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1、自动化与仪器仪表ZIDONGHUAYUYIQIYIBIAO2004年第4期(总第114期)文章编号:1001-9227(2004)04-0020-03陷波滤波器的设计及其应用袁丽华洪华松漆新民(南昌航空工业学院测控系南昌,330034)摘要:用KeilC开发Atmel公司的AT89C55普通的单片机,设计陷波滤波器,使之在能够满足性能指标要求的情况下很好的运行于低成本硬件,可以达到很好的经济效益。此滤波器可用在医疗设备(如监护仪)对病人状况监视中,对采集的波形信号(如心电、血氧)加以滤波,以得到所需的波形从而进行辅助诊断。关键词:单片机
2、陷波滤波器数字滤波器ABSTRACT:UsingAT89C55singlechipmicrocomputerbyKeilCprogram,thisdesigndevelopsatrapfilterthatcanworkwellmeetingwithdemandingparametersinthelowhardwarethatcostsconsumedly.Thisfiltercanbeusedinfiltratingwaveformsignals(suchasECG)thatarecollectedinmedicalequipment(suchasmoni
3、tordevice)whenitmakethesurveillancetothepatientscondition,soastohelpthediagnosis.KEYWORDS:SinglechipmicrocomputerTrapfilterDigitalfilter中图分类号:TP368.1文献标识码:B式中,s为模拟低通原型拉普拉斯变量(s=+j),0引言p为模拟带阻的原型拉普拉斯变量(p=+j),0为模本论文的设计,主要是为了医疗仪器(如医疗监护拟带阻滤波器的几何中心频率。仪)的波形作滤波处理,滤去干扰波,获取主要的信息。通过双
4、线性变换以普通单片机为硬件进行开发,滤波器的运算量应尽z-1p=2fs(2)量减少,使之在能够满足性能指标要求的情况下很好z+1和的运行于低成本硬件,可以达到很好的经济效益。单片机选择Atmel公司的AT89C52,时钟频率为0=2fstan(0/2)(3)经推导可得:221184MHz,设计出的滤波器传输函数的阶次不能太-2高,才可保证滤波的实时性;同时,这一特点也利于滤D(1-z)s=-1-2(4)1-Ez+z波器的设计。而A/D转换器选用型号为其中MAX186BCWP,转换位数12位。当然,该滤波器不仅可1-2以应用在医疗方面,也可
5、以应用在所有适用的场合中。D=ctan21+21陷波滤波器的原理2cos2E=当带阻滤波器的阻带很窄时,又称为陷波滤波器。1-2cos陷波滤波器的设计是以模拟滤波器为原型,通过一定2c是模拟低通滤波器通带截止频率,当采用归一变换转换为数字滤波器。陷波滤波器的设计有两种:一是先利用模拟频域带阻变换法,再利用数字化法设化原型的低通滤波器作为变换原型时,c=1。1和计数字带阻型滤波器。方法二是直接从模拟低通原型2分别是带阻数字滤波器两个通带的截止频率。滤波器通过s平面变换成数字带阻滤波器的z平面。求满足数字带阻滤波器要求的归一化原型模拟低
6、这里选择第二种方法。j通滤波器的阻带起始频率st,令s=j,z=e代入式模拟低通到模拟带阻的变换关系为:(4)经推导可得20Psinsts=22(1)st=D(5)P+0cosst-E/220因此在确定了阶数n后,用式(4)代入模拟滤波器表1陷波滤波器参数的传递H(s)函数而得到数字带阻滤波器H(z)。通带最大增益阻带截止频率截止频率fp1增益截止频率fp2增益0dBfs1=fs2增益2陷波滤波器的设计50Hz49Hz-3dB51Hz-3dB0dB50Hz-47dB设待设计的数字陷波滤波器的性能指标
7、为:通带60Hz59Hz-3dB61Hz-3dB0dB62Hz-62dB的截止频率分别为49Hz和51Hz,其增益为-3dB,阻带截止频率都为50Hz,其增益为-47dB。3陷波滤波器的应用采用巴特沃斯低通滤波器得n!0.983677,取整数单片机为Atmel公司的AT89C55,与Intel的80C32n=1,1阶巴特沃斯模拟低通滤波器即可满足。查表可兼容,具有20kFlashMemory可擦除程序存储器,256得传输函数为:Bytes内部RAM。由于滤波数据处理量较大,而且需要1H(s)=1+s(6)保存数据,因此必须扩展外部数据存储器。用626
8、4作将式(4)代入式(6)可得2阶巴特
