truyn t ca b lc:Ta thy rng y l b lc c pha tuyn tnh. Lc khng quy.Hm truyn t c dng tng qut :

Xc nh hm truyn trn Matlab:Xut vector h s b lc sang workspase :

Khi ta c kt qu hm truyn ca b lc nh sau:Hz=tf(B,1,1)

Hz = -1.246e-06 z^110 - 7.65e-07 z^109 - 8.604e-06 z^108 - 3.123e-05 z^107 + 6.427e-05 z^106 + 9.554e-05 z^105 - 0.0001052 z^104 - 7.169e-05 z^103 - 1.932e-05 z^102 - 0.0001652 z^101 + 0.00034 z^100 + 0.0004935 z^99 - 0.0005606 z^98 - 0.0004778 z^97 + 0.0002063 z^96 - 0.0002457 z^95 + 0.0008084 z^94 + 0.001351 z^93 - 0.001703 z^92 - 0.001692 z^91 + 0.001199 z^90 + 0.0002071 z^89 + 0.001158 z^88 + 0.002627 z^87 - 0.003822 z^86 - 0.004334 z^85 + 0.003832 z^84 + 0.002174 z^83 + 0.0005013 z^82 + 0.003746 z^81 - 0.006843 z^80 - 0.008941 z^79 + 0.009244 z^78 + 0.00724 z^77 - 0.002896 z^76 + 0.00322 z^75 - 0.009955 z^74 - 0.01574 z^73 + 0.01887 z^72 + 0.01795 z^71 - 0.01225 z^70 - 0.002052 z^69 - 0.0112 z^68 - 0.02497 z^67 + 0.03602 z^66 + 0.04089 z^65 - 0.0366 z^64 - 0.02133 z^63 - 0.005139 z^62 - 0.04109 z^61 + 0.08305 z^60 + 0.1262 z^59 - 0.165 z^58 - 0.1943 z^57 + 0.2101 z^56 + 0.2101 z^55 - 0.1943 z^54 - 0.165 z^53 + 0.1262 z^52 + 0.08305 z^51 - 0.04109 z^50 - 0.005139 z^49 - 0.02133 z^48 - 0.0366 z^47 + 0.04089 z^46 + 0.03602 z^45 - 0.02497 z^44 - 0.0112 z^43 - 0.002052 z^42 - 0.01225 z^41 + 0.01795 z^40 + 0.01887 z^39 - 0.01574 z^38 - 0.009955 z^37 + 0.00322 z^36 - 0.002896 z^35 + 0.00724 z^34 + 0.009244 z^33 - 0.008941 z^32 - 0.006843 z^31 + 0.003746 z^30 + 0.0005013 z^29 + 0.002174 z^28 + 0.003832 z^27 - 0.004334 z^26 - 0.003822 z^25 + 0.002627 z^24 + 0.001158 z^23 + 0.0002071 z^22 + 0.001199 z^21 - 0.001692 z^20 - 0.001703 z^19 + 0.001351 z^18 + 0.0008084 z^17 - 0.0002457 z^16 + 0.0002063 z^15 - 0.0004778 z^14 - 0.0005606 z^13 + 0.0004935 z^12 + 0.00034 z^11 - 0.0001652 z^10 - 1.932e-05 z^9 - 7.169e-05 z^8 - 0.0001052 z^7 + 9.554e-05 z^6 + 6.427e-05 z^5 - 3.123e-05 z^4 - 8.604e-06 z^3 - 7.65e-07 z^2 - 1.246e-06 z

Cu 2.2 Thit k b lc chn di c cng tn s ct v di chuyn tip ging nh bi 2.1. c suy gim di chn 50dB v dao ng sng hi di thng l 1dB.- Chn hm ca s thch hp. suy gim di chn l 50dB. Dao ng di thng l 1dB. T bng 1 ta chn c hm ca s l ca s Blackman.- Vi di chuyn tip chun ha l 0.1 cho vng tn s thp v 0.15 cho vng tn s cao.Do ta tnh c bc ca b lc cn thit k theo cng thcN== 1Tuy nhin do bc ca b lc v bc ca s phi bng nhau do chn N=112S dng Matlab thit k b lc- khi ng FDAtool ta s thy xut hin ca s FDAtool nh hnh 2.1Tip theo ta ci t cc thng s ca b lc - Ci t cc thng s ca b lc cn thit k vo FDAtool.B lc thng di do chn Bandstop. Thit k theo hm fir1. Tc l b lc fir theo phng php ca s.

t s bc Order l N=112. t cc tn s ct wc1=0.35, wc2=0.65Sau chn Design filter thit k b lc ta c kt qu nh sau:

Hnh 2.7 k qu thit k b lc chn 1 di trn fdatool- V p ng tn s ca b lc.Xut d liu ca b lc qua ca s Workspace.Vo file chn export xut d liuTi ca s comment windows g lnh >>freqz(Hd) v c tnh tn s

Kt qu ta c c tnh tn s nh sau

Hnh 2.8 p ng tn s ca b lc chn 1 diT p ng tn s hnh 2.8 ta thy rng suy hao di chn bt u t khong -75dB. Tha mn yu cu v suy hao di chn. kim tra dao ng di thng ta phng to th ti di thng kt qu nh sau:

Hnh 2.9 p ng bin ti di thngT hnh 2.9 ta thy dao ng sng hi di thng l rt nh. Tha mn yu cu bi ton l 1dB.

Nh vy b lc thit k tha mn yu cu ca bi ton t ra.Mt s p ng khc ca b lc:

Hnh 2.10 p ng xung ca b lc

Hnh 2.11 V tr ca cc im cc im khng ca b lc- Xc nh hm truyn t ca b lcTa thy rng y l b lc c pha tuyn tnh. Lc khng quy.Hm truyn t c dng tng qut :

Xc nh hm truyn trn Matlab:Xut vector h s b lc sang workspase :

Khi ta c kt qu hm truyn ca b lc nh sau:Hz=tf(B,1,1)

>> hz=tf(B,1,1)

hz = -2.214e-21 z^111 + 4.146e-06 z^110 + 7.147e-20 z^109 + 3.32e-05 z^108 - 2.462e-19 z^107 - 0.000135 z^106 + 2.392e-18 z^105 + 0.0001512 z^104 - 1.125e-18 z^103 + 0.0001341 z^102 - 1.207e-18 z^101 - 0.0006452 z^100 + 1.02e-17 z^99 + 0.0008148 z^98 + 1.114e-17 z^97 - 7.583e-18 z^96 + 3.797e-18 z^95 - 0.001617 z^94 + 2.264e-18 z^93 + 0.002576 z^92 + 3.582e-18 z^91 - 0.001113 z^90 + 1.113e-18 z^89 - 0.002767 z^88 + 3.166e-18 z^87 + 0.00607 z^86 + 2.71e-19 z^85 - 0.004544 z^84 + 3.452e-17 z^83 - 0.003011 z^82 + 2.154e-17 z^81 + 0.01158 z^80 + 2.447e-17 z^79 - 0.01223 z^78 + 9.624e-19 z^77 + 3.444e-18 z^76 + 8.809e-17 z^75 + 0.01864 z^74 - 5.923e-19 z^73 - 0.02702 z^72 + 1.097e-16 z^71 + 0.01087 z^70 - 3.894e-17 z^69 + 0.02584 z^68 + 1.289e-16 z^67 - 0.0559 z^66 + 6.559e-17 z^65 + 0.04305 z^64 + 1.954e-17 z^63 + 0.0313 z^62 + 5.375e-17 z^61 - 0.1483 z^60 + 2.743e-17 z^59 + 0.2562 z^58 - 5.544e-17 z^57 + 0.7 z^56 - 5.544e-17 z^55 + 0.2562 z^54 + 2.743e-17 z^53 - 0.1483 z^52 + 5.375e-17 z^51 + 0.0313 z^50 + 1.954e-17 z^49 + 0.04305 z^48 + 6.559e-17 z^47 - 0.0559 z^46 + 1.289e-16 z^45 + 0.02584 z^44 - 3.894e-17 z^43 + 0.01087 z^42 + 1.097e-16 z^41 - 0.02702 z^40 - 5.923e-19 z^39 + 0.01864 z^38 + 8.809e-17 z^37 + 3.444e-18 z^36 + 9.624e-19 z^35 - 0.01223 z^34 + 2.447e-17 z^33 + 0.01158 z^32 + 2.154e-17 z^31 - 0.003011 z^30 + 3.452e-17 z^29 - 0.004544 z^28 + 2.71e-19 z^27 + 0.00607 z^26 + 3.166e-18 z^25 - 0.002767 z^24 + 1.113e-18 z^23 - 0.001113 z^22 + 3.582e-18 z^21 + 0.002576 z^20 + 2.264e-18 z^19 - 0.001617 z^18 + 3.797e-18 z^17 - 7.583e-18 z^16 + 1.114e-17 z^15 + 0.0008148 z^14 + 1.02e-17 z^13 - 0.0006452 z^12 - 1.207e-18 z^11 + 0.0001341 z^10 - 1.125e-18 z^9 + 0.0001512 z^8 + 2.392e-18 z^7 - 0.000135 z^6 - 2.462e-19 z^5 + 3.32e-05 z^4 + 7.147e-20 z^3 + 4.146e-06 z^2 - 2.214e-21z Sample time: 1 secondsDiscrete-time transfer function.

Bi 2.3 Xy dng b lc fir c pha tuyn tnh thch hp nht c s dng cho lc thng di v lc chn di trn. - p ng tn s ca cc b lc FIR pha tuyn tnh Khi h(n) l dy thc th ch cn kho st c tnh tn s H(ej) ca b lc s FIR pha tuyn tnh trong on [ 0 ] .+ c tnh tn s ca b lc FIR pha tuyn tnh loi 1 B lc FIR pha tuyn tnh loi 1 c () = - v N l, c tnh tn s l :V N l nn khai trin biu thc trn thnh tng ca ba thnh phn :

i bin thnh phn th 3, t =>,khi th , khi th :

o chiu ch s v i li bin ca thnh phn th 3 theo n :

V b lc FIR pha tuyn tnh loi 1 c , nn :Trong : Hay : Do

Hay : i bin, t =>,khi th , khi th , nhn c : b

i bin m tr v n, o cn ca tng v thm cos(.0) = 1 vo s hng u :Hay :Vi cc h s ca chui : v khi Ta c c tnh bin tn s ca b lc FIR pha tuyn tnhloi 1 :Vi cc h s a(n) ph thuc vo c tnh xung h(n) c tnh pha : (1.15)Nhn xt : V cos(0) = 1 nn b lc FIR pha tuyn tnhloi 1 khng th dng lm b lc c H(ej) = 0 ti = 0 , l cc b lc thng cao v di thng (tr khi b lc c c tnh xung vi ).- c tnh tn s ca b lc FIR pha tuyn tnh loi 2 B lc FIR pha tuyn tnh loi 2 c () = - v N chn, c tnh tn s l :V N chn nn khai trin biu thc trn thnh tng ca hai thnh phn :

i bin tng th hai, v bin i tng t nh trn ta nhn c :Vi cc h s :T c c tnh bin tn s ca b lc FIR pha tuyn tnhloi 2 :Vi cc h s b(n) ph thuc vo c tnh xung h(n) c tnh pha : Nhn xt : Khi = th vi mi n nn H(ej)= 0 khi = . Nh vy, b lc FIR pha tuyn tnh loi 2 khng th dng xy dng b lc c c tnh bin tn s khc 0 ti = , l b lc thng cao v b lc di chn.. c tnh tn s ca b lc FIR pha tuyn tnh loi 3 B lc FIR pha tuyn tnh loi 3 c () = - v N l, c tnh tn s l :V N l nn khai trin biu thc trn thnh tng ca ba thnh phn :

V b lc FIR pha tuyn tnh loi 3 c c tnh xung h(n) phn i xng nn ti n = (N - 1)/2 th h(n) = 0 . Do biu thc trn c dng :

i bin tng th hai, t m = (N - 1 - n) =>n = (N - 1 - m), nhn c : i li bin m thnh n v o chiu ch s ca tng th hai :

V b lc FIR pha tuyn tnh loi 3 c , nn :

Tip tc bin i tng t trn , nhn c :Vi cc h s :

T c c tnh bin tn s ca b lc FIR pha tuyn tnh loi 3 :Vi cc h s c(n) ph thuc vo c tnh xung h(n) c tnh pha :Suy ra :v Nhn xt : Vi = 0 v = th v vi mi n, nn khi H(ej) = 0 . B lc FIR pha tuyn tnh loi 3 khng th dng xy dng b lc c c tnh bin tn s khc 0 ti = 0 v = l cc b lc thng thp, thng cao v b lc di chn. Nh vy, b lc FIR pha tuyn tnh loi 3 ch xy dng c b lc di thng.c tnh tn s ca b lc FIR pha tuyn tnh loi 4 B lc FIR pha tuyn tnh loi 4 c () = - v N chn, c tnh tn s l : V N chn nn khai trin biu thc trn thnh tng ca hai thnh phn :

i bin tng th hai, v bin i tng t trn , nhn c : Vi cc h s : T c c tnh bin tn s ca b lc FIR pha tuyn tnhloi 4 :Vi cc h s d(n) ph thuc vo c tnh xung h(n) c tnh pha : Suy ra :v Nhn xt: Vi = 0 th , khi H(ej)= 0 . V th, b lc FIR pha tuyn tnh loi 4 khng th dng xy dng b lc c c tnh bin tn s khc 0 ti = 0 , l cc b lc thng thp v di chn.Theo dng c tnh bin tn s H(ej) ca cc b lc s FIR pha tuyn tnh phn tch trn, rt ra kt lun nh sau :- B lc loi 1 ch lm c cc b lc thng thp v di chn.- B lc loi 2 ch lm c cc b lc thng thp v di thng.- B lc loi 3 ch lm c b lc di thng.- B lc loi 4 ch lm c cc b lc thng cao v di thng.Nh vy vi phn tch trn b lc FIR c pha tuyn tnh thch hp nht c s dng cho lc thng di l b lc FIR loi 2. V b lc FIR c pha tuyn tnh thch hp nht c s dng cho lc chn di l FIR loi 1. T cc thit k bi 2.1 v 2.2 ta thy rng chnh l b cc b lc fir loi 2 v loi 1 tng ng.

- Xy dng cu trc cho b lc cho b lc thng diHm truyn t ca b lc thng di :

Vy S dng cu trc trc tip chun tc ( Direct form FIR )y(n)x(n)b0+

Z-1

b1+

Z-1

+

b2

Z-1

b(N-1)

Vi cc thng s b lc thit k bi 2.1 ta xy dng b lc trn dsp nh sau:

L nguyn 12bkt because I love you !