第一篇：設計數字濾波器范文
《數字信號處理》實驗三用雙線性變換法設計IIR數字濾波器
實驗三 用雙線性變換法設計IIR數字濾波器
一、 實驗目的
1、熟悉用雙線性變換法設計IIR數字濾波器的原理與方法
2、掌握數字濾波器的計算機仿真方法
3、通過觀察對實際心電圖信號的濾波作用獲得數字濾波的感性知識。
二、 實驗內容及原理
1、用雙線性變換法設計一個巴特沃斯低通IIR數字濾波器。設計指標參數為在通帶內截止頻率低于0.2時最大衰減小于1dB在阻帶內0.3頻率區間上最小衰減大于15dB。
2、以0.02為采樣間隔打印出數字濾波器在頻率區間0/2上的幅頻響應特性曲線。
3、用所設計的濾波器對實際心電圖信號采樣序列進行仿真濾波處理并分別打印出濾波前后的心電圖信號波形圖觀察總結濾波作用與效果。 教材例中已求出滿足本實驗要求的數字濾波系統函數 31kkzHzH 3211212121kzCzBzzAzHkkk 式中 A0.09036 2155.09044.03583.00106.17051.02686.1332211CBCBCB
三、實驗結果 心電圖信號采樣序列 0510152025303540455055-100-50050nxn心電圖信號采樣序列xn 用雙線性變換法設計IIR數字濾波器一級濾波后的心電圖信號 0102030405060-100-80-60-40-2002040ny1n一級濾波后的心電圖信號 二級濾波后的心電圖信號 0102030405060-100-80-60-40-2002040ny2n二級濾波后的心電圖信號 三級濾波后的心電圖信號 0102030405060-80-60-40-2002040ny3n三級濾波后的心電圖信號 用雙線性變換法設計IIR數
驗字濾波器濾代波器的幅頻響應曲線 碼 00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5-50-40-30-20-10010w/pi20lgHjw濾波器的幅頻響應曲線
四、實x-4-20-4-6-4-2-4-6-6-4-4-6-6-261280-16-38-60-84-90-66-32-4-2-48121210666400000-2-4000-2-200-2-2-2-20 n0:55 subplot111 stemnx. axis0 55 -100 50 xlabeln ylabelxn title心電圖信號采樣序列xn N56 A0.09036 20.09036 0.09036 B1 -1.2686 0.7051 B11 -1.0106 0.3583 B21 -0.9044 0.2155 y1filterABx n0:55 figure subplot111 stemny1. xlabeln ylabely1n title一級濾波后的心電圖信號 y2filterAB1y1 n0:55 figure 用雙線性變換法設計IIR數字濾波器subplot111 stemny2. xlabeln ylabely2n title二級濾波后的心電圖信號 y3filterAB2y2 n0:55figure subplot111 stemny3. xlabeln ylabely3n title三級濾波后的心電圖信號 A0.09036 20.09036 0.09036 B11 -1.2686 0.7051 B21 -1.0106 0.3583 B31 -0.9044 0.2155 H1wfreqzAB1100 H2wfreqzAB2100 H3wfreqzAB3100 H4H1.H2 HH4.H3 magabsH db20log10mageps/maxmag figure subplot111 plotw/pidb axis0 0.5 -50 10 xlabelw/pi ylabel20lgHjw title濾波器的幅頻響應曲線
五、實驗總結 雙線性變換法的特點 對頻率的壓縮符合下列公式 11112zzTs sTsTz22 用雙線性變換法設計IIR數字濾波器這樣的變換叫做雙線性變換。用雙線性變換法來設計數字濾波器由于從s面映射到s1面具有非線性頻率壓縮的特點因此不可能產生頻率混疊現象而且轉換成的Hz是因果穩定的這是雙線性變換法的最大優點。其缺點是w與之間的非線性關系直接影響數字濾波器頻香逼真的模仿模擬濾波器的頻響。 數字濾波器的輸入和輸出均為數字信號通過一定的運算關系改變輸入信號所含頻率成分的相對比例或者濾除某些頻率成分。數字濾波器可以通過模擬其網絡傳輸函數進行實現。如圖中所示濾波器對其高于截止頻率的頻段產生很高的衰減所得信號較之原信號剔除了高頻的成分。
第二篇：8課程設計—任務書—數字Butterworth濾波器的設計
課程設計名稱：信號分析與處理課程設計
課程設計題目：數字Butterworth濾波器的設計
初始條件：
1. Matlab6.5以上版本軟件;
2. 課程設計輔導資料：“Matlab語言基礎及使用入門”、“信號與系統”、“數字信號處理原理與實現”、
“Matlab及在電子信息課程中的應用”等;
3. 先修課程：信號與系統、數字信號處理、Matlab應用實踐及信號處理類課程等。
要求完成的主要任務：(包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求)
1. 課程設計時間：1周;
2. 課程設計內容：數字Butterworth濾波器的設計，具體包括：基本Butterworth濾波器的設計，數字
高通、帶通濾波器的設計，沖激響應不變法和雙線性變換法的應用等;
3. 本課程設計統一技術要求：研讀輔導資料對應章節，對選定的設計題目進行理論分析，針對具體設
計部分的原理分析、建模、必要的推導和可行性分析，畫出程序設計框圖，編寫程序代碼(含注釋)，上機調試運行程序，記錄實驗結果(含計算結果和圖表)，并對實驗結果進行分析和總結，按要求進行實驗演示和答辯等;
4. 課程設計說明書按學校“課程設計工作規范”中的“統一書寫格式”撰寫，具體包括：
① 目錄;
② 與設計題目相關的理論分析、歸納和總結;
③ 與設計內容相關的原理分析、建模、推導、可行性分析;
④ 程序設計框圖、程序代碼(含注釋)、程序運行結果和圖表、實驗結果分析和總結;
⑤ 課程設計的心得體會(至少500字);
⑥ 參考文獻;
⑦ 其它必要內容等。
時間安排： 1周(第18周)
附——具體設計內容：
1. 低通巴特沃斯模擬濾波器設計。設計一個低通巴特沃斯模擬濾波器：指標如下：
通帶截止頻率：fp=3400HZ, 通帶最大衰減：Rp=3dB
阻帶截至頻率：fs=4000HZ，阻帶最小衰減：AS=40dB
Ha(s)?1000 S?1000 2. 模擬低通轉換為數字低通濾波器已知一模擬濾波器的系數函數為
分別用沖激響應不變法和雙線性變換法將Ha(s)轉換成數字濾波器系統函數H(z)，并圖示Ha(s)和 H(z)的幅度相應曲線。分別取采樣頻率Fs=1000Hz和Fs=500Hz，分析沖激響應法中存在的頻率混疊失真和雙線性變換法存在的非線性頻率失真等。
3.設計一個10階的Butterworth濾波器，通帶為100～250Hz，采樣頻率為1000Hz，繪出濾波器的單位脈沖響應。
8-1
第三篇：用雙線性變換法設計原型低通為巴特沃茲型的數字IIR高通濾波器
電子信息工程
專業課程設計任務書
學生姓名
xx
專業班級
電信
學號
xxxx
題
目
用雙線性變換法設計原型低通為巴特沃茲型的數字IIR高通濾波器
課題性質
其它
課題來源
自擬課題
指導教師
xxx
同組姓名
xxxx
主要內容
用雙線性變換法設計原型低通為巴特沃茲型的數字IIR高通濾波器，要求通帶邊界頻率為500Hz，阻帶邊界頻率分別為400Hz，通帶最大衰減1dB，阻帶最小衰減40dB，抽樣頻率為2000Hz，用MATLAB畫出幅頻特性，畫出并分析濾波器傳輸函數的零極點;
信號經過該濾波器，其中300Hz，600Hz，濾波器的輸出是什么?用Matlab驗證你的結論并給出的圖形。
任務要求
1、掌握用雙線性變換法設計原型低通為巴特沃茲型的數字IIR高通濾波器的原理和設計方法。
2、求出所設計濾波器的Z變換。
3、用MATLAB畫出幅頻特性圖。
4、驗證所設計的濾波器。
參考文獻
1、程佩青著，《數字信號處理教程》，清華大學出版社，2001
2、Sanjit
K.
Mitra著，孫洪，余翔宇譯，《數字信號處理實驗指導書(MATLAB版)》，電子工業出版社，2005年1月
3、郭仕劍等，《MATLAB
7.x數字信號處理》，人民郵電出版社，2006年
4、胡廣書，《數字信號處理
理論算法與實現》，清華大學出版社，2003年
審查意見
指導教師簽字：
教研室主任簽字：
年
月
日
說明：本表由指導教師填寫，由教研室主任審核后下達給選題學生，裝訂在設計(論文)首頁
1
需求分析
當今，數字信號處理(DSP：Digtal
Signal
Processing)技術正飛速發展，它不但自成一門學科，更是以不同形式影響和滲透到其他學科：它與國民經濟息息相關，與國防建設緊密相連;它影響或改變著我們的生產、生活方式，因此受到人們普遍的關注。
數字化、智能化和網絡化是當代信息技術發展的大趨勢，而數字化是智能化和網絡化的基礎，實際生活中遇到的信號多種多樣，例如廣播信號、電視信號、雷達信號、通信信號、導航信號、射電天文信號、生物醫學信號、控制信號、氣象信號、地震勘探信號、機械振動信號、遙感遙測信號，等等。上述這些信號大部分是模擬信號，也有小部分是數字信號。模擬信號是自變量的連續函數，自變量可以是一維的，也可以是二維或多維的。大多數情況下一維模擬信號的自變量是時間，經過時間上的離散化(采樣)和幅度上的離散化(量化)，這類模擬信號便成為一維數字信號。因此，數字信號實際上是用數字序列表示的信號，語音信號經采樣和量化后，得到的數字信號是一個一維離散時間序列;而圖像信號經采樣和量化后，得到的數字信號是一個二維離散空間序列。數字信號處理，就是用數值計算的方法對數字序列進行各種處理，把信號變換成符合需要的某種形式。例如，對數字信號經行濾波以限制他的頻帶或濾除噪音和干擾，或將他們與其他信號進行分離;對信號進行頻譜分析或功率譜分析以了解信號的頻譜組成，進而對信號進行識別;對信號進行某種變換，使之更適合于傳輸，存儲和應用;對信號進行編碼以達到數據壓縮的目的，等等。
數字濾波技術是數字信號分析、處理技術的重要分支[2-3]。無論是信號的獲取、傳輸，還是信號的處理和交換都離不開濾波技術，它對信號安全可靠和有效靈活地傳輸是至關重要的。在所有的電子系統中，使用最多技術最復雜的要算數字濾波器了。數字濾波器的優劣直接決定產品的優劣。
本次課程設計的內容為用雙線性變換法設計原型低通為巴特沃茲型的數字IIR高通濾波器，要求通帶邊界頻率為500Hz，阻帶邊界頻率分別為400Hz，通帶最大衰減1dB，阻帶最小衰減40dB，抽樣頻率為2000Hz，用MATLAB畫出幅頻特性，畫出并分析濾波器傳輸函數的零極點;
信號經過該濾波器，其中300Hz，
600Hz，濾波器的輸出是什么?用Matlab驗證你的結論并給出的圖形。
2
概要設計：
2.
1
數字濾波器介紹
數字濾波器是具有一定傳輸選擇特性的數字信號處理裝置,其輸入、輸出均為數字信號,實質上是一個由有限精度算法實現的線性時不變離散系統。它的基本工作原理是利用離散系統特性對系統輸入信號進行加工和變換,改變輸入序列的頻譜或信號波形,讓有用頻率的信號分量通過,抑制無用的信號分量輸出。數字濾波器和模擬濾波器有著相同的濾波概念,根據其頻率響應特性可分為低通、高通、帶通、帶阻等類型,與模擬濾波器相比,數字濾波器除了具有數字信號處理的固有優點外,還有濾波精度高(與系統字長有關)、穩定性好(僅運行在0與l兩個電平狀態)、靈活性強等優點。
時域離散系統的頻域特性:,其中、分別是數字濾波器的輸出序列和輸入序列的頻域特性(或稱為頻譜特性),是數字濾波器的單位取樣響應的頻譜，又稱為數字濾波器的頻域響應。輸入序列的頻譜經過濾波后,因此，只要按照輸入信號頻譜的特點和處理信號的目的，
適當選擇，使得濾波后的滿足設計的要求，這就是數字濾波器的濾波原理。
2.
2
IIR數字濾波器的設計方法
IIR數字濾波器的基本結構
一個數字濾波器可以用系統函數表示為：
(2-1)
由這樣的系統函數可以得到表示系統輸入與輸出關系的常系數線形差分程為：
(2-2)
可見數字濾波器的功能就是把輸入序列x(n)通過一定的運算變換成輸出序列y(n)。不同的運算處理方法決定了濾波器實現結構的不同。無限沖激響應濾波器的單位抽樣響應h(n)是無限長的，其差分方程如(2-2)式所示，是遞歸式的，即結構上存在著輸出信號到輸入信號的反饋，其系統函數具有(2-1)式的形式，因此在z平面的有限區間(0<︱z︱<∞)有極點存在。
前面已經說明，對于一個給定的線形時不變系統的系統函數，有著各種不同的等效差分方程或網絡結構。由于乘法是一種耗時運算，而每個延遲單元都要有一個存儲寄存器，因此采用最少常熟乘法器和最少延遲支路的網絡結構是通常的選擇，以便提高運算速度和減少存儲器。然而，當需要考慮有限寄存器長度的影響時，往往也采用并非最少乘法器和延遲單元的結構。
IIR濾波器實現的基本結構有：
(1)IIR濾波器的直接型結構;
優點：延遲線減少一半，變為N
個，可節省寄存器或存儲單元;
缺點：其它缺點同直接I型。
通常在實際中很少采用上述兩種結構實現高階系統，而是把高階變成一系列不同組合的低階系統(一、二階)來實現。
(2)IIR濾波器的級聯型結構;
特點：系統實現簡單，只需一個二階節系統通過改變輸入系數即可完成;
·
極點位置可單獨調整;
·
運算速度快(可并行進行);
·
各二階網絡的誤差互不影響，總的誤差小，對字長要求低。
缺點：
不能直接調整零點，因多個二階節的零點并不是整個系統函數的零點，當需要準確的傳輸零點時，級聯型最合適。
(3)IIR濾波器的并聯型結構。
優點：
·
簡化實現，用一個二階節，通過變換系數就可實現整個系統;
·
極、零點可單獨控制、調整，調整α1i、α2i只單獨調整了第i對零點，調整β1i、β2i則單獨調整了第i對極點;
·
各二階節零、極點的搭配可互換位置，優化組合以減小運算誤差;
·
可流水線操作。
缺點：
·
二階階電平難控制，電平大易導致溢出，電平小則使信噪比減小。
a、直接型
b、并聯型
c、串聯型
2.
3
巴特沃茲濾波器
(Butterworth
濾波器)
特點：具有通帶內最大平坦的振幅特性，且隨f↗，幅頻特性單調↘。
其幅度平方函數：
N為濾波器階數，如圖1
圖1、
巴特沃斯濾波器振幅平方特性
通帶：
使信號通過的頻帶
阻帶：抑制噪聲通過的頻帶
過渡帶：通帶到阻帶間過渡的頻率范圍
Ωc
：截止頻率。
過渡帶為零
理想濾波器
阻帶|H(jΩ
)|=0
通帶內幅度|H(jΩ)|=cons.
H(jΩ)的相位是線性的
圖3-1中，N增加，通帶和阻帶的近似性越好，過渡帶越陡。
通帶內，分母Ω/Ωc<1,
(
Ω/Ωc)2N<1，A(Ω2)→1。
過渡帶和阻帶，Ω/Ωc>1，
(
Ω/Ωc)2N>1,
Ω增加，
A(Ω2)
快速減小。
Ω=Ωc,
,,幅度衰減，相當于3db衰減點。
振幅平方函數的極點
可見，Butter
worth濾波器
的振幅平方函數有2N個極點，它們均勻對稱地分布在|S|=Ωc的圓周上。
考慮到系統的穩定性，知DF的系統函數是由S平面左半部分的極點(SP3，SP4，SP5)組成的，它們分別為：
系統函數為
令
，得歸一化的三階BF：
如果要還原的話，則有
2.
4
雙線性變法法
目的：將模擬帶通濾波器轉換成數字高通濾波器
為了克服沖激響應法可能產生的頻率響應的混疊失真，這是因為從S平面到Z平面是多值的映射關系所造成的。為了克服這一缺點，可以采用非線性頻率壓縮方法，將整個頻率軸上的頻率范圍壓縮到-π/T～π/T之間，再用z=esT轉換到Z平面上。也就是說，第一步先將整個S平面壓縮映射到S1平面的-π/T～π/T一條橫帶里;第二步再通過標準變換關系z=es1T將此橫帶變換到整個Z平面上去。這樣就使S平面與Z平面建立了一一對應的單值關系，消除了多值變換性，也就消除了頻譜混疊現象，映射關系如圖2
圖2雙線性變換的映射關系
為了將S平面的整個虛軸jΩ壓縮到S1平面jΩ1軸上的-π/T到π/T段上，可以通過以下的正切變換實現
式中,T仍是采樣間隔。
當Ω1由-π/T經過0變化到π/T時，Ω由-∞經過0變化到+∞，也即映射了整個jΩ軸。將式寫成
將此關系解析延拓到整個S平面和S1平面，令jΩ=s，jΩ1=s1，則得
再將S1平面通過以下標準變換關系映射到Z平面
z=es1T
從而得到S平面和Z平面的單值映射關系為：
首先,把z=ejω，可得
即S平面的虛軸映射到Z平面的單位圓。
其次，將s=σ+jΩ代入式，得
因此
由此看出，當σ<0時，|z|<1;當σ>0時，|z|>1。也就是說，S平面的左半平面映射到Z平面的單位圓內，S平面的右半平面映射到Z平面的單位圓外，S平面的虛軸映射到Z平面的單位圓上。因此，穩定的模擬濾波器經雙線性變換后所得的數字濾波器也一定是穩定的。
雙線性變換法優缺點：雙線性變換法與脈沖響應不變法相比，其主要的優點是避免了頻率響應的混疊現象。這是因為S平面與Z平面是單值的一一對應關系。S平面整個jΩ軸單值地對應于Z平面單位圓一周，即頻率軸是單值變換關系。這個關系如式所示，重寫如下：
上式表明，S平面上Ω與Z平面的ω成非線性的正切關系
由圖3看出，在零頻率附近，模擬角頻率Ω與數字頻率ω之間的變換關系接近于線性關系;但當Ω進一步增加時，ω增長得越來越慢，最后當Ω→∞時，ω終止在折疊頻率ω=π處，因而雙線性變換就不會出現由于高頻部分超過折疊頻率而混淆到低頻部分去的現象，從而消除了頻率混疊現象。
圖3雙線性變換法的頻率變換關系
但是雙線性變換的這個特點是靠頻率的嚴重非線性關系而得到的，如式(及圖4所示。由于這種頻率之間的非線性變換關系，就產生了新的問題。首先，一個線性相位的模擬濾波器經雙線性變換后得到非線性相位的數字濾波器，不再保持原有的線性相位了;其次，這種非線性關系要求模擬濾波器的幅頻響應必須是分段常數型的，即某一頻率段的幅頻響應近似等于某一常數(這正是一般典型的低通、高通、帶通、帶阻型濾波器的響應特性)，不然變換所產生的數字濾波器幅頻響應相對于原模擬濾波器的幅頻響應會有畸變，如圖5所示。
圖5雙線性變換法幅度和相位特性的非線性映射
對于分段常數的濾波器，雙線性變換后，仍得到幅頻特性為分段常數的濾波器，但是各個分段邊緣的臨界頻率點產生了畸變，這種頻率的畸變，可以通過頻率的預畸來加以校正。也就是將臨界模擬頻率事先加以畸變，然后經變換后正好映射到所需要的數字頻率上。
2.
5
設計步驟
根據以上FIR數字濾波器設計方法，下面運用雙線性變換法基于MATLAB設計一個FIR高通濾波器，其中通帶邊界頻率為500Hz，阻帶邊界頻率分別為400Hz，通帶最大衰減1dB，阻帶最小衰減40dB，抽樣頻率為2000Hz
(1)確定性能指標
在設計高通濾波器之前,首先根據工程實際的需要確定濾波器的技術指標:
(2)頻率預畸變
用Ω=2/T*tan(w/2)對高通數字濾波器H(z)的數字邊界頻率預畸變,得到高通模擬濾波器H(s)的邊界頻率主要是通帶截止頻率Wp1;阻帶截止頻率Ws1，的轉換。
(3)模擬高通性能指標轉換成模擬低通性能指標
WP=1;
%歸一化處理
WS=WP*
Wp1/
Ws1;
(4)模擬低通濾波器的構造
借助巴特沃茲濾波器得到模擬低通濾波器的傳輸函數。
(5)模擬低通濾波器轉換成模擬高通濾波器
調用lp2bp函數將模擬低通濾波器轉化為模擬高通濾波器。
(6)模擬高通濾波器轉換成數字高通濾波器
利用雙線性變換法將模擬高通濾波器Ha(s)轉換成數字高通濾波器H(z)。
(7)輸入信號檢驗濾波器性能
輸入不同頻率的正弦波，觀察輸出波形，檢驗濾波器性能。
2.
6
程序流程圖
開始
↓
讀入數字濾波器技術指標
↓
將指標轉換成歸一化模擬低通濾波器的指標
↓
↓
模擬域頻率變換，將G(P)變換成模擬高通濾波器H(s)
↓
用雙線性變換法將H(s)轉換成數字高通濾波器H(z)
↓
輸入信號后顯示相關結果
結束
2.
7
問題分析
(1)
在設計高通濾波器時，首先要將數據進行歸一化這樣可以提高設計的準確性。
(2)
在設計信號的輸入時，課程中的數據f2如果是600HZ時，則復合信號通過濾波器時無法輸出正常的信號X2，這說明頻率太低，而被全被濾除，在將頻率改至3000HZ之后則能輸出符合設計要求的信號。
(3)
信號通過濾波器后輸出的信號與x2的信號開始部分有點失真，這時因為信號并不是非常理想的通過濾波器的，在通過濾波器時受到濾波器的影響是從不穩定逐漸趨向穩定的。
3
運行環境
Windows
xp
4
開發工具和編程語言
Matlab
6.5
5
詳細設計
clc;clear
all
Rp
=
1;
%
通帶衰減/dB
Rs
=
40;
%阻帶衰減/dB
OmegaP1_1=500;
%
通帶邊界頻率
OmegaS1_1=400;
%
阻帶邊界頻率
Fp=2000;
%
抽樣頻率
Wp1=2*pi*OmegaP1_1/Fp;
%
通帶頻率模數轉換
Ws1=2*pi*OmegaS1_1/Fp;
%
阻帶頻率模數轉換
OmegaP1=tan(Wp1/2);
%
通帶頻率非線性變換
OmegaS1=tan(Ws1/2);
%
阻帶頻率非線性變換
Eta_P=OmegaP1/OmegaP1;
%歸一化
Eta_S=OmegaS1/OmegaP1;
%歸一化
Lemta_P_EquivalentLowPass=1/Eta_P;
Lemta_S_EquivalentLowPass=1/Eta_S;
%
估計濾波器階數
[N,
Wn]
=
buttord(Lemta_P_EquivalentLowPass,
Lemta_S_EquivalentLowPass,
Rp,
Rs,'s');
%設計濾波器
[num1,den1]
=
butter(N,Wn,'s');
[num2,den2]=lp2hp(num1,den1,OmegaP1);
[num,den]=bilinear(num2,den2,0.5);
[z,p,k]=tf2zp(num,den)
%顯示傳輸函數
disp('分子系數是');disp(num);
disp('分母系數是');disp(den);
%
計算增益響應
w
=
0:pi/255:pi;
h
=
freqz(num,den,w);
g
=
20*log10(abs(h));
%
繪制增益響應
figure;
plot(w/pi,g);grid
%繪制巴特沃茲高通濾波器幅頻特性
axis([0
1
-60
5]);
xlabel('omega
/pi');
ylabel('增益/
dB');
title('巴特沃茲高通濾波器');
figure;
zplane(z,p);%繪制傳輸函數零極點
title('傳輸函數的零極點');
f1=300,f2=3000;
n=0:600;t=n/10000;
x1=sin(2*pi*f1*t);
x2=sin(2*pi*f2*t);
x=x1+x2;
figure;
subplot(2,2,1)%繪制x1的波形
plot(x1);grid
on;
axis([0,50*pi,-3,3]);
xlabel('t');ylabel('x1(t)');
title('x1的波形');
subplot(2,2,2)%繪制x1的波形
plot(x2);grid
on;
axis([0,50*pi,-3,3]);
xlabel('t');ylabel('x2(t)');
title('x2的波形');
subplot(2,2,3)%繪制輸入x的波形
plot(x);grid
on;
axis([0,50*pi,-3,3]);
xlabel('t');ylabel('x(t)');
title('輸入信號x的波形')
y=filter(num,den,x);%數字濾波器輸出
subplot(2,2,4);%繪制輸出y的波形
plot(y);
grid
on;
axis([0,50*pi,-3,3]);
xlabel('t');ylabel('y');
title('濾波器輸出y的波形')
6
調試分析
z
=
1.3186
+
0.0728i
1.3186
-
0.0728i
1.2471
+
0.1915i
1.2471
-
0.1915i
1.1460
+
0.2529i
1.1460
-
0.2529i
1.0478
+
0.2773i
1.0478
-
0.2773i
0.9460
+
0.2698i
0.9460
-
0.2698i
0.8580
+
0.2250i
0.8580
-
0.2250i
0.7968
+
0.1570i
0.7968
-
0.1570i
0.7632
+
0.0792i
0.7632
-
0.0792i
0.7531
p
=
0.0444
+
0.9106i
0.0444
-
0.9106i
0.0381
+
0.7545i
0.0381
-
0.7545i
0.0336
+
0.6187i
0.0336
-
0.6187i
0.0303
+
0.4976i
0.0303
-
0.4976i
0.0279
+
0.3871i
0.0279
-
0.3871i
0.0262
+
0.2843i
0.0262
-
0.2843i
0.0251
+
0.1868i
0.0251
-
0.1868i
0.0245
+
0.0926i
0.0245
-
0.0926i
0.0243
k
=
7.3789e-005
分子系數是
Columns
1
through
6
0.0001
-0.0013
0.0100
-0.0502
0.1756
-0.4566
Columns
7
through
12
0.9132
-1.4350
1.7938
-1.7938
1.4350
-0.9132
Columns
13
through
18
0.4566
-0.1756
0.0502
-0.0100
0.0013
-0.0001
分母系數是
Columns
1
through
6
1.0000
-0.5247
2.4322
-1.0556
2.2461
-0.7954
Columns
7
through
12
1.0097
-0.2858
0.2357
-0.0517
0.0283
-0.0046
Columns
13
through
18
0.0016
-0.0002
0.0000
-0.0000
0.0000
-0.0000
f1
=
300
7
測試結果
8
實驗總結
通過此次課程設計我對數字信號處理有了進一步的認識，但是由于自己數字信號處理的理論課程沒有達到很深的了解，對數字濾波器的設計缺少認識，因此在此次課程設計中我還是遇到了很多問題。在加上自己在matlab軟件應用方面存在一些問題，所以比較吃力。因此在設計過程中，我是看了遍數字信號處理的教科書并且特別注重看了關于數字濾波器的設計的內容，再通過利用參考文獻與網絡，完成了用Matlab進行數字信號處理課程設計。
通過課程設計，不僅加深了對理論知識的了解,鞏固了課堂上所學的理論知識,而且還增加了自己的動手能力，并且理解與掌握數字信號處理中的基本概念、基本原理、基本分析方法。與其他高級語言的程序設計相比，MATLAB環境下可以更方便、快捷地設計出具有嚴格線性相位的FIR濾波器，節省大量的編程時間，提高編程效率，且參數的修改也十分方便，還可以進一步進行優化設計。相信隨著版本的不斷提高，MATLAB在數字濾波器技術中必將發揮更大的作用。同時，用MATLAB計算有關數字濾波器的設計參數，如H(z)、h(n)等，對于數字濾波器的硬件實現也提供了一條簡單而準確的途徑和依據。
總之，這次課程設計設計不僅增強了自己的理論知識，加強了自己的動手能力，而且還培養了自己遇到問題之后如何去發現問題、解決問題的能力。此次課程設計對自己在許多方面都有了很大的幫助。最后還要感謝指導老師的辛勤知道和教育!
參考文獻
[1]、程佩青著，《數字信號處理教程》，清華大學出版社，2001
[2]、Sanjit
K.Mitra著，孫洪，余翔宇譯，《數字信號處理實驗指導書(MATLAB版)》，電子工業出版社，2005年1月
[3]、郭仕劍等，《matlab7.x數字信號處理》，人民郵電出版社，2006年
[4]、胡廣書，《數字信號處理理論算法與實現》，清華大學出版社，2003
[5]、Sanjit
K.Mitra著，《數字信號處理---基于計算機的方法》(第3版)，清華大學出版社，2006年10月
第四篇：數字濾波器調研報告
一、數字濾波器
數字濾波器由數字乘法器、加法器和延時單元組成的一種算法或裝置。數字濾波器的功能是對輸入離散信號的數字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的 。數字濾波器對信號濾波的方法是：用數字計算機對數字信號進行處理，處理就是按照預先編制的程序進行計算。數字濾波器的原理如圖所示，它的核心是數字信號處理器。
二、數字濾波器發展背景
隨著信息科學與計算技術的迅速發展，數字信號處理的理論與應用得到飛躍式發展，形成了一門極為重要的學科。不僅如此，它還以不同的形式影響及滲透到其他的學科中去。不論是國民經濟或者是國防建設都與之息息相關，緊密相連。
我們現實生活中會遇到多種多樣的信號，例如廣播信號、電視信號、雷達信號、通信信號、導航信號、射電天文信號、生物醫學信號、控制信號、氣象信號、地震勘探信號、機械振動信號、遙感遙測信號等等。上述這些信號大部分是模擬信號，也有小部分是數字信號。模擬信號是自變量的連續函數，自變量可以是一維的，也可以是二維或多維的。大多數情況下一維模擬信號的自變量是時間，經過時間上的離散化(采樣)和幅度上的離散化(量化)，這類模擬信號便成為一維數字信號。因此，數字信號實際上是用數字序列表示的信號，語音信號經采樣和量化后，得到的數字信號是一個一維離散時間序列;而圖像
信號經采樣和量化后，得到的數字信號是一個二維離散空間序列。信號處理的目的一般是對信號進行分析、變換、綜合、估值與識別等。如何在較強的噪聲背景下提取出真正的信號或信號的特征，并將其應用于工程實際是信號處理的首要任務。根據處理對象的不同，信號處理技術分為模擬信號處理系統和數字信號處理系統。數字信號處理(Digital signal Processing，DSP)與模擬信號處理相比有許多優點，如相對于溫度和工藝的變化數字信號要比模擬信號更穩健，在數字表示中，精度可以通過改變信號的字長來更好地控制，所以DSP技術可以在放大信號的同時去除噪聲和干擾，而在模擬信號中信號和噪聲同時被放大，數字信號還可以不帶誤差地被存儲和恢復、發送和接收、處理和操縱。許多復雜的系統可以用高精度、大信噪比和可重構的數字技術來實現。
目前，數字信號處理已經發展成為一項成熟的技術，并且在許多應用領域逐步代替了傳統的模擬信號處理系統，如通訊、系統控制、電力系統、故障檢測、語音、圖像、自動化儀器、航空航天、鐵路、生物醫學工程、雷達、聲納、遙感遙測等。
數字信號處理中一個非常重要且應用普遍的技術就是數字濾波。所謂數字濾波，是指其輸入、輸出均為數字信號，通過一定的運算關系改變輸入信號所含的頻率成分的相對比例或濾除某些頻率成分，達到提取和加強信號中的有用成份，消弱無用的干擾成份的目的。數字濾波與模擬濾波相比，有精度高、可靠性高、靈活性好等突出優點，
可以滿足對幅度和相位的嚴格要求，還能降低開發費用，縮短研制到應用的時間，在很多領域逐步代替了傳統的模擬信號系統。
數字濾波器，在數字信號處理中有著廣泛的應用，因此，無論是在理論研究上還是在如通訊、HDTV(高清晰度電視)、雷達、圖象處理、數字音頻等實際應用上都有著美好的技術前景和巨大的實用價值。
三、國內外發展狀況
數字濾波器精確度高、使用靈活、可靠性高，具有模擬設備所沒有的許多優點，已廣泛地應用于各個科學技術領域, 例如數字電視、語音、通信、雷達、聲納、遙感、圖像、生物醫學以及許多工程應用領域。隨著信息時代數字時代的到來，數字濾波技術已經成為一門極其重要的學科和技術領域。以往的濾波器大多采用模擬電路技術，但是，模擬電路技術存在很多難以解決的問題，例如，模擬電路元件對溫度的敏感性，等等。而采用數字技術則避免很多類似的難題，當然數字濾波器在其他方面也有很多突出的優點，這些都是模擬技術所不能及的，所以采用數字濾波器對信號進行處理是目前的發展方向。關于數字濾波器的研究，在40年代末期就有人研究過它的可能性問題，在50年代也有人在研究生班討論過數字濾波的問題。直到60年代中期美國科學家庫利、圖基總結前人的研究成果，經過長期的研究，才開始形成了一套完整關于數字濾波器的正規理論。在這一時期，各種各樣的數字濾波器原理結構和特性被提出，并且出現了各
種數字濾波器的逼近方法和實現方法，對遞歸和非遞歸兩類濾波器作了全面的比較和分析。數字濾波器經歷了有限沖激響應(FIR)和無限沖激響應(IIR)關系的認識轉化過程。當利用快速傅利葉變換(FFT)來實現卷積運算的概念被提出之后，發現高階有限沖激響應濾波器也可用較高的運算效率來實現，因此使得人們對高性能的有限沖激響應濾波器的設計方法進行了大量的研究分析，從而出現了此后數字濾波器設計中頻域方法與時域方法的局面。
我國在DSP技術起步較早，產品的研究開發成績斐然，基本上與國外同步發展，而在FPGA方面起步較晚。全國有100來所高等院校從事DSP&FPGA的教學和科研，除了一部分DSP芯片需要從國外進口外，在信號處理理論和算法方面，與國外處于同等水平。而在FPGA信號處理和系統方面，有了喜人的進展，正在進行與世界先進國家同樣的研究。比如西北工業大學和國防科學技術大學的ATR實驗室采用了FPGA可重構計算系統進行機載圖像處理和自動目標識別，主要是利用該系統進行復雜的卷積運算，同時利用它的可變柔性來達到自適應的目的。北京理工大學研究利用FPGA提高加解密運算的速度，等等。
隨著我國科學技術的快速發展，國內有很多專家教授在數字濾波領域展開長期的深入研究，如天津大學的王兆華教授、山東大學的賴曉平教授等。無論是在理論方面還是在工程技術領域，都有很多科研成果。因而數字濾波器不斷應用在各行各業里，我國現有濾波器的種類及應用技術己基本上滿足現有各種電信設備需求。從整體而言，我
國無源濾波器發展比有源濾波器迅速，而數字濾波器比模擬濾波器的發展較緩慢。
關于數字濾波器理論研究的發展也帶來了數字濾波器在實現上的空前發展。20世紀60年代起，由于計算機技術、集成工藝和材料工業的發展，濾波器的發展上了一個新臺階，朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩定可靠和價廉等方向努力，其中高精度、小體積、多功能、穩定可靠成為70年代以后的主攻方向，導致數字濾波器、RC有源濾波器、開關電容濾波器和電荷轉移器等各種濾波器的飛速發展。到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成己被研制出來并得到應用，90年代至現在主要致力于把各類濾波器應用于各類產品的開發和研制。當然，對濾波器本身的研究仍在不斷進行。
目前，國外有許多院校和科研機構在研究基于FPGA的DSP應用，比較突出的有Denmark大學的研究小組正在從事FPGA實現數字濾波器的研究。由于FPGA實現乘法器有困難，因此他們重點研究開發無乘法的濾波器算法。加州大學洛杉磯分校的研究小組采用運行時重構技術開發了一種視頻通訊系統，該系統用一片FPGA可每幀重構四次完成視頻圖像壓縮和傳送的操作。此外，他們還在進行Mojave項目的開發工作，力圖采用運行時重構技術來實現自動目標識別應用。
第五篇：數字示波器使用小方法
前 言
本文的結構逐條編排，目的是使內容成為開放性和可添加型的，歡迎有經驗的同事增加新的內容。
對本文中用到按鍵符號作如下規定：
TRIGGER MENU →Type(main)
→Edge(pop-up) →Coupling(main)→DC(Side) 代表按面板上的TRIGGER MENU鍵，再按顯示屏下方的Type鍵，重復按這個鈕直到Edge高亮顯示，再按顯示屏下方的Coupling，再按顯示屏右側的DC鍵。
注：main代表顯示屏下方的鍵，Side代表顯示屏右方的鍵,pop-up代表一直按此鍵，直到項目高亮顯示。
目 錄
一.安全問題...............................................................1 二.使用探頭...............................................................2 三.觸發方式..............................................................11 四.測試方法..............................................................15 五.小常識、小經驗........................................................23
示波器使用經驗
一. 安全問題
結論一 示波器電源線要用三相插頭良好接地(即接實驗室的地線)
說明 為了避免電沖擊對示波器造成損傷，輸出及輸入端進行電氣連接前要保證示波器良好接地。
結論二 探頭地線只能接電路板上的地線，不可以搭接在電路板的正、負電源端 說明 交流供電系統或經整流后直流供電的系統的地一般都是接大地的。探頭的地也是經示波器安全地線接大地的。如果探頭的地搭在電路板上不是地的點上，就會造成此點和電源地短路，輕者使電路板工作不正常，重者會燒壞電路板或探頭，造成嚴重后果。尤其注意不能把探頭的地接到電路板上的正、負電源端。
結論三 不允許在探頭還連接著被測試電路時插拔探頭。
結論四 信號的幅度不要超過探頭和示波器的安全幅度，以免造成損壞
說明 信號幅度超過±40V時，用有源探頭P6245和P6243測量會造成探頭的損壞。不同探頭的幅度量程是不同的，要留心探頭及示波器上的說明文字。
說明 避免對示波器和探頭造成損傷，尤其是有源探頭。廠家說明。
1
示波器使用經驗
二. 使用探頭
結論一 有源探頭使用前要先進行幅度校準 示例：
說明： 有源探頭內含放大器等有源器件，因溫漂等原因而使其在不同環境中引入直流偏移不同。使用前，先插到示波器上預熱幾分鐘，然后進行一次校準。校準步驟：探頭接好示波器面板自帶的1KHZ、0.5V的信號，按VERTICAL→CAL Probe(main)，稍等幾分鐘后示波器就自動校準好了。 有源探頭未校正前測一1KHZ信號有100mV的直流偏移
有源探頭校正后測量同一信號時無直流偏移
結論二 探頭的地線不要懸空
示例
說明 探頭地線懸空時，示波器的地和電路板的地通過各自的安全地線和大地連在一起，測量時也能看到波形，但引入地線噪聲較大，實測時看到波形不穩定，晃動很厲害。
探頭地線懸空時，示波器顯示信號上疊加有較大的交流干擾，并且波形抖動很厲害。
探頭接電路GND，波形無交流干擾，波形也很穩定。
示波器使用經驗
結論三 手觸摸探頭會對被測信號造成影響
示例
探頭空載，手不碰探頭時示波器顯示的感應噪聲電壓很小
探頭空載，手碰探頭探針時示波器顯示的感應噪聲電壓明顯增大
以下兩幅圖是實際測試電路板上同一個信號時的波形，可看出手碰探頭對信號的幅度的影響。
實際信號下降沿反沖很高，達1 .78V。
降沿反沖幅度變小, 只有1.24V。
手碰探頭外皮時，示波器顯示的信號下說明 當手指觸摸被測電路及探頭時，人體引入的干擾電壓和電路板上的信號電壓疊加在一起，必然對信號的實際情況造成影響。
結論四 探頭地就近接被測信號的地
示例
示波器使用經驗
探頭接被測信號所在芯片管腳地時測到波形
探頭接另外一個芯片的地時測到的同一信號波形，可見反沖高度不一樣
說明 由于地線電流的影響，各個接地點之間存在著一定的電位差，接地不正確時，會引入測試誤差。探頭接地點要以被測信號所在芯片的引腳地為準。 結論五 探頭探針就近接被測信號管腳 示例：
同一個接地點時，同一信號線上不同兩點的波形不同。(40M時鐘)
說明 在同一條PCB走線上，信號存在反射、濾波、串擾等因素影響，走線的兩端觀察到的信號是不同的，而對器件直接起作用的信號是器件輸入管腳和器件地之間的信號。因此，測信號時，應測輸入信號，且要盡量靠近芯片管腳。
結論六 引出線要盡量短 示例：以下四幅圖是用不同長度引出線測同一信號時的波形，可看出不同長度引出線對測量的影響
直接測芯片輸入管腳
用10厘米長線引出
用20厘米長線引出
用 4 30
厘米長線引出
示波器使用經驗
比較四幅圖的反沖高度可見，引出線越長，引入誤差越大。
結論七 使用多個有源探頭觀察不同信號時，每個探頭都應接地
示例
兩個通道測同一信號，CH1探頭接
地，CH2探頭未接地，測得波形不 一樣
CH1和CH2 的兩個探頭都
接地時測得波形相同 說明 原因同上
說明 每個有源探頭都帶有放大器，其地雖與示波器內部地相連，但此時地線已不是對應信號的地，對測量帶來誤差。
結論八 測試時，盡量減小探頭探針與探頭地所構成環路的面積
示例
說明 探頭信號線和地線之間環路面積越小，電磁場的變化(包括電路板本身產生的和外界環境中的)在環路中感應出的電壓越小，對測試精度的影響也就越小。另外，當探針與地線環路面積大時，由于地環路電感的增大，會使信號邊沿過沖增大，引入誤差。如下面兩幅圖所示。
探頭探針與探頭地所構成環路的面積小時感應的噪聲電壓小
探頭探針與探頭地所構成環路的面積大時感應的噪聲電壓大
示波器使用經驗
結論九 探頭要盡量與電路板PCB板面垂直
示例
探頭與電路板垂直時感應的噪聲電壓小
探頭與電路板平行時感應的噪聲電壓大 地環路面積小時測得過沖是2.2V
地環路面積大時測得過沖是2.8V 說明 與探頭和PCB板面平行相比，探頭與PCB板面垂直時電路板中高頻信號在示波器探頭環路中感應出的電壓較小。
結論十 測量任意兩點間的信號應使用差分探頭 示例
這是用差分探頭測量RS-422差分傳輸的波形圖
說明：普通探頭只能測相對于地的信號，而差分探頭可以測任意兩點間信號。差分探頭有三根引線：一根地線，一根正信號線(標示為+)和一根負信號線(標示為—)。使用時，探頭地線接電路板GND，正負端分別接被測差分電壓
示波器使用經驗
端，示波器顯示的波形是正端信號減負端信號的電壓差值。
結論十一 可以用兩個普通探頭代替差分探頭進行差分測量
示例
說明 用兩個相同的探頭，CH1接A點，CH2接B點，然后用示波器的運算功能，選擇CH1-CH2，此時示波器顯示的就是A和B兩點的差分值。這種方法適用于共模電壓為直流或低頻且幅度低于差模信號允許幅度的情況。
結論十二 用差分探頭作對地測量時“-”端不能懸空 示例：
差分探頭作對地測量，“-”端未接地時波形圖
差分探頭作對地測量，“-”端接地時測同一信號的波形圖
上圖是用兩個普通探頭相減作差分測量波形圖 下圖是用差分探頭測量同一信號的波形圖
說明 “-”端是差分探頭中放大器的一個輸入引腳，差分探頭用作普通探頭測對地電壓時，負端懸空時易引入干擾，應要接電路地。
結論十三 小心探頭間的串擾現象
示例
示波器使用經驗
兩個探頭靠得很近(尤其是探針
和探頭地線構成面積平行重疊時)，測到波形有串擾
兩個探頭遠離時，測到波形無串擾
說明 高頻信號輻射較強，多個探頭共用時，探針上高頻信號會在各個探頭與地線組成的環路面積中感應出噪聲，當多個探頭平行走線時尤其嚴重。從示波器上看好像是電路板上信號間的串擾，而實際電路板上信號并無串擾。因此要注意，多個探頭共用時，各探頭要避免平行走線，更不要纏在一起，要盡量遠離。
結論十四 探頭與示波器有特殊的匹配關系
說明 TEK示波器的輸入電阻有兩檔，1MΩ和50Ω。當接有源探頭時(如P6245)，示波器的輸入電阻會自動轉換到50Ω，從而進行正確測量。當再換上無源探頭時，需要手工把示波器的輸入電阻設臵回到1MΩ，否則屏幕上會顯示錯誤波形或無波形顯示，無法進行正確測量。操作步驟是：VERTICAL MENU →Coupling(main)→1MΩ(side)。
結論十五 有源探頭未插好時，雖顯示有波形，但波形幅度錯誤 示例：
示例
用500M無源探頭，示波器輸入電阻選1M時，測到的正常信號波形 用500M無源探頭，示波器輸入電阻選50Ω時，測同一信號的波形，發生了錯誤。
示波器使用經驗
探頭未插好時顯示的信號幅度發生錯誤，本來是0-5V的電平，卻顯示成了0-25V和0-250V。(同一個信號)
說明 斷開探頭和電路的電氣連接，從示波器上拔下探頭再重新插入。一般先插好探頭再打開示波器的電源開關時無此現象發生。
結論十六 要注意差分探頭的“削波”現象 示例：
說明： TEK公司差分探頭P6247能夠測量的差分電壓范圍是：打在÷10檔位時是±8.5V，打在÷1檔位時只有±850mV。差分信號峰峰值超過850mV時(比如測公司常用的平衡線傳輸信號±5V)，要注意選用÷10檔，否則會因輸入過大而使顯示的波形發生錯誤。
結論十七 測試高速信號時要選用1G、1PF探頭
示例
說明 對被測信號而言，探頭和示波器輸入電容相當于是濾波器，對被測信
差分探頭，用÷10檔位測到的正確差分信號波形
差分探頭，用÷1檔測到的同一差分波形，發生了“削波”現象
用，1G示波器，配1G、1PF探頭觀察到的信號波形，有高頻振蕩。
用1G示波器，配500M、8PF探頭觀察同一信號波形，看不到高頻振蕩。
示波器使用經驗
號的高頻成分有衰減，如果衰減過大，會造成測試失真。因此，在觀察信號上升或下降沿細節時，要注意選用1PF有源探頭。
再如下圖，用1PF探頭看到信號邊沿有毛刺，用8PF探頭卻看不到。
探頭使用正確與否，直接決定著我們觀察到的信號是否真實地反映了電路板上信號的實際情況。測試時，一定要注意正確使用探頭。
8PF探頭看不到邊沿毛刺
用1PF探頭能看到邊沿的毛刺
示波器使用經驗
三. 觸發方式
1. 邊沿觸發簡單常用-edge
說明： 它是利用信號變化的邊沿來進行觸發。一般先用邊沿觸發方式觀察信號情況，發現有問題時再根據實際情況選用其它的觸發方式。
2. 捕捉毛刺-glitch觸發
用邊沿觸發能看到低電平上有毛刺， 但很難捕捉到最高幅度的毛刺
用毛刺觸發功能捕捉最高幅度的毛刺很容易
用上升沿觸發觀察信號
說明：毛刺觸發是很有用的一項功能，可用來捕捉低電平或高電平上的毛刺，看其幅度是否超標。毛刺觸發方式下，隨著觸發電平的緩慢調高，毛刺幅度更高的信號就顯示在屏幕上，直到觸發電平位臵超出信號毛刺所能觸發范圍。
操作方法 ：TRIGGER MENU→Type(main)→Pulse(pop-up)→Class(main)
→Glitch(pop-up) ,然后按Polarity&Width選擇毛刺的極性和寬度，再按glitch(main),選accept表示寬度小于設臵值的毛刺觸發，選reject表示寬度大于設臵值的毛刺觸發。Mode&Holdoff設臵為Normal 時,表示只有當信號符合所設臵的觸發條件時才觸發;設臵為Auto時，表示在沒有符合觸發條件的情況下，示波器自動觸發。
3. 捕捉幅度異常信號-Runt觸發
以幅度位于1.4V和4.4V之間的信號觸發捕
捉到幅度異常信號
示波器使用經驗
說明：信號幅度位于一定范圍內時觸發。操作方法是：TRIGGER MENU→Type(main)→Pulse(pop-up)→Class(main) →runt(pop-up), 然后通過Threshold選擇觸發信號幅度位于的上下限值。再通過Trigger When可設臵：信號電平不但要落在設定的上下限范圍內，保持時間還要超過設定值時才觸發。
4.捕捉寬度異常信號-Width觸發
說明： 該觸發方式是：信號時間寬度位于某一設定的時間范圍之內，或者是位于該范圍之外時觸發。例如：設定upper limits為50ns,lower limit為10ns。選Within limits表示寬度在10ns和50ns之間的信號觸發。選Out of limits表示寬度小于10ns或大于50ns的信號觸發。
操作方法是：TRIGGER MENU→Type(main)→Pulse(pop-up)→Class(main)
→width(pop-up),再依次設定顯示屏下方的各項。
以寬度在520ns和1us
之間的信號作觸發
5.檢查信號邊沿跳變速度是否足夠快-Slew Rate觸發
說明：該觸發方式是：信號邊沿的變化時間快于或慢于某一設定的值時觸發。操作方法是：TRIGGER MENU→Type(main)→Pulse(pop-up)→Class(main) →Slew(pop-up)，再依次設定顯示屏下方各項。例如：設定Thresholds為500mv和4.5V,選Trigger When 為Slower than ,選Delta Time為10ns,表示信號電平從500mv變化到4.5V時，如果跳變時間超過10ns就觸發。
以下降時間超過10ns 的信號作觸
發，檢查下降時間是否合格。
示波器使用經驗
6.保持電平時間超限觸發-Timeout
說明：該觸發方式是：信號電平保持低或高超過某一設定的時間時觸發。操作方法是：TRIGGER MENU→Type(main)→Pulse(pop-up)→Class(main) →Slew(pop-up)。再依次設定顯示屏下方的各項。
7.模式觸發(Pattern)的應用
說明：該觸發方式是：來自各個輸入通道的信號進行布爾運算。滿足條件時觸發。
操作方法是：TRIGGER MENU→Type(main)→Logic(pop-up)→Class(main) →Pattern(pop-up)。 Define Inputs 用來定義各個輸入通道采用的邏輯方式：H——高電平為1，
L——低電平為1， X(不理采)。
Define Logic 定義進行的運算?？梢允茿ND(與)、OR(或)、NAND(與非)、NOR(或非)。
Trigger When 可以設臵結果為1或結果為0時觸發。還可進一步設成結果為1 或0的時間超過某一設定值時觸發。
Set Thresholds 設臵各個通道的邏輯電平的閾值。
利用此觸發功能，可依據諸如地址總線或數據總線上的一特定數字值觸發。來觀察啟動線以及讀寫信號線上的信號情況。
以保持低電平時間超過410ns的脈沖
作觸發信號
CH1-CH4的信號分別為高、低、高、高時觸發
CH1-CH4的信號分別為高、低、高、高，且保持時間超過20ns時觸發
示波器使用經驗
8.狀態觸發(State)的應用
說明：此種觸發模式是在第四通道的上升或下降沿處，讀取前三個通道的邏輯運算結果，滿足條件是觸發。 操作方法是：TRIGGER MENU→Type(main)→Logic(pop-up)→Class(main) →State(pop-up)。再依次設定顯示屏下方的各項。
9.檢查建立保持時間Setup/Hold
說明：該觸發方式是：以時鐘通道的跳變沿處為基準，設定一個時間范圍，在該范圍內如果數據通道的信號邏輯值有變化，就會進行觸發。
操作方法是：TRIGGER MENU→Type(main)→Logic(pop-up)→Class(main) →Setup/Hold(pop-up)。再依次設定顯示屏下方的各項。其中Setup/Hold time 設臵時間范圍的起始/結束時刻。是以時鐘的跳變時刻為基準的。Setup值為正表示在時鐘跳變之前，而Hold值為正表示在時鐘跳變之后。
熟練掌握數字示波器提供的豐富的觸發方式，靈活運用，會使你捕捉信號、發現問題更有效。
第二通道的下降沿左右15ns范圍內如果第
四通道數據有變化就觸發
在第四通道的上升沿處，前三個通道的信號分別為高、低、高時觸發
示波器使用經驗
四 測試方法
一. InstaVuT(長余輝)有重要的價值
長余輝方式可看到信號中有尖形脈沖
正常觸發方式卻看不到這個尖脈沖
說明: 在NORMAL正常方式下，波形捕捉次數是50次/秒。在InstaVuT方式下，波形捕捉速率最高可達400000次/秒(依示波器而定)。示波器以疊加的方式把波形顯示在屏幕上，并且波形在屏幕上的停留時間可由用戶設定。其優點是可捕捉到間歇性偶發信號，并且使看一段時間內信號情況很方便。這種功能可以把一段時間內的所有信號波形通過疊加的方式顯示在屏幕上。NORMAL方式下由于相鄰兩次捕捉波時間相隔太遠，很容易丟失間歇性偶發信號。 操作方法：InstaVuT→MODE(main) →instaVu(popup),再在屏幕右側依需要設定波形保持時間，或選取永久保持。
二.利用單次觸發功能
說明： 單次觸發和軟件的單步運行很相似，每觸發一次就停下來，可詳細觀察觸發信號左右的信號情況。這在調試數字邏輯電路時尤其有用。
操作方法：按一下SHIFT+ACQUIRE MENU→stop after RUN/STOP(main)→ Single Acquisition Sequence( side), 就進入了單次觸發模式。按一下
用單次觸發功能，以通道1上電后出現的第一個下降沿為觸發信號，觀察通道2上的信號，看到相隔約500mS后有一毛刺信號。
RUN/STOP鍵，示波器就處于等待觸發狀態。捕捉到一次觸發后，示波器暫停接收觸發。如需再觸發，需再按下RUN/STOP鍵。
三. 延時觸發的應用
示波器使用經驗
TEK示波器提供了兩種延時觸發：delayed runs after main和delayed triggerable。 ① delayed runs after main
通道上出現觸發信號后，延時6us,以此時刻為基準點來顯示信號。
delayed runs after main方式工作過程是這樣的：找到一個觸發脈沖后，延時一段時間(時間長度由用戶設定)，然后以延時后的時間點為觸發時刻顯示信號。
操作步驟：HORIZONTAL MENU→Time Base(main)→Delayed only(side)→Delayed Runs After Main(side)。然后設臵延時時間。
這種方式的一個應用：可用來詳細觀察與第一個觸發信號相距較遠的信號。 ② delayed triggerable
delayed triggerable分三種情況，由用戶設定，它的工作過程是這樣的：
主通道觸發等待用戶設定時間等待次通道出現觸發顯示波形次通道上出現n次觸發次通道上出現n次觸發等待用戶設定時間主通道和次通道的時基可以設臵成不同的值，顯示波形時是以次通道上的時基為準的。
下圖是一個delayed triggerable的例子。
CH2出現上升沿后，CH1再出現以此時間點為基準展寬信號來觀
察信號細節。 三次上升沿，然后再延時6us,以此時間點為基準顯示信號。 操作步驟：先按常規方法設好主通道的觸發，然后SHIFT DELAYED TRIG
示波器使用經驗
→Delayed by(main)→Triggerable After Time ,Events or Events/Time(side) ，選其中的一種延時觸發方式，再設好顯示屏下方各值。
退出延時觸發的方法是：HORIZONTAL MENU→Time Base(main)→Main only(side)。
四.利用長記錄長度的功能
示例：
說明：觀察信號比較詳細，而且需要觀察很長一段時間內的信號時，一個屏幕長度就不夠用了，這時可使用長記錄長度功能。操作方法： HORIZONAL MENU鍵，再進入Record Length選擇波形記錄長度?？筛鶕约旱男枰x擇其中一種記錄長度。擰動HORRIZON鈕，時間上連續的信號波形就顯示在屏幕上。
五.利用數學運算功能
說明：示波器提供的加減乘除等運算功能可使測試更方便。比如上圖，利用兩個通道值相減就實現了差分測量。
操作方法：MORE→math(main),再依據需要設臵數學運算功能。
利用長記錄長度功能，觀察時間上
連續的信號波形。
上圖是用兩個普通探頭相減作差分測量波形圖 下圖是用差分探頭測量同一信號的波形圖
示波器使用經驗
六.利用頻譜分析功能
→FFT(main)。
七.Peck Detect和Envelope的應用
1K方波信號的頻譜圖
說明：TEK示波器提供了FFT功能?？捎脕碛^察信號的頻譜。操作方法是：MORE Sample方式下觀察到的信號波形 Peck Detect方式下觀察到的同一信號波形
Hi Res方式下觀察到的同一信號波形
Peck Detect方式下觀察到的同一信號波形
Average方式下觀察到的同一信號波形
示波器使用經驗
說明：示波器水平記錄長度代表的時間長度除以總點數稱為一個取點間隔。每個取點間隔內示波器采樣幾個點(假設為m)，然后以某種方式取其中的一個點用于顯示電壓波形。不同的取點方式下觀察到的波形有所差別。
Sample方式下，總是取每個取點間隔內采樣的m個點的第一個點用于顯示波形，這是示波器缺省的方式。
在Peak Detect方式下，在第一個取點間隔中取m個采樣值的最大值，在下一個取點間隔中取m個采樣值的最小值，這樣交替進行。此方式可用于檢查毛刺和虛假信號。
在Envelope方式下，把n次觸發取得的值都保存下來，然后在這n次觸發中對應的取點間隔處,從n*m個數據中找出最大值(最小值)，在下一個取點間隔處找出最小值(最大值)，交替顯示。此方式可顯示波形的包絡。
Hi res方式下，每個取點間隔內采樣到的m個點取平均值，然后顯示。此方式可用于濾除噪聲。
Average方式下，進行n次觸發，每次觸發都采用Sample方式，然后在對應的取點時間間隔處，把n個值取平均值，依此值來顯示波形。此方式可用于降低周期信號的噪聲。
操作步驟：SHIFT ACQUIRE MENU→Mode(main)，再依據需要選取取點方式。
八.觀察信號質量時時間檔位要設置得足夠細
時間檔位打得太粗看不清上升沿細節 時間檔位打得細些可看到上升沿有毛刺
九.串擾調查的方法
通道1的尖峰毛刺和
通道2信號同步，由此判定通道2是串擾源。
示波器使用經驗
說明：用兩個探頭，一個探頭接被串擾的信號，另一個探頭碰觸被懷疑為串擾信號源的點，如果此點上信號和被被串擾信號上的干擾信號同步，則此點極有可能是串擾信號源。
十.同步時鐘的測試方法
以同步時鐘的低頻時鐘信號作觸 發觀察到的顯示穩定的波形
以同步時鐘的高頻時鐘信號作觸發時波形顯示混亂
說明：在用多個通道測量同步時鐘信號的關系時，要以頻率低的信號為觸發信號。否則會因為高頻信號觸發邊沿處，低頻信號電平有高有低而使顯示的低頻信號重疊。觀察不到穩定的波形。
十一.注意虛假信號 示例：
時間檔位打在1ms觀察40M時鐘時，數字 示波器顯示一個476HZ的信號，是一虛假 信號，實測時可觀察到波形晃動。
說明：TEK示波器顯示方式是每個水平格50個點，而不管每個水平格代表的時間寬度。當時間檔位打在1ms時，每個水平格采50個點，也就是采樣速率是50KHZ/s。這種采樣速率要看40M的信號是根本不可能的。示波器只是把按50KHZ/S采到的點拼成了一個波形，而這些點因為太離散，根本不能代表40M信號的波形。因此，觀察信號時，時間檔位要打細，使采樣速率提高。
時間檔位打在12.5ns時觀察到的真
實的40M時鐘信號波形
示波器使用經驗
十二.測信號質量時要去掉多余的負載 示例：
外接一個頻率計時測得的一16MHZ信號波形
去掉頻率計后測得的16MHZ信號波形
說明：外部負載的輸入電阻和電容會對被測信號產生衰減、濾波等影響。測信號質量時要盡量模擬電路板實際工作時的情況。
十三. Fit to screen的一個應用：時間檔位打粗情況下提高采樣速率，觀察寬度小、相距遠的信號
Fit to screen 為OFF，把時間單位打粗 Fit to screen 為ON，把時間單位打粗
來觀察信號之間關系時，卻因信號寬 時，觀察到的寬度小相距遠的信號之
度小而看不到信號
間關系
說明：TEK數字示波器Fit to screen打在OFF時，采樣速率是自動調整的，不管每個水平格兒代表多長時間，每個格顯示50個點。也就是說，時間檔位打得越粗，采樣速率越低。此時若把時間單位打粗來觀察寬度小、相距遠的信號之間關系，會因為采樣速率的降低而丟失寬度較小的信號。把Fit to screen打在ON時，在每個水平格兒代表時間長度一定情況下，記錄長度越長，每個格兒的點數就越多，相應采樣速率就越高。這時如果時間檔位較粗，不致因采樣速率降低太多而丟失寬度小的信號。
操作步驟：HORIZONTAL MENU→Record Length(main) →Fit to screen(side)。
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示波器使用經驗
十四. 精確測量相距較遠的信號的時間關系
(1)選用長記錄長度，Fit to screen 打在ON，在時間檔位盡量小的情況下使兩個相距較遠信號同時顯示在屏幕上。按Cursor鍵， 選取豎光標并移動，使兩上豎光標分別大致對齊兩個相距較遠信號,如圖a所示。
圖a. 圖b.
圖d.
圖c.
(2)擰動HORIZONAL鈕，把其中一個信號移動到屏幕正中央，如圖b所示。 (3)把Fit to screen打到OFF，此時波形以屏幕正中央為基準點展開，如圖c 所示。
(4)此時發現豎光標可能與信號并未對齊，移動光標使之與信號精確對齊，如圖d所示。
(5)對另一個信號作同樣的操作。這兩個信號的時間精確關系就顯示在了屏幕的右上方。
根據測試的需要，把示波器提供的各種觸發方式和功能組合起來使用(比如延時觸發和單次觸發組合)，會使您的測試技巧更高，發現問題更深刻，工作更有效。
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五 小常識、小經驗
1.數字示波器的鍵太多，主要有幾個，一般怎樣設置?
示波器主要有三個設臵區，第一個是：“VERTICAL”設臵區，用來設臵信號顯示時垂方向的有關狀況，諸如顯示幅度，在屏幕上的上下位臵等。第二個是“HORIZONTAL”設臵區，用來設臵信號顯示時在水平方向的有關狀況，比如左右位臵和信號顯示寬度。第三個是最復雜的“TRIGGER”設臵區，用來設臵信號的觸發方式，正是因為數字示波器提供了豐富的觸發方式才使其功能很強大。
“VERTICAL”通常設臵為2.0V;“HORIZONTAL”根據所觀察的具體信號設臵;“TRIGGETR”通常設臵為：TRIGGERT MENU →SET LEVEL TO 50%→Type(main)→Edge(pop-up)。
2.利用AUTOSET自動設置來觀察信號情況
按下AUTOSET鍵，示波器會按被測信號的情況自動顯示信號。
3.懷疑示波器的設置模式被搞錯了，怎么辦?
按下SETUP→Factory set(main)，使示波器回到廠家的設臵上。
4.觸發電平不合適，觀察信號就不穩定或看不到 觸發電平應放臵在信號幅值范圍以內，否則會因為沒有觸發而觀察不到波形。觸發電平太高或太低時，會因為隨機毛刺造成觸發而使屏幕上波形跳動。如果信號是單一直流電平，只有把觸發電平放在信號電平值上時屏幕上才會顯示有波形。
5.利用Measure功能
Measure提供了很多項測量功能，比如周期、頻率、上下峰值、上升下降沿時間，均方根值等。利用此功能使測試方便。
6.利用ZOOM功能
利用此功能可以在水平方向和垂直方向縮小或放大觀察信號。
7.利用Cursor功能
利用兩個垂直光標可以測量垂直兩點間的電壓差值，利用水平光標可以測量水平兩點間的時間距離。
操作方法：按面板上的CURSOR鍵，再按需要選取水平光標或垂直光標，旋
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動面板上的SELECT鈕，使光標對準感興趣的兩點，其差值就顯示在了顯示屏上。
8.拷貝示波器屏幕圖形時要注意兩點
拷貝屏幕圖形時要首先保證設臵正確。操作方法：SHIFT+ HARDCOPY MENU →Port(main)→File(side) →layout(main) →Portrait(side)→Format(main)
→ BMP mono或 PCX。Port設臵不正確時，圖形拷貝不到磁盤上。Layout設臵成Landscape時，拷貝到磁盤上的圖形是倒的，會給下一步處理帶來麻煩。
9.加深認識1×和10×探頭
1×探頭也稱1：1探頭，可簡單地將高輸入阻抗示波器接到被測電路，相當于電纜的功能。它將引入一明顯的電容，與示波器的輸入并聯。一個1×探頭約有40至60PF的電容。
10×探頭也稱10：1探頭、分壓探頭或衰減探頭，內部插有并聯的電阻器和電容器。，各示波器連接后如下圖所示。
R1 + R 2 VsC1 C0-C2Vin+-10×探頭示波器探頭內電阻和電容R
1、C1與示波器輸入電阻電容R
2、C2滿足R1*C1=R2*C2時，兩個電容的影響正好抵消。此時：
?R2?Vin?Vs???R1?R2?
R2是示器的輸入阻抗(1MΩ)，R1=9R2，可得：。
?1?Vin???Vs?10?結果是：探頭和示波器結合后，由于兩個電容有效地抵消，10×探頭有比1×探頭寬得多的帶寬，代價是招致電壓的損失。只要被測電壓不致小到被10除以后，示波器上讀不到即可。這意味著在決定是否使用10探頭時，要考慮示波器的靈敏度和信號電壓能否夠用。在許多示波器上，用戶必須記住，使用10× 探
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頭時，要將測量結果乘以10。 TEK數字示波器能自動識別P6139和P6245型號的10×探頭，會自動將讀數調至正確值。
用10×探頭時，電阻和電容影響都降低(相對1×探頭)，但保留了探頭電容C0，這一電容量由制造廠給定。
P6139探頭小孔就是調節上圖所示的小補償電容的。方法是將探頭接在示波器上的校正信號源上(一般是0.5V,1KHZ方波)，調整探頭電容，使方波盡可能呈方形且頂端平坦。
11.實時取樣和重復取樣
實時取樣是最明顯和直觀的取樣方式。所有的取樣點是響應示波器的一次觸發而獲取的。這種技術的主要好處是可以獲得一次瞬變值(或稱單沖信號)。缺點是模-數轉換器必須以高于信號最高頻率兩倍的速度準確地工作。
重復取樣分兩類：順序取樣和隨機取樣，可在波形滿足下面兩種條件時采用： 1：波形必需是重復的; 2：必需能穩定地觸發。
順序重復取樣：每觸發一次獲取一個單一取樣。當發生觸發時，觸發后在精確控制的時間內進行取樣。每觸發一次，往后延遲一點時間，使全部波形都被取樣。
隨機重復取樣：相對于觸發信號而言隨機地取樣，再根據取樣點距觸發時刻的距離，把采到的點合成一個波形。這樣就不受模-數轉換器速度的限制，但其性能受下列局限，即獲取時間顫抖最小的取樣，并相對觸發信號及時布臵該取樣點的能力。
TEK數字示波器提供了隨機重復取樣技術。在Repetitive Signal設臵成ON情況下，當時間檔位打得很小，模數轉換器速度滿足不了要求時，示波器會自動啟用隨機重復取樣，此時示波器左上角會顯示一個ET(Equivalent-time)標識。當Repetitive Signal設臵成OFF時，不管時間檔位打得是否很小，示波器只用實時采樣。
操作方法：SHIFT+ACQUIRE MENU →Repetitive Signal(main) → on或off.(side).
12.調整釋抑時間(Holdoff)的作用
示波器觸發后，抑制觸發系統以免再取點過程中再次觸發，直到一次設定長度的點取完。設定長度的點取完后，示波器還會在HOLDOFF設定的時間長度內抑制觸發信號。這種功能可用來穩定顯示復雜周其脈沖序列。以下圖所示一個脈沖序列為例。
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holdoff
如上圖所示：圖中虛線代表觸發電平位臵，采用邊沿觸發。當Holdoff時間設臵為圖中所示時間長度時，不論首先由三個脈沖中的哪一個先觸發，由于釋抑時間的設臵，下一次的觸發信號仍然只能是它。這樣屏幕上就能顯示出穩定的波形。否則會因為圖中所示的各個脈沖都能觸發而使屏幕不能穩定地顯示波形，很雜亂。
操作方法：TRIGGER MENU→Mode&Holdoff(main),再在顯示屏右側調整釋抑時間的長度。
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