电子产品世界

2．2 巴特沃斯低通滤波器的实现
Matlab软件提供了丰富的数字滤波函数，可模拟出数字滤波器的幅频、相频特性。为了对比滤波效果，在Matlab软件中利用现有的巴特沃斯低通滤波器设计函数：

仿真出合适的巴特沃斯低通数字滤波器。式中：b，a分别代表所设计的滤波器传递函数中分子系数和分母系数；n为滤波器阶数；ωn为归一化采样频率，取值范围为0～1。
根据已知条件：滤波器的截止频率为1 kHz，采样频率为60 kHz，确定滤波器的阶数为4。设计的数字滤波器频率响应如图4所示。

3 简单整系数数字滤波在信号采集系统中的应用
设计的信号采集系统中中央处理器为MSP430F449超低功耗系列单片机，选用MEMS高g值加速度传感器作为系统的信号输入环节。采集系统硬件电路的采样频率为60 kHz，硬件滤波器的截止频率为10 kHz左右，结合所需采集的冲击信号，分析并确定软件滤波截止频率为1 kHz。结合前面所设计滤波器的传递函数，在硬件的开发环境IAR Embedded Workbench中编写滤波算法，调试成功后，应用在信号采集系统的硬件电路中，进行测试试验。
应用四阶巴特沃斯低通滤波器和整系数数字滤波器对采集的原始冲击信号进行滤波。滤波结果如图5、图6所示。从图中可以看出，两种滤波方法有效地对原始信号进行了平滑处理，且滤波后的曲线基本相似，保证了原有数据的真实性。但所设计的整系数滤波器，系数为整数，设计简单，运算速度块，同时考虑到单片机内运行定点数的计算速度要远远大于浮点数，且MSP430系列单片机对16位数据类型的操作效率最高，因此选用简单整系数数字滤波器作为采集系统的软件滤波方法，在保持原有信号性能的情况下。更能有效地提高信号采集系统的实时处理能力。

4 结语
常用的数字滤波器在运算中采用浮点运算，由高级语言实现，运算速度慢，特别对手小型仪器，无疑提高了成本。本丈在所设计的高冲击信号采集系统中选用简单整系数数字滤波器作为采集系统的软件滤波方法，进行了模拟试验，输出数据稳定，准确可靠，实时性好，满足了系统信号采集的滤波要求，具有一定的应用价值。

1 2 3

关键词： 滤波器 软件 实现 数字 系统 信号 采集 冲击