数字滤波器优缺点

1 课程编号15102308《数字信号处理》教学大纲

Digital Signal Processing

一、课程基本信息

课程编号 15102308 适用专业 信息工程 总学时数 54 实验学时 0

课程类别 专业核心课 教 研 室 电子技术教研室 课程学分 3 上机学时 0

课程性质 必修课 编 写 人 梅斌 讲授学时 50 课外学时 0

开课学期 5 编写时间 2006.3 周学时数 3 习题课学时 4

二、本课程的性质、目的和任务

《数字信号处理》课程是信息工程本科专业必修课，它是在学生学完了高等数学、概率论、线性代数、复变函数、信号与系统等课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。本课程将通过讲课、练习使学生建立“数字信号处理”的基本概念，掌握数字信号处理基本分析方法和分析工具，为从事通信、信息或信号处理等方面的研究工作打下基础。

三、教学基本要求

1、通过对本课程的教学，使学生系统地掌握数字信号处理的基本原理和基本分析方法，能建立基本的数字信号处理模型。

2、要求学生学会运用数字信号处理的两个主要工具：快速傅立叶变换（FFT）与数字滤波器，为后续数字技术方面课程的学习打下理论基础。

3、学生应具有初步的算法分析和运用MATLAB编程的能力。

四、本课程与其他课程的联系与分工

本课程的基础课程为《高等数学》、《概率论》、《线性代数》、《复变函数》、《信号与系统》等课程，同时又为《图像处理与模式识别》等课程的学习打下基础。

五、教学方法与手段

教师讲授和学生自学相结合，讲练结合，采用多媒体教学手段为主，重点难点辅以板书。

六、考核方式与成绩评定办法

本课程采用平时作业、期末考试综合评定的方法。其中平时作业成绩占40%，期末考试成绩占60%。 2 七、使用教材及参考书目

【使用教材】吴镇扬 编，《数字信号处理》，高等教育出版社，2004年9月第一版。

【参考书目】1、姚天任,江太辉 编，《数字信号处理》（第二版），华中科技大学出版社，2000年版。

ADI MEMS传感器比较

一、ADXL345

ADXL345是一款小而薄的低功耗3轴加速度计，分辨率高（13位），测量范围达±16g。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI（3线或4线）或I2C数字接口访问。

ADXL345非常适合移动设备应用。它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击导致的动态加速度。其高分辨率(4 mg/LSB)，能够测量不到1.0°的倾斜角度变化。

该器件提供多种特殊检测功能。活动和非活动检测功能检测有无运动发生，以及任意轴上的加速度是否超过用户设置的限值。敲击检测功能可以检测单击和双击动作。自由落体检测功能可以检测器件是否正在掉落。这些功能可以映射到两个中断输出引脚中的一个。正在申请专利的32级先进先出(FIFO)缓冲器可用于存储数据，最大程度地减少主机处理器的干预。

低功耗模式支持基于运动的智能电源管理，从而以极低的功耗进行阈值感测和运动加速度测量。

ADXL345采用3 mm × 5 mm × 1 mm、14引脚小型超薄塑料封装。

优势和特点：

（1）超低功耗：VS = 2.5 V时（典型值），测量模式下低至23μA，待机模式下为0.1 μA；

（2）功耗随带宽自动按比例变化

（3）用户可选的分辨率 全分辨率，分辨率随g范围提高而提高，±16 g时达到最高分辨率13位（在所有g范围内保持4 mg/LSB的比例系数）

（4）响应频带：1.6kHz；

二、ADXL372

ADXL372是一款超低功耗、3轴、±200 g MEMS加速度计，以3200 Hz输出数据速率(ODR)工作时功耗为22 μA。ADXL372未对其前端周期供电以实现其低功耗操作，因此不会冒传感器输出混叠的风险。

除了超低功耗以外，ADXL372还具有许多特性来实现冲击检测以及系统级节能。该器件包含了一个深度多模式输出先进先出(FIFO)、几个运动检测模式以及一种用于仅捕捉过阈值事件峰值加速度的方式。

数字信号处理实验

实验一信号、系统及系统响应

1、实验目的

认真复习采样理论、离散信号与系统、线性卷积、序列的z 变换及性质等有关内容；

掌握离散时间序列的产生与基本运算，理解离散时间系统的时域特性与差分方程的求解

方法，掌握离散信号的绘图方法；

熟悉序列的z 变换及性质，理解理想采样前后信号频谱的变化。

2、实验内容

a. 产生长度为500 的在[0,1]之间均匀分布的随机序列，产生长度为500 的均值为0 单位方差的高斯分布序列。

b. 线性时不变系统单位脉冲响应为h(n)=(0.9)nu(n)，当系统输入为x(n)=R10(n)时，求系统的零状态响应，并绘制波形图。

c. 描述系统的差分方程为：y(n)-y(n-1)+0.9y(n-2)=x(n)，其中x(n)为激励，y(n)为响应。

计算并绘制n=20,30,40,50,60,70,80,90,100 时的系统单

位脉冲响应h(n)；

计算并绘制n=20,30,40,50,60,70,80,90,100 时的系统单

位阶跃响应s(n)；

由h(n)表征的这个系统是稳定系统吗？

d. 序列x(n)=(0.8)nu(n)，求DTFT[x(n)]，并画出它幅度、相位，实部、虚部的波形图。

观察它是否具有周期性？

e. 线性时不变系统的差分方程为y(n)=0.7y(n-1)+x(n)，求系统的频率响应H(ejω)，如果

系统输入为x(n)=cos(0.05πn)u(n)，求系统的稳态响应并绘图。

f. 设连续时间信号x(t)=e-1000|t|，计算并绘制它的傅立叶变换；如果用采样频率为每秒 5000 样本对x(t)进行采样得到x1(n)，计算并绘制X1(ejω)，用x1(n)重建连续信号x(t)，并对结

果进行讨论；如果用采样频率为每秒1000 样本对x(t)进行采样得到x2(n)，计算并绘制X2(ejω)，

用x2(n)重建连续信号x(t)，并对结果进行讨论。加深对采样定理的理解。

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巴特沃斯滤波器优缺点

巴特沃斯滤波器简介

巴特沃斯滤波器是一种广泛应用于信号处理和图像处理的数字滤波器。它基于巴特沃斯滤波器函数设计，可以用于滤波信号中的某个频率范围，同时保留其他频率分量。巴特沃斯滤波器的设计主要围绕着截止频率和阶数展开，通过调节这两个参数可以实现对信号的不同滤波需求。

巴特沃斯滤波器优点

1. 频率选择性强: 巴特沃斯滤波器可以实现对指定频率的信号进行滤波，保留感兴趣的频率成分，而抑制其他频率的干扰信号，具有良好的频率选择性。

2. 通带平滑: 在通过通带频率的信号时，巴特沃斯滤波器能够保持信号的频率特征，在通带范围内的信号不会发生明显失真。

3. 设计灵活: 巴特沃斯滤波器的阶数和截止频率可以根据实际需求进行调整，设计灵活性高，能够满足不同滤波要求。

4. 响应特性良好: 巴特沃斯滤波器的频率响应平滑，相位响应线性，能够保持信号的原始相位信息。

巴特沃斯滤波器缺点

1. 群延迟大: 巴特沃斯滤波器在滤波过程中会引入较大的群延迟，导致信号在时域上出现一定程度的延迟，不适用于对信号的实时性要求较高的场合。

2. 截止频率陡峭: 随着阶数增加，巴特沃斯滤波器的截止频率特性会变得非常陡峭，在截止频率附近会出现较大的波纹，可能引起频域波动。

3. 阶数选择困难: 巴特沃斯滤波器的滤波效果与所选取的阶数密切相关，但阶数选择并不是一项容易的任务，需要在满足滤波要求的同时尽量减少系统复杂度。

4. 边缘频率失真: 在边缘频率附近，巴特沃斯滤波器的频率响应容易发生失真，可能导致信号在该频率范围内出现较大波动。 2

总的来说，巴特沃斯滤波器作为一种常用的数字滤波器，拥有着频率选择性强、通带平滑、设计灵活等优点，能够很好地满足信号处理中的滤波需求。然而，也存在群延迟大、截止频率陡峭、阶数选择困难等缺点，需要结合具体应用场景进行选择和权衡。通过了解巴特沃斯滤波器的特点及优缺点，可以更好地应用于实际工程中，提高信号处理的效率和质量。