第一篇：數字濾波器的設計1
基于LabVIEW的IIR-數字濾波器的設計
智能化測控技術課程設計
第二章
基于Labview虛擬濾波器的設計
2.1
labview簡介
LabVIEW
是NI(National
INSTRUMENT，美國國家儀器)公司推出的一種基于G
語言的虛擬儀器(virtual
INSTRUMENT，VI)開發工具。LabVIEW
編程使用圖形化語言，它是非計算機專業人員使用的工具，它為設計者提供了一個便捷、輕松的設計環境，因此，LabVIEW
在世界范圍內的眾多領域如航空、航天、通信、電力、汽車、化學等領域得到廣泛應用。
LabVIEW
有兩個基本窗口：前面板窗口和流程圖窗口。編譯環境下顯示兩個窗口，前面板用于放置控制對象和顯示對象，控制對象相當于常規儀器的控制和調節按鈕;前面板用于顯示程序運行結果，相當于常規儀器的顯示屏幕或指針。流程圖窗口用于編寫和顯示程序的圖形源代碼，它相當于語言編程中一行行的語句，它由各種能完成一定功能的模塊通過連線連接而成。當編寫的LabVIEW
程序調試無誤后，可將程序編譯成應用程序。此時，設計的虛擬儀器可以脫離LabVIEW
開發環境，用戶只需通過前面板進行控制和觀測。
2.2
基于labview的數字濾波器設計
數字濾波器的傳統設計過程可歸納為以下三個步驟：
(1)按照實際需要確定濾波器的性能要求。
(2)用一個因果穩定的系統函數(即傳遞函數)去逼近這個性能要求。此函數可以分為兩類：即IIR
傳遞函數和FIR
傳遞函數。
(3)用一個有限精度的運算去實現這個傳遞函數。
FIR
濾波器設計實質是確定能滿足要求的轉移序列或脈沖響應的常數，設計方法主要有窗函數法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。目前，FIR
濾波器設計沒有封閉的設計公式。雖然窗函數法對窗口函數可給出計算公式，但計算通帶與阻帶衰減仍無計算公式。FIR
濾波器的設計只有計算程序可循，因此對計算工具要求較高，不用計算機編程一般很難實現。
IIR
濾波器的設計源于模擬濾波器設計，它通過對低通濾波器進行模擬頻率變換得到。常用的IIR
濾波器有巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器、切比雪夫Ⅱ濾波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器。目前，IIR
濾波器的設計可以借助模擬濾波器的成果，有封閉形式的設計公式，對計算工具的要求不高。
IIR
濾波器的設計雖然簡單，但脫離不了模擬濾波器的設計模式，主要用于設計低通、高通、帶通及帶阻濾波器。而FIR
濾波器的設計要靈活得多，尤其是頻率采樣設計法更易適應各種幅度特性和相位特性的要求。
電力系統濾波器可以從電力信號中將所需頻段的信號提取出來并將干擾信號濾除或大大衰減。利用LabVIEW
可以設計出滿足電力系統需要的濾波器，利用LabVIEW
設計的IIR
數字濾波器前面板，前面板上有參數設置、波形顯示兩個區域。在參數設置區域有六個設置項：濾波器選擇、濾波器類型、下截止頻率、上截止頻率、采樣頻率、階次、紋波、衰減;選擇的濾波器不同時，需要設置的項也不同。波形顯示區域用于顯示濾波前后的波形，在此區域可直觀地看出濾波效果。
利用LabVIEW
實現的數字濾波，采用了圖形語言編程，與采用文本語言編程相比，能縮短40%～70%的開發時間;與硬件儀器相比，又具有容易調整濾波器類型、降低成本、濾波效果直觀等優點?；贚abVIEW
編寫的程序還可以將其作為子程序在其他虛擬儀器系統中調用，大大增強了程序的通用性。
2.3
數字濾波器的選擇步驟
LabVIEW
為設計者提供了FIR
和IIR
濾波器VI，使用起來非常方便，只需要輸入相應的指標參數即可，不需要進行復雜的函數設計和大量的運算。濾波器VI
位于LabVIEW
流程圖面Function>>Analyze>>SignalProcessing>>Filters
上。不同濾波器VI
濾波時均有各自的特點，因此它們用途各異。在利用LabVIEW
實現濾波功能時，選擇合適的濾波器是關鍵，在選擇濾波器時，可參照不同濾波器的特點，考慮濾波的實際要求來選擇合適的濾波器。各種濾波器的特點及選擇濾波器的步驟見下圖。
圖2-1
數字濾波器選擇步驟
第三章
軟件設計
3.1前面板的設計
在Labview環境下開發的應用程序稱為VI(Virtual
Instrument)。VI是Labview的核心，有一個人機交互的界面——前面板，和相當于源代碼功能的菜單框圖程序——后面板組成，前面板是程序的界面，在這一界面上有控制量和顯示量兩類對象。在前面板中，控制量模擬了儀器的輸入裝置并把數據提供給VI的框圖程序，例如開關、旋鈕等，而顯示量則是模擬了儀器的輸入裝置并顯示由框圖程序獲得或產生的數據，例如用于顯示波形的窗口等。后面板又稱為代碼窗口或流程圖，是VI圖形化的源程序，在流程圖中對VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出等功能，流程圖中包括前面板上沒有但編程必須有的對象，如函數、結構和連線等[2]。
前面板如圖3-1所示，由以下幾個部分組成：參考信號的參數設置、待處理信號的參數設置、濾波結果的實時顯示以及原始信號的波形圖和濾波結果的波形圖，可以設置參考信號的幅值和頻率，也可以對3路正弦信號設置頻率幅值和相位，程序成功運行后就可以從濾波實時顯示區得到濾波結果的頻率幅值和初相位，同時在波形顯示區中也可以得到相應的波形，使結果更為直觀地反映出來。
數字濾波器的前面板如下圖所示。前面板用于設置輸入數值和觀察輸出量，用于模擬真實濾波器的前面板。由于虛擬面板直接面向用戶，是虛擬濾波器控制軟件的核心。在設計這部分時，主要考慮界面美觀、操作簡潔，用戶能通過面板上的各種按鈕、開關等控鍵來控制虛擬濾波器的工作。實際中的待測信號可以由
數據采集卡實時采集濾波，也可以由數據采集卡采集后保存為LabVIEW所能夠識別的文件形式，之后再由LabVIEW進行分析濾波。在這里用基本的信號(正弦波，余弦波，方波，鋸齒波)來模擬原始信號。程序采用窗函數法的計算流程，將窗函數與需要濾波的信號進行卷積實現信號的濾波。使用者可對原始信號，
噪聲信號和濾波器參數進行設置。原始信號的波形圖，濾波的結果都可得到實時顯示。這樣，在程序成功的運行后就可以從顯示區得到結果，使結果更為直觀的反映出來。
圖3-1
前面板的設計
3.2
流程圖的設計
本數字濾波器的后面板即程序代碼框圖如圖3-2所示?？驁D程序是由節點、端點、圖框和連線四種元素構成的。節點類似于文本語言程序的語句、函數或者
子程序?？驁D中的每一個對象端點與前面板上的對象(控制或顯示)一一對應。不同的線型代表不同的數據類型，在彩顯上，每種數據類型還以不同的顏色予以強調。后面板如圖3-2所示，后面板中的控件與前面板中的控件相對應，并且通過連線、添加程序以及加入各種信號等措施進行編程，實現自相關濾波的功能，同時通過在前面板設置各種不同的參數，成功地運行程序，實現所要求的目標，為了實現這一功能，筆者又添加了激勵信號源、濾波器加法器和乘法器等各種運算器，經過運行程序，測試結果顯示能夠實現從一個包含多種頻率成分的信號中提取出所需單一頻率信號的功能，相當于實現了濾波，由于這種濾波的思路是從相關函數的定義出發的，因此成為相關濾波器。
在這里，用仿真信號發生器來模擬待測的信號，在實際中這個待測信號通常由數據采集卡采集得到，輸入的待測信號為3路正弦信號的疊加，需要從中檢測出20Hz的信號，這個測試VI實現了相關濾波過程的動態顯示，使用了循環結構。
圖3-2
濾波器的后面板
附錄
圖1
數字濾波器的輸入輸出信號波形
第二篇：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
第三篇：實驗三 IIR數字濾波器設計實驗報告
一、 實驗目的：
1. 通過仿真沖激響應不變法和雙線性變換法 2. 掌握濾波器性能分析的基本方法
二、 實驗要求： 1. 設計帶通IIR濾波器
2. 按照沖激響應不變法設計濾波器系數 3. 按照雙線性變換法設計濾波器系數 4. 分析幅頻特性和相頻特性
5. 生成一定信噪比的帶噪信號，并對其濾波，對比濾波前后波形和頻譜
三、 基本原理：
㈠ IIR模擬濾波器與數字濾波器
IIR數字濾波器的設計以模擬濾波器設計為基礎，常用的類型分為巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型、貝塞爾(Bessel)、橢圓等多種。在MATLAB信號處理工具箱里，提供了這些類型的IIR數字濾波器設計子函數。
(二)性能指標
1.假設帶通濾波器要求為保留6000hz~~7000hz頻段，濾除小于2000hz和大宇9000hz頻段
2.通帶衰減設為3Db,阻帶衰減設為30dB，雙線性變換法中T取1s.
四、 實驗步驟： 1.初始化指標參數
2.計算模擬濾波器參數并調用巴特沃斯函數產生模擬濾波器
3.利用沖激響應不變法和雙線性變換法求數字IIR濾波器的系統函數Hd (z)
4.分別畫出兩種方法的幅頻特性和相頻特性曲線 5.生成一定信噪比的帶噪信號 6.畫出帶噪信號的時域圖和頻譜圖
6.對帶噪信號進行濾波，并畫出濾波前后波形圖和頻譜圖
五、 實驗結果
模擬濾波器的幅頻特性和相頻特性： 10Magnitude0-5-10101010-210-1Frequency (rad/s)100101Phase (degrees)2000-200-21010-1Frequency (rad/s)100101
在本實驗中，采用的帶通濾波器為6000-7000Hz，換算成角頻率為4.47-0.55，在上圖中可以清晰地看出到達了題目的要求。
沖擊響應不變法后的幅頻特性和相頻特性：
0Magnitude (dB)-100-20000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (?? rad/sample)Phase (degrees)5000-50000.10.20.30.40.50.60.70.80.91
Normalized Frequency (?? rad/sample)
雙線性變換法的幅頻特性和相頻特性： 0Magnitude (dB)-200-400000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (?? rad/sample)Phase (degrees)-500-100000.10.20.30.40.50.60.70.80.91
Normalized Frequency (?? rad/sample)
通過上圖比較脈沖響應不變法雙線性變換法的幅頻特性和相頻特性，而在在幅頻曲線上幾乎沒有差別，都能達到相同的結果。
下圖為直接調用matlab系統內切比雪夫濾波器得到的頻譜圖：
0-100Magnitude (dB)-200-300-400-50000.10.20.30.40.50.6Normalized Frequency (?? rad/sample)0.70.80.910-100-200Phase (degrees)-300-400-500-600-700-80000.10.20.30.40.50.6Normalized Frequency (?? rad/sample)0.70.80.91
比較圖一得知，都能達到相同的結果。
下圖為對帶噪信號進行濾波前后的時域和頻域圖：
脈沖相應不變法：
帶噪信號時域波形50-500.511.5帶噪信號的頻譜圖150100500-422.5x 103-3-3-2-10濾波信號的時域圖123x 104420-200.51濾波信號的頻譜圖100500-4-3-2-10123x 10441.522.5x 10-3
當經過脈沖響應不變法設計的濾波器濾波以后，在通帶內的波形得到了較好的恢復。頻譜圖中，噪聲的頻譜也顯著的下降。
雙線性變換法：
濾波信號的時域圖210-1-200.51濾波信號的頻譜圖1.522.5x 10-3150100中心頻率f=6500Hz500-4-3-2-10123x 1044
當經過雙線性變換法設計的濾波器濾波以后，在通帶內的波形得到了較好的恢復。頻譜圖中，噪聲的頻譜也顯著的下降，但濾波效果沒有脈沖響應不變法好。
演講稿
尊敬的老師們，同學們下午好：
我是來自10級經濟學(2)班的學習委，我叫張盼盼，很榮幸有這次機會和大家一起交流擔任學習委員這一職務的經驗。
轉眼間大學生活已經過了一年多，在這一年多的時間里，我一直擔任著學習委員這一職務?；赝@一年多，自己走過的路，留下的或深或淺的足跡，不僅充滿了歡愉，也充滿了淡淡的苦澀。一年多的工作，讓我學到了很多很多，下面將自己的工作經驗和大家一起分享。
學習委員是班上的一個重要職位，在我當初當上它的時候，我就在想一定不要辜負老師及同學們我的信任和支持，一定要把工作做好。要認真負責，態度踏實，要有一定的組織，領導，執行能力，并且做事情要公平，公正，公開，積極落實學校學院的具體工作。作為一名合格的學習委員，要收集學生對老師的意見和老師的教學動態。在很多情況下，老師無法和那么多學生直接打交道，很多老師也無暇顧及那么多的學生，特別是大家剛進入大學，很多人一時還不適應老師的教學模式。學習委員是老師與學生之間溝通的一個橋梁，學習委員要及時地向老師提出同學們的建議和疑問，熟悉老師對學生的基本要求。再次，學習委員在學習上要做好模范帶頭作用，要有優異的成績，當同學們向我提出問題時，基本上給同學一個正確的回復。
總之，在一學年的工作之中，我懂得如何落實各項工作，如何和班委有效地分工合作，如何和同學溝通交流并且提高大家的學習積極性。當然，我的工作還存在著很多不足之處。比日：有的時候得不到同學們的響應，同學們不積極主動支持我的工作;在收集同學們對自己工作意見方面做得不夠，有些事情做錯了，沒有周圍同學的提醒，自己也沒有發覺等等。最嚴重的一次是，我沒有把英語四六級報名的時間，地點通知到位，導致我們班有4名同學錯過報名的時間。這次事使我懂得了做事要腳踏實地，不能馬虎。
在這次的交流會中，我希望大家可以從中吸取一些好的經驗，帶動本班級的學習風氣，同時也相信大家在大學畢業后找到好的工作。謝謝大家!
第四篇：IIR數字濾波器的DSP實現
湖南科技大學 信息與電氣工程學院
《課程設計報告》
題 目：IIR數字濾波器的DSP實現 專 業： 電子信息工程 班 級： 電子二班 姓 名： 高二奎 學 號： 1104030205 指導教師： 尹艷群
2015年 1月 8 日
信息與電氣工程學院 課程設計任務書
2014—2015學年第一學期
專業： 電子信息工程 班級： 電子二班 學號： 1104030205姓名： 高二奎 課程設計名稱： DSP原理及應用 設計題目： IIR數字濾波器的DSP實現
完成期限：自 2015 年 1 月 1 日至 2015 年 1 月 8 日共 1 周 設計依據、要求及主要內容(可另加附頁)：
1、設計目的：通過課程設計，使學生綜合運用DSP技術課程和其他有關先修課程的理論和生產實際知識去分析和解決具體問題的能力得到提高，并使其所學知識得到進一步鞏固、深化和發展。通過課程設計初步培養學生對工程設計的獨立工作能力，學習設計的一般方法。通過課程設計樹立正確的設計思想，提高學生分析問題、解決問題的能力。通過課程設計訓練學生的設計基本技能，如計算、繪圖、查閱設計資料和手冊，熟悉標準與規范等。
2、要求：
1.熟悉DSP處理器及其結構性能，掌握DSP芯片配套開發工具的使用方法。 2.按要求設計出硬件電路。
3.畫出硬件連接原理圖，并對硬件工作原理進行說明。
4.給出軟件流程圖及編寫程序，每一條指令的后面附上相應的注釋。 5.進行軟、硬件調試，檢查是否達到相關的功能。 6.寫出調試方法。
7.設計報告結尾附上心得體會。
3、主要內容：熟悉5410DSP的MCBSP的使用，了解AD50的結構，掌握AD50各寄存器的意義及其設置，掌握AD50與DSP的接口，AD50的通訊格式及AD50的DA實驗。
指導教師(簽字)： 批準日期： 年 月 日
目 錄
一、 摘要·························································3
二、 數字濾波器介紹和IIR數字濾波器的理論分析·····················3 2.1數字濾波器介紹··············································3 2.2 IIR濾波器的設計方法及原理···································4
三、 DSP軟件的簡單介紹···········································6 3.1DSP系統的特點···············································6 3.2DSP系統的設計流程···········································7 3.3DSP系統的開發工具CCS········································7
四、 TMS320C5402的介紹···········································9
五、 基于DSP的IIR程序設計及軟件調試·····························11 5.1IIR程序設計················································11
5.2軟件調試結果·········································13
六、 總結和心得··················································15
七、參考文獻·······················································
一、摘要
隨著計算機和信息技術的飛速發展，數字信號處理已經成為高速實時處理的一項關鍵技術，廣泛應用在語音識別、智能檢測、工業控制等各個領域。數字濾波器是對數字信號實現濾波的線性時不變系統。數字濾波實質上是一種運算過程，實現對信號的運算處理。
DSP數字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發展，數字信號處理技術應運而生并得到迅速的發展。傳感器數字信號處理是利用傳感器對模擬信號或數字信號進行采集并把其轉換成計算機可識別的電信號，并利用計算機對信號進行處理以達到計算機輔助控制或是計算機自動控制的目的。
DSP 芯片是一種特別適合數字信號處理運算的微處理器，主要用來實時、快速地實現各種數字信號處理算法。用DSP 芯片實現IIR 數字濾波器，不僅具有精確度高、不受環境影響等優點，而且因DSP 芯片的可編程性，可方便地修改濾波器參數，從而改變濾波器的特性，設計十分靈活。
本課題主要應用MATLAB軟件設計IIR數字濾波器，并對所設計的濾波器進行仿真;應用DSP集成開發環境——CCS調試匯編程序，文章結合TM320C5509的結構特點，介紹了一種IIR濾波器在TM320C5509中的實現方法。文中程序已經過硬件驗證，仿真結果表明該設計符合要求。
關鍵詞
數字濾波;IIR;DSP;TM320C5509;MATLAB
二、數字濾波器介紹和IIR數字濾波器的理論分析 2.1數字濾波器介紹
數字濾波器是對數字信號實現濾波的線性時不變系統。數字濾波實質上是一種運算過程，實現對信號的運算處理。輸入數字信號(數字序列)通過特定的運算轉變為輸出的數字序列，因此，數字濾波器本質上是一個完成特定運算的數字計算過程，也可以理解為是一臺計算機。描述離散系統輸出與輸入關系的卷積和差分方程只是給數字信號濾波器提供運算規則，使其按照這個規則完成對輸入數據的處理。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(或是數字濾波器的單位取樣響應的頻譜，又稱為數字濾波器
經過濾波后
,因此，只要按稱為頻譜特性),的頻域響應。輸入序列的頻譜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。
數字濾波器根據其沖激響應函數的時域特性，可分為兩種，即無限長沖激響應(IIR)數字濾波器和有限長沖激響應(FIR)數字濾波器。IIR 數字濾波器的特征是，具有無限持續時間沖激響應，需要用遞歸模型
來實現，其差分方程為：
系統函數為：
設計IIR濾波器的任務就是尋求一個物理上可實現的系統函數H(z)，使其頻率響應H(z)滿足所希望得到的頻域指標，即符合給定的通帶截止頻率、阻帶截止頻率、通帶衰減系數和阻帶衰減系數。 2.2 IIR濾波器的設計方法及原理
IIR濾波器差分方程的一般表達式為:
式中x(n)為輸入序列;y(n)為輸出序列;于0,則為FIR濾波器. IIR濾波器具有無限長的單位脈沖響應,在結構上存在反饋回路,具有遞歸性,即IIR濾波器的輸出不僅與輸入有關,而且與過去的輸出有關. 將上式展開得出y(n)表達式為:
和為濾波器系數.若所有系數等
在零初始條件下,對上式進行z變換,得到:
設N=M,則傳遞函數為:
上式可寫成:
上式具有N個零點和N個極點.若有極點位于單位圓外將導致系統不穩定.由于FIR濾波器所有的系數均為0,不存在極點,不會造成系數的不穩定.對于IIR濾波器,系統穩定的條件如下: 若||<1,當n→時,h(n)→0,系統穩定; 若||>1,當n→時,h(n)→,系統不穩定. IIR濾波器具有多種形式,主要有:直接型(也稱直接I型)、標準型(也稱直接II型)、變換型、級聯型和并聯型.
三、DSP軟件的簡單介紹 3.1DSP系統的特點
DSP系統是以數字信號處理為基礎的，因此不但具有數字處理的全部優點而且還具有以下特點[24]: 1.接口方便：DSP應用系統與其他以現代數字技術為基礎的系統或設備都是相互兼容的，這樣的系統接口以實現某種功能要比模擬系統與這些系統接口要容易得多。
2.編程方便：DSP應用系統中的可編程DSP芯片，能靈活方便地進行修改和升級。
3.穩定性好：DSP應用系統以數字處理為基礎，受環境溫度及噪聲的影響較小、可靠性高，無器件老化現象。
4.精度高：16位數字系統可以達到10-5級的精度。 5.可重復性好：模擬系統的性能受元器件參數性能變化的影響比較大，而數字系統基本不受影響，因此數字系統便于測試、調試和大規模生產。
6.集成方便：DSP應用系統中的數字部件有高度的規范性，便于大規模集成。
當然，數字信號處理也存在一些缺點。例如，對于簡單信號處理任務，若采用DSP則使成本增加。DSP系統中的高速時鐘可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題，而且DSP系統消耗的功率也較大。此外，DSP技術更新速度快，對于數學知識要求高，開發和測試工具還有待進一步完善。 3.2DSP系統的設計流程
一個DSP系統的設計過程大概要有以下幾個步驟。
1.根據系統的任務要求，確定系統處理精度要求、速度要求、實時性要求等性能指標。
2.根據系統的要求進行高級語言的算法模擬，比如使用MATLAB等仿真工具，驗證算法的可行性，得出最佳的處理方法。
3.DSP的系統設計，主要分為硬件設計和軟件設計。硬件設計是指根據系統要求選擇合適的DSP芯片，然后設計相應的外圍電路。軟件設計主要是指根據系統的要求和選用的DSP芯片編寫相應的程序。程序的編寫可以使用匯編語言，匯編語言編寫的程序效率高，但比較煩雜;也可采用C語言，DSP的C語言基本上是標準C語言，編寫比較簡單，但效率低。在實際系統開發時往往是兩種語言結合編寫，在算法運算量大的地方使用匯編語言，在運算量小的地方使用C語言，這樣既能縮短軟件的開發周期，提高程序的可讀性和可移植性，又滿足了系統的實時性要求。本文的設計采用匯編語言編寫、設計軟件程序。 3.3DSP系統的開發工具CCS CCS是一種針對TMS320系列DSP的集成開發環境,在Windows操作系統下，采用圖形接口界面，提供有環境配置、源文件編輯、程序調試、跟蹤和分析等工具。
CCS有兩種工作模式，即
軟件仿真器模式：可以脫離DSP芯片，在PC機上模擬DSP的指令集和工作機制，主要用于前期算法實現和調試。 硬件在線編程模式：可以實時運行在DSP芯片上,與硬件開發板相結合在線編程和調試應用程序。
CCS的開發系統主要由以下組件構成：
1. 2. 3. 4. 5. TMS320C54x集成代碼產生工具; CCS集成開發環境;
DSP/BIOS實時內核插件及其應用程序接口API; 實時數據交換的RTDX插件以及相應的程序接口API; 由TI公司以外的第三方提供的各種應用模塊插件。
CCS的功能十分強大，它集成了代碼的編輯、編譯、鏈接和調試等諸多功能，而且支持C/C++和匯編的混合編程，其主要功能如下：
1.具有集成可視化代碼編輯界面，用戶可通過其界面直接編寫C、匯編、.cmd文件等;
2.含有集成代碼生成工具，包括匯編器、優化C編譯器、鏈接器等，將代碼的編輯、編譯、鏈接和調試等諸多功能集成到一個軟件環境中;
3.高性能編輯器支持匯編文件的動態語法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼，發現語法錯誤;
4.工程項目管理工具可對用戶程序實行項目管理。在生成目標程序和程序庫的過程中，建立不同程序的跟蹤信息，通過跟蹤信息對不同的程序進行分類管理;
5.基本調試工具具有裝入執行代碼、查看寄存器、存儲器、反匯編、變量窗口等功能，并支持C源代碼級調試;
6.斷點工具，能在調試程序的過程中，完成硬件斷點、軟件斷點和條件斷點的設置;
7.探測點工具，可用于算法的仿真，數據的實時監視等;
8.分析工具，包括模擬器和仿真器分析，可用于模擬和監視硬件的功能、評價代碼執行的時鐘;
9.數據的圖形顯示工具，可以將運算結果用圖形顯示,包括顯示時域/頻域波形、眼圖、星座圖、圖像等，并能進行自動刷新;
10.提供GEL工具。利用GEL擴展語言，用戶可以編寫自己的控制面板/菜單，設置GEL菜單選項，方便直觀地修改變量，配置參數等;
11.支持多DSP的調試;
12.支持RTDX技術，可在不中斷目標系統運行的情況下，實現DSP與其他應用程序的數據交換;
13.提供DSP/BIOS工具，增強對代碼的實時分析能力。
四、TMS320C5402的介紹
TMS320C5509采用雙乘累加單元(MAC)結構。整個處理器內部分為5個大的功能單元：存儲器緩沖單元(M)、指令緩沖單元(I)、程序控制單元(P)、地址生成單元(A)和數據計算單元(D)，各個功能單元之間通過總線連接。TMS320C5509中共有12條總線：1條32位程序數據總線(PB)，1條24位程序地址總線(PAB)，5條16位的數據總線(BB、CB、DB、EB、FB)和5條24位的數據地址總線(BAB、CAB、DAB、EAB、FAB)。
作為嵌入式芯片的一種，DSP芯片是一種非常適合于進行數字信號處理的微處理器芯片，已經廣泛應用于實現各種數字信號處理運算。其顯著特點可以歸納如下： 1.哈佛結構
哈佛結構是不同于傳統的馮·諾曼(Von Neuman)結構的并行體系結構，其主要特點是將程序和數據存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數據存儲器是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址，獨立訪問。與兩個存儲器相對應的是系統中設置了程序總線和數據總線兩條總線，從而使數據的吞吐率提高了一倍。 2.流水線
與哈佛結構相關，DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令執行時間，從而增強了處理器的處理能力。TMS320系列處理器的流水線深度從2-6級不等。第一代TMS320處理器采用二級流水線，第二代采用三級流水線，而第三代則采用四級流水線。也就是說，處理器可以并行處理2-6條指令，每條指令處于流水線上的不同階段。
3.專用的硬件乘法器
在一般形式的FIR濾波器中，乘法是DSP的重要組成部分。對每個濾波器抽頭，必須做一次乘法和一次加法。乘法速度越快，DSP處理器的性能就越高。在通用的微處理器中，乘法指令是由一系列加法來實現的，故需許多個指令周期來完成。相比而言，DSP芯片的特征就是有一個專用的硬件乘法器。 4.特殊的DSP指令
DSP芯片的另一個特征是采用特殊的指令。例如TMS320C10中的LTD指令，可單周期完成加載寄存器、數據移動、同時累加操作。還有DMOV指令，它完成數據移位功能。在數字信號處理中，延遲操作非常重要，這個延遲就是由DMOV指令來實現的[9]。 5.快速的指令周期
哈佛結構、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成電路的優化設計，可使DSP芯片的指令周期縮短到200ns以下?，F在，許多DSP處理器的指令周期已經從第一代的200ns降低至現在的20ns以下，甚至在10ns以內?？焖俚闹噶钪芷谑沟肈SP芯片能夠實時實現許多DSP應用。 6.面向寄存器和累加器
DSP所使用的不是一般的寄存器文件，而是專用寄存器，較新的DSP產品都有類似于RISC的寄存器文件。許多DSP還有大的累加器，可以在異常情況下對數據溢出進行處理。 7.支持前、后臺處理
DSP支持復雜的內循環處理，包括建立起X、Y內存和分址/循環計數器。一些DSP在做內循環處理中把中斷屏蔽了，另一些則以類似后臺處理的方式支持快速中斷。許多DSP使用硬連線的堆棧來保存有限的上下文，而有些則用隱蔽的寄存器來加快上下文轉換時間。 8.擁有簡便的單片內存和內存接口
DSP設法避免了大型緩沖器或復雜的內存接口，減少了內存訪問。一些DSP的內循環是在其單片內存中重復執行指令或循環操作部分代碼，它多采用SRAM而不是DRAM，因為前者接口更簡便。2000年3月，德州儀器(TI)公司推出了高性能低功耗的TMS320C55x芯片[10]。
其性能可以達到400-800MIPS，但功耗低到0.05 mW/MIPS。TMS320系列包括定點、浮點和多處理器等三種類型的數字信號處理器。它的結構是專門針對實時信號處理而設計的，具有指令靈活、可操作性強、速度快以及支持并行運算和C語言等特點，是性價比較高的一類DSP，在通信設備中得到了廣泛的應用。C5000系列DSP是針對個人便攜設備而設計的，如音樂播放器、3G蜂窩電話、數碼相機、高速音頻設備、高精度的信號和多通道應用。通常人們把C54x和C55x系列通稱C5000系列，主要用于功耗低、便攜式的無線通信終端產品。C5000系列包括舊有的C5x、當前主流的C54x和較新的C55x系列。其中，C54x采用改進的哈佛結構，并集成有豐富的硬件邏輯和外部接口資源，具有較高的性能，及較低的成本和體積。C55x是在C54x的基礎上發展起來的，也采用改進型哈佛結構，其器件功耗較C54x更低，性能更高。
TMS320C55x采用多總線結構，由五組內部數據總線(3個用于讀，2個用于寫)和一組內部程序存儲總線構成。32bit的程序總線(PB)傳送從程序存儲器來的指令代碼和立即數。三組16bit數據讀總線(BB，CB和DB)連接數據讀地址產生邏輯。CB和DB總線傳送雙操作數。DB總線傳送單操作數。BB總線提供第三種讀路徑并且能夠提供雙乘操作數的系數。兩組16bit數據寫總線(EB，FB)連接數據寫地址產生邏輯。六組24bit數據總線(PAB，CAB，DAB，BAB，EAB，FAB)傳送執行指令所需要的地址。還有一條附加總線為DMA控制器和外設控制器提供服務。
TMS320C55x的CPU結構主要包括四種功能單元：即指令緩沖單元(I單元)，程序流程單元(P單元)，地址數據流程單元(A單元)和數據計算單元(D單元)。其數據計算單元包括一個40bit的可以提供-32到31移位范圍的桶形移位器，一個40bit的算術邏輯電路(ALU)，兩個乘累加器(MAC)可以在一個周期中執行兩個MAC操作，以及四個40bit的累加器。在其地址數據流程單元還包括一個16bit的算術邏輯電路(ALU)，為主ALU提供簡單的算術運算。
55x的指令集功能強大而且使用靈活，它同時具有易于使用和程序效率高的特點。尋址方式包括絕對尋址、寄存器間接尋址、直接尋址，這些尋址方式降低了算法所需要的指令數量，減小了代碼量，也提高了芯片運算速度。特別要提到的是C55x指令集中所提供的三操作數指令，這種指令可以實現3個操作數的同時處理(如寫入寄存器或存儲器等操作)，大大壓縮了代碼的指令數量。
五、基于DSP的IIR程序設計及軟件調試 5.1IIR程序設計 IIR.c程序
#include
#define IIRNUMBER 2 #define SIGNAL1F 1000 #define SIGNAL2F 4500 #define SAMPLEF 10000 #define PI 3.1415926
float InputWave(); float IIR();
float fBn[IIRNUMBER]={ 0.0,0.7757 }; float fAn[IIRNUMBER]={ 0.1122,0.1122 }; float fXn[IIRNUMBER]={ 0.0 }; float fYn[IIRNUMBER]={ 0.0 }; float fInput,fOutput; float fSignal1,fSignal2; float fStepSignal1,fStepSignal2; float f2PI; int i; float fIn[256],fOut[256]; int nIn,nOut;
main() { nIn=0; nOut=0; fInput=fOutput=0; f2PI=2*PI; fSignal1=0.0; fSignal2=PI*0.1; // fStepSignal1=2*PI/30; // fStepSignal2=2*PI*1.4; fStepSignal1=2*PI/50; fStepSignal2=2*PI/2.5; while ( 1 ) {
fInput=InputWave();
fIn[nIn]=fInput;
nIn++; nIn%=256;
fOutput=IIR();
fOut[nOut]=fOutput;
nOut++;
// break point
if ( nOut>=256 )
}
{
nOut=0; } }
float InputWave() {
}
float IIR() {
} float fSum; fSum=0.0; for ( i=0;i
} return(fSum); fSum+=(fXn[i]*fAn[i]); fSum+=(fYn[i]*fBn[i]); for ( i=IIRNUMBER-1;i>0;i-- ) {
} fXn[0]=sin((double)fSignal1)+cos((double)fSignal2)/6.0; fYn[0]=0.0; fSignal1+=fStepSignal1; if ( fSignal1>=f2PI ) fSignal1-=f2PI; fSignal2+=fStepSignal2; if ( fSignal2>=f2PI ) fSignal2-=f2PI; return(fXn[0]); fXn[i]=fXn[i-1]; fYn[i]=fYn[i-1]; IIR.cmd程序
-w -stack 400h -heap 100 -l rts.lib MEMORY {
} PAGE 0: VECT : o=80h,l=80h PRAM : o=100h,l=1f00h
PAGE 1: DRAM : o=2000h,l=1000h SECTIONS {
} .text : {}> PRAM PAGE 0 .data : {}> PRAM PAGE 0 .cinit : {}> PRAM PAGE 0 .switch : {}> PRAM PAGE 0 .const : {}> DRAM PAGE 1 .bss : {}> DRAM PAGE 1 .stack : {}> DRAM PAGE 1 .vectors: {}> VECT PAGE 0
5.2軟件調試結果 通過IIR濾波器前的波形
通過IIR濾波器后的波形
在效果圖中，上面波形為DSP實驗箱產生的濾波前的效果圖，下面波形為進行IIR濾波后的效果圖。從兩圖的比較可以看出，所設計的IIR濾波器收到了較好的效果，完成了設計要求。
在編寫及調試的過程中主要遇到以下問題：
(1)在編寫程序的過程中要對所涉及的存儲單元進行初始化，這樣在數據或是代碼段進行匯編時才不會出現問題。
(2)編寫程序需要對數據段、代碼段、堆棧段進行設置。要編寫相應的.cmd(鏈接命令文件)文檔對其進行合理化的分配空間。
(3)在編寫程序時一定要編寫相應的中斷向量表文件，這樣在匯編時才不會出錯。
六、總結和心得
通過對本課題的研究，自己從中取得了一些成績，理論水平也得到了一定的提高，同時也暴露了一些問題：
首先，對一個課題必須要閱讀大量的文獻和書籍來獲得一定的感性認識，然后才能有自己的想法，這是一條必經之路。其次，理論基礎知識很重要，論文涉及了很多的算法，會用到很多基礎知識，如果用的時候再去學會浪費時間，因此要在平時注意搜集相關的資料，多學一些有用實用的技術，這樣在以后的學習和工作中才能夠做到游刃有余。最后，要有信心，遇到困難要向別人請教，這樣可以大大加快研究進程。以上是我做論文的一些心得體會，這些對我以后的學習會有很大的幫助。
由于本人的時間和能力有限，本次的開發系統還存在一些不足之處，整個系統還需要進一步完善。文中也難免有不足之處，懇請老師批評指正。同時，對評審設計的老師表示衷心的感謝!
七、 參考文獻
[1]趙紅怡. DSP技術與應用實例[M]. 電子工業出版社. 2003.6. [2]胡慶鐘，李小剛，吳鈺淳. TMS320C55X DSP原理、應用和設計[M]. 機械工業出版社. 2005.10. [3]丁玉美，高西全. 數字信號處理[M]. 西安電子科技大學出版社. 2006.7. [4]劉順蘭，吳杰，高西全. 數字信號處理[M]. 西安電子科技大學出版社. 2003.8.
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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