高沖擊信號采集系統(tǒng)中數字濾波器的軟件實現
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2．2 巴特沃斯低通濾波器的實現
Matlab軟件提供了豐富的數字濾波函數，可模擬出數字濾波器的幅頻、相頻特性。為了對比濾波效果，在Matlab軟件中利用現有的巴特沃斯低通濾波器設計函數：
仿真出合適的巴特沃斯低通數字濾波器。式中：b，a分別代表所設計的濾波器傳遞函數中分子系數和分母系數；n為濾波器階數；ωn為歸一化采樣頻率，取值范圍為0～1。
根據已知條件：濾波器的截止頻率為1 kHz，采樣頻率為60 kHz，確定濾波器的階數為4。設計的數字濾波器頻率響應如圖4所示。
3 簡單整系數數字濾波在信號采集系統(tǒng)中的應用
設計的信號采集系統(tǒng)中中央處理器為MSP430F449超低功耗系列單片機，選用MEMS高g值加速度傳感器作為系統(tǒng)的信號輸入環(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，結合所需采集的沖擊信號，分析并確定軟件濾波截止頻率為1 kHz。結合前面所設計濾波器的傳遞函數，在硬件的開發(fā)環(huán)境IAR Embedded Workbench中編寫濾波算法，調試成功后，應用在信號采集系統(tǒng)的硬件電路中，進行測試試驗。
應用四階巴特沃斯低通濾波器和整系數數字濾波器對采集的原始沖擊信號進行濾波。濾波結果如圖5、圖6所示。從圖中可以看出，兩種濾波方法有效地對原始信號進行了平滑處理，且濾波后的曲線基本相似，保證了原有數據的真實性。但所設計的整系數濾波器，系數為整數，設計簡單，運算速度塊，同時考慮到單片機內運行定點數的計算速度要遠遠大于浮點數，且MSP430系列單片機對16位數據類型的操作效率最高，因此選用簡單整系數數字濾波器作為采集系統(tǒng)的軟件濾波方法，在保持原有信號性能的情況下。更能有效地提高信號采集系統(tǒng)的實時處理能力。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/172870.htm
4 結語
常用的數字濾波器在運算中采用浮點運算，由高級語言實現，運算速度慢，特別對手小型儀器，無疑提高了成本。本丈在所設計的高沖擊信號采集系統(tǒng)中選用簡單整系數數字濾波器作為采集系統(tǒng)的軟件濾波方法，進行了模擬試驗，輸出數據穩(wěn)定，準確可靠，實時性好，滿足了系統(tǒng)信號采集的濾波要求，具有一定的應用價值。
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