畢業(yè)論文----基于labview的fir數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字濾波器分為無(wú)限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器(IIR)和有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器(FIR)，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器在語(yǔ)音、圖像、數(shù)字通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域信號(hào)處理中有著廣泛的應(yīng)用。論文主要研究在Labview環(huán)境中實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。</p><p>　　論文重點(diǎn)描述了FIR數(shù)字濾波器的原理、方法、設(shè)計(jì)

2、過(guò)程及窗函數(shù)法、頻率取樣法、切比雪夫逼近法等幾種常用的設(shè)計(jì)方法。分別采用窗函數(shù)法、頻率取樣法、切比雪夫逼近法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器，通過(guò)對(duì)幾種設(shè)計(jì)方法的比較，得出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。最后對(duì)在窗函數(shù)法下設(shè)計(jì)的FIR數(shù)字濾波器進(jìn)行了仿真，得出了正確的仿真圖形。  </p><p>　　通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析，說(shuō)明論文在幾種方法下有效地實(shí)現(xiàn)了FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的FIR數(shù)字濾波器能有效地對(duì)含噪信號(hào)進(jìn)行濾波處理。

3、</p><p>　　關(guān)鍵詞：FIR數(shù)字濾波器；Labview；窗函數(shù)法；頻率采樣法；等波紋切比雪夫逼近法</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Digital filter are divided into infinity impulse response digital filter (IIR) and

4、 finite impulse response digital filter (FIR), FIR digital filters in phonetics, image, digital communication system and in the field of computer signal processing in a wide range of applications. Thesis mainly realize L

5、abview environment in the design of FIR digital filters. </p><p>　　The paper describes the principle of FIR digital filters, methods, design process and window function method, frequency sampling method, che

6、byshev approximation method of several common design method. The author window function method were used in several different window function including rectangular window, han ning window, Kaiser window, Blake mann windo

7、w and frequency sampling method, chebyshev approximation method realizes the FIR digital filters and the conclusion that various methods of </p><p>　　Through the analysis of experiment in that paper, several

8、 methods efficiently implemented under the design of FIR digital filters, the design of FIR digital filters can effectively to signal with noise filtering processing. </p><p>　　Keywords: FIR digital filters;

9、 Labview; window function method; frequency sampling method ; corrugated chebyshev approximation method </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p><

10、b>　　1.1研究意義1</b></p><p>　　1.2 研究現(xiàn)狀及內(nèi)容1</p><p>　　1.3 本文章節(jié)安排2</p><p>　　第2章 虛擬儀器介紹3</p><p>　　2.1虛擬儀器的介紹及發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　2.2 Labview簡(jiǎn)介4</p>

11、<p>　　2.3使用 LabVIEW程序設(shè)計(jì)濾波器的優(yōu)點(diǎn)4</p><p><b>　　2.4 小結(jié)4</b></p><p>　　第3章 數(shù)字濾波器原理5</p><p>　　3.1 數(shù)字濾波器的概念5</p><p>　　3.2數(shù)字濾波器的定義和分類5</p><p>

12、;　　3.3 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法6</p><p>　　3.4 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理6</p><p><b>　　3.5窗函數(shù)法7</b></p><p>　　3.6 頻率采樣法8</p><p>　　3.7等波紋切比雪夫逼近法8</p><p><b>　　3

13、.8小結(jié)10</b></p><p>　　第4章 基于LabVIEW的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)11</p><p><b>　　4.1前言11</b></p><p>　　4.2雙通信號(hào)源的設(shè)計(jì)11</p><p>　　4.3數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.4程序測(cè)試

14、22</p><p>　　4.5小結(jié)與心得體會(huì)26</p><p><b>　　第5章 總結(jié)27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p>　　致 謝29</p><p><b>　　1 緒論</b>&l

15、t;/p><p><b>　　1.1研究意義</b></p><p>　　目前，數(shù)字濾波器廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中如在通信、圖像編碼、語(yǔ)音編碼、雷達(dá)等眾多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中關(guān)于數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)內(nèi)容的講授比較注重理論，因其公式繁多而變得較為抽象，枯燥，不宜理解；數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)是教學(xué)中的主要內(nèi)容之一，同時(shí)也是教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。為了更好的增加我們的感

16、性認(rèn)識(shí)，本文利用LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)一種集各種數(shù)字濾波器為一體的數(shù)字濾波器系統(tǒng)[1]。利用LabVIEW可以快速有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與仿真，這都是由于G語(yǔ)言編程具有諸多優(yōu)點(diǎn)，因此基于LabVIEW設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器具有高效、靈活、界面友好、集成性強(qiáng)、費(fèi)用低、用戶自定義功能強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)[2]。本課題的主要目的意義是運(yùn)用虛擬儀器對(duì)FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，掌握FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)應(yīng)用數(shù)字濾波器處理模擬信號(hào)時(shí)，對(duì)輸入

17、模擬信號(hào)進(jìn)行限帶，抽樣和數(shù)模轉(zhuǎn)換，分析濾波器結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì)濾波器性能指標(biāo)的影響，最終在LabVIEW開發(fā)平臺(tái)上完成對(duì)FIR數(shù)字濾波器的仿真。</p><p>　　1.2 研究現(xiàn)狀及內(nèi)容</p><p>　　自從1917年出現(xiàn)LC濾波器以來(lái)，濾波器的發(fā)展從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)。尤其是近年來(lái)，伴隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多關(guān)于基于虛擬技術(shù)的濾波器設(shè)計(jì)。目前，虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境大致可以其分為兩類：

18、一類是文本式語(yǔ)言如Matlab、visual C++等；另一類是圖形化編程語(yǔ)言，具有代表性的是LabVIEW，所以虛擬數(shù)字濾波器便有使用各種語(yǔ)言編寫的版本，如Matlab編寫的虛擬數(shù)字濾波器，其編寫程序?qū)幊涕_發(fā)人員的編程能力要求很高，而且工作量較大、開發(fā)周期較長(zhǎng)，且編程基礎(chǔ)的人難對(duì)其修改[3]。然而LabVIEW使用的G語(yǔ)言，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件[3]?，F(xiàn)在也有很多基于LabVIEW的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)，但其濾波器類型一般比較單一，功能不

19、夠完善。如一般并沒(méi)有把有限沖擊響應(yīng)（FIR）濾波器和無(wú)限沖擊響應(yīng)（IIR）濾波器放在同一個(gè)面板上供用戶選擇使用，還有的只能模擬系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)進(jìn)行仿真，并沒(méi)有采集實(shí)時(shí)信號(hào)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。而具有數(shù)據(jù)采用功能的設(shè)計(jì)大部分采用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)。由于采集卡其價(jià)格比較高，并不利于推廣使用[4]。</p><p>　　本課題是基于LabVIEW的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)，通過(guò)研究分析現(xiàn)有虛擬數(shù)字濾波器，依據(jù)數(shù)字濾波器工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)，本

20、課題提出一種虛擬數(shù)字濾波器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)主要是基于聲卡對(duì)外部數(shù)據(jù)的采集，設(shè)計(jì)多功能數(shù)字濾波器對(duì)含有噪聲的正弦波、方波、三角波進(jìn)行濾波處理得到較好的波形，并且可以在前面板選擇各種濾波器，如選擇IIR、FIR并設(shè)置濾波類型，選用IIR時(shí)可以選擇最佳逼近類型，選用FIR時(shí)可以選擇不同的窗函數(shù)。</p><p>　　1.3 本文章節(jié)安排</p><p>　　第1章 緒論部分。介紹本文的研

21、究意義、研究現(xiàn)狀和研究?jī)?nèi)容，概述了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外基于labview的FIR濾波器設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀。</p><p>　　第2章 虛擬儀器簡(jiǎn)介</p><p>　　第3章 FIR濾波器基本理論.主要介紹濾波器的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　第4章 FIR濾波器的仿真。</p><p>　　第5章 全文總結(jié)。</p><p

22、><b>　　2 虛擬儀器介紹</b></p><p>　　2.1虛擬儀器的介紹及發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　所謂虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動(dòng)控制、工業(yè)控制系統(tǒng)；可自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。它由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件組成。無(wú)論哪種虛擬儀器系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到筆

23、記本電腦、臺(tái)式PC或工作站等各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)(甚至可以是掌上電腦)加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的。</p><p>　　虛擬儀器通過(guò)軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)的融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理。從發(fā)展史看，電子測(cè)量?jī)x器經(jīng)歷了由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器。由于計(jì)算機(jī)性能以摩爾定律(每半年提高一倍

24、)飛速發(fā)展，已把傳統(tǒng)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋到后面。并給虛擬儀器生產(chǎn)廠家不斷帶來(lái)較高的技術(shù)更新速率。</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。尤其在科研、開發(fā)、測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量、測(cè)控等領(lǐng)域更是不可多得的好工具。虛擬儀器技術(shù)先進(jìn)，十分符合國(guó)際上流行的"硬件軟件化"的發(fā)展趨勢(shì)，因而常被稱作"軟件儀器"。它功能強(qiáng)大，

25、可實(shí)現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號(hào)發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測(cè)特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、汽油標(biāo)號(hào)、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù)；它操作靈活，完全圖形化界面，風(fēng)格簡(jiǎn)約，符合傳統(tǒng)設(shè)備的使用習(xí)慣，用戶不經(jīng)培訓(xùn)即可迅速掌握操作規(guī)程；它集成方便，不但可以和高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，而且可以和控制設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)[5]。</p><p>　　在儀器計(jì)量系統(tǒng)方面，

26、示波器、頻譜儀、信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、電壓電流表是科研機(jī)關(guān)、企業(yè)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室、大專院校所必備的測(cè)量設(shè)備。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在測(cè)繪系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的儀器設(shè)備缺乏相應(yīng)的計(jì)算機(jī)接口，因而配合數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理十分困難。而且，傳統(tǒng)儀器體積相對(duì)龐大，多種數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)常常感到捉襟見肘，手足無(wú)措。我們常見到硬件工程師的工作臺(tái)上堆砌著紛亂的儀器，交錯(cuò)的線纜和繁多待測(cè)器件。然而在集成的虛擬測(cè)量系統(tǒng)中，我們見到的是整潔的桌面，條理的操作，不但使測(cè)量人員從繁復(fù)

27、的儀器堆中解放出來(lái)，而且還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理。其方便之極固不必多言，而設(shè)備成本的大幅降低卻不可不提。一套完整的實(shí)驗(yàn)測(cè)量設(shè)備少則幾萬(wàn)元，多則幾十萬(wàn)元。在同等的性能條件下，相應(yīng)的虛擬儀器價(jià)格要低二分之一甚至更多。虛擬儀器強(qiáng)大的功能和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，使得它在儀器計(jì)量領(lǐng)域具有很強(qiáng)的生命力和十分廣闊的前景。</p><p>　　2.2 LabVIEW簡(jiǎn)介</p><p>　　LabVI

28、EW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW開發(fā)的軟件系統(tǒng)，主要包括四個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集、顯示記錄、數(shù)據(jù)處理。其可以方便的選擇濾波器類型及其設(shè)置各種參數(shù)。另外，系統(tǒng)還增加兩個(gè)輔助子程序，以幫助更好的學(xué)習(xí)。系統(tǒng)前面

29、板設(shè)計(jì)具有簡(jiǎn)潔、美觀、人性化的特點(diǎn)[5]。</p><p>　　2.3使用 LabVIEW程序設(shè)計(jì)濾波器的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　LabVIEW軟件擁有界面美觀，程序易學(xué)易懂，形象實(shí)用。LabVIEW開發(fā)環(huán)境具有一系列優(yōu)點(diǎn)，從流程圖式的編程，不需要預(yù)先編譯就存在語(yǔ)法檢測(cè)和調(diào)試過(guò)程使用的數(shù)據(jù)指針，到其豐富的函數(shù)、數(shù)值分析、信號(hào)處理和設(shè)備驅(qū)動(dòng)等功能。使用LabVIEW軟件平臺(tái)開發(fā)數(shù)字濾波器等

30、虛擬儀器。實(shí)現(xiàn)了更高的效率，節(jié)省了更多的硬件開銷，方便了系統(tǒng)的維護(hù)和減輕了儀器更新的負(fù)擔(dān)。使用虛擬儀器逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器已經(jīng)成為測(cè)試領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。應(yīng)用LabVIEW進(jìn)行數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，效率高，操作簡(jiǎn)單，并能對(duì)誤差精度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。把傳統(tǒng)儀器利用LabVIEW用軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，開發(fā)周期短，易于維護(hù)和升級(jí)，可以設(shè)計(jì)出傳統(tǒng)儀器所不能比擬的虛擬儀器 [6]。</p><p><b>　　2.4 小結(jié) <

31、;/b></p><p>　　虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，正沿著總線與驅(qū)動(dòng)程序的標(biāo)準(zhǔn)化、軟件化的模塊化，以及編程平臺(tái)的圖形化和硬件模塊的即插即用化等方向發(fā)展。LabVIEW 在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域有著卓越的優(yōu)勢(shì),是儀器開發(fā)領(lǐng)域的一個(gè)新的發(fā)展方向，基于虛擬儀器技術(shù)的測(cè)試系統(tǒng)具有開放性、擴(kuò)展性強(qiáng),性價(jià)比高的特點(diǎn)。通過(guò)與傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的比較,證明了組成和改變儀器的功能和技術(shù)性能方面具有靈活性與經(jīng)濟(jì)性;并進(jìn)一步探討了建立

32、管理統(tǒng)一的虛擬儀器庫(kù)和虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展思路和應(yīng)用前景,對(duì)構(gòu)建其它測(cè)量、測(cè)試系統(tǒng)有很好的借鑒作用。</p><p><b>　　3 數(shù)字濾波器原理</b></p><p>　　3.1 數(shù)字濾波器的概念</p><p>　　數(shù)字濾波器是指輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻率成分的器件。與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器的主要優(yōu)點(diǎn)

33、是[7]： </p><p>　　(1) 精度和穩(wěn)定性高； </p><p>　　(2) 系統(tǒng)函數(shù)容易改變，因而靈活性高； </p><p>　　(3) 不存在阻抗匹配問(wèn)題； </p><p>　　(4) 便于大規(guī)模集成； </p><p>　　(5) 可以實(shí)現(xiàn)多維濾波。</p><p>　　3

34、.2數(shù)字濾波器的定義和分類</p><p>　　濾波器(filter）是一種用來(lái)消除干擾雜訊的器件，其對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路。</p><p>　　通常，根據(jù)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)沖擊響應(yīng)長(zhǎng)度是否為有限值，將數(shù)字濾波器分為有限沖擊響應(yīng)（Finite Impulse Response，F(xiàn)IR）濾波器和無(wú)限沖擊響應(yīng)（Infinite Impulse Response，I

35、IR）濾波器兩種類型，這兩種濾波器中都包含高通、低通、帶通等子類型[8]。這兩種類型的濾波器無(wú)論在性能上還是在設(shè)計(jì)方法上都有很大的區(qū)別。</p><p><b>　?。?）IIR濾波器</b></p><p>　　IIR濾波器設(shè)計(jì)可以直接利用模擬濾波器設(shè)計(jì)的成果，如可以通過(guò)對(duì)模擬低通濾波器進(jìn)行模擬頻率和數(shù)字頻率的變換而得到對(duì)應(yīng)濾波器特性的數(shù)字低通濾波器，當(dāng)然，兩者之間

36、有一定的誤差。模擬濾波器設(shè)計(jì)的經(jīng)典方法是用“最佳逼近特性”設(shè)計(jì)方法，響應(yīng)的有巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、貝賽爾濾波器、橢圓濾波器等濾波器類型。在逼近所需的同一個(gè)濾波器特性時(shí)，這些濾波器具有不同的頻率特性，使用者在應(yīng)用中要學(xué)會(huì)根據(jù)自己的濾波要求選擇合適的逼近類型[9]。</p><p>　　IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為： （3-1）</p><p><b>　　（2

37、）FIR濾波器</b></p><p>　　FIR濾波器的系統(tǒng)只有零點(diǎn)，因此這一類系統(tǒng)不與IIR系統(tǒng)那樣容易取得比較好的通帶與阻帶衰減特性。要取得好的衰減特性，一般要求系統(tǒng)的單位抽樣響應(yīng)截取的長(zhǎng)度要長(zhǎng)。FIR濾波器和IIR濾波器相比，具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)：首先，F(xiàn)IR系統(tǒng)總是穩(wěn)定的；其次，F(xiàn)IR系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)線性相位；最后，F(xiàn)IR系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)多通帶（或多阻帶）濾波器。后兩項(xiàng)都是IIR系統(tǒng)不易實(shí)現(xiàn)的[9]。

38、</p><p>　　FIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　3.3 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法</p><p>　　數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟大致可以分為三步: </p><p>　?。?）依照設(shè)計(jì)要求，先了解所要設(shè)計(jì)的濾波器的性能，例如是低通

39、、高通、帶通還是帶阻，截止頻率是多少，阻帶的衰減有多大，同帶的波動(dòng)范圍是多少等；</p><p>　?。?）尋找一個(gè)滿足預(yù)定性能要求的離散線性非時(shí)變系統(tǒng)，用一個(gè)因果穩(wěn)定的系統(tǒng)函數(shù)去逼近這個(gè)性能要求。此系統(tǒng)函數(shù)分兩類，即FIR系統(tǒng)函數(shù)與IIR系統(tǒng)函數(shù)；</p><p>　?。?）用一個(gè)有限精度的的運(yùn)算去實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)函數(shù)。包括算法結(jié)構(gòu)，如級(jí)聯(lián)型、并聯(lián)型、橫截型、頻率采樣型等，還包括選擇合適的字

40、長(zhǎng)以及選擇有效的數(shù)字處理方法等[10]。</p><p>　　3.4 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　一個(gè)截止頻率為ωc(rad/s)的理想數(shù)字低通濾波器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式是:</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　相應(yīng)的單位取樣響應(yīng)hd(n)為: </p>

41、<p>　　Hd(n)= （3-4）</p><p>　　由式3-3和3-4可以看出，這個(gè)濾波器在物理上是不可實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)闆_激響應(yīng)具有無(wú)限性和因果性。為了產(chǎn)生有限長(zhǎng)度的沖激響應(yīng)函數(shù)，我們?nèi)禹憫?yīng)為h(n)，長(zhǎng)度為N，其系數(shù)函數(shù)為H(z)： </p><p><b>　?。?-5 ）</b></p>

42、<p>　　用h(n)表示截取hd(n)后沖激響應(yīng), 即:式子中W(n)為窗函數(shù)，長(zhǎng)度為N。當(dāng)τ=(N-1)/2時(shí)，截取的一段h(n)對(duì)(N-1)/2對(duì)稱，可保證所設(shè)計(jì)的濾波器具有線性相位。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器輸出y(n)的Z變換形式Y(jié)(z)與輸入x(n)的Z變換形式之間的關(guān)系如下: </p><p><b>　?。?-6）</b&g

43、t;</p><p>　　實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　從上面的Z變換和結(jié)構(gòu)圖可以很容易得出FIR濾波器的差分方程表示形式。對(duì)式3-6進(jìn)行反Z變換，可得:</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p&

44、gt;　　式3-7為FIR數(shù)字濾波器的時(shí)域表示方法，其中x(n)是在時(shí)間n的濾波器的輸入抽樣值。根據(jù)式3-7即可對(duì)濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)[10]。</p><p><b>　　3.5窗函數(shù)法</b></p><p>　?、僭O(shè)計(jì)思想：從時(shí)域出發(fā)，設(shè)計(jì)逼近理想。以低通線性相位FIR數(shù)字濾波器為例：一般是無(wú)限長(zhǎng)的，且是非因果的，不能直接作為FIR濾波器的單位脈沖響應(yīng)。要想得到一個(gè)因

45、果的有限長(zhǎng)的濾波器h(n)，最直接的方法是截?cái)?，即截取為有限長(zhǎng)因果序列，并用合適的窗函數(shù)進(jìn)行加權(quán)作為FIR濾波器的單位脈沖響應(yīng)。按照線性相位濾波器的要求，h(n)必須是偶對(duì)稱的。對(duì)稱中心必須等于濾波器的延時(shí)常數(shù)，即用矩形窗設(shè)計(jì)的FIR低通濾波器，所設(shè)計(jì)濾波器的幅度函數(shù)在通帶和阻帶都呈現(xiàn)出振蕩現(xiàn)象，且最大波紋大約為幅度的9%，這個(gè)現(xiàn)象稱為吉布斯（Gibbs）效應(yīng)。為了消除吉布斯效應(yīng)，一般采用其他類型的窗函數(shù)。</p><

46、;p>　?、冢么昂瘮?shù)設(shè)計(jì)FIR濾波器的具體步驟如下：</p><p>　　（1）按允許的過(guò)渡帶寬度△ω及阻帶衰減AS，選擇合適的窗函數(shù)，并估計(jì)界數(shù)N，其中A由窗函數(shù)的類型決定；</p><p>　?。?）由給定的濾波器的幅頻響應(yīng)參數(shù)求出理想的單位脈沖響應(yīng) ；</p><p>　?。?）確定延時(shí)值 ；</p><p>　　（4）計(jì)算濾

47、波器的單位取樣響應(yīng)；</p><p>　?。?）驗(yàn)算技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求[10]。</p><p>　　3.6 頻率采樣法</p><p>　　頻率采樣法是從頻域出發(fā),根據(jù)頻域采樣定理，對(duì)給定的理想濾波器的頻率響應(yīng)jw [4] Hd(e )加以等間隔的抽樣 ，得到Hd(k)：</p><p><b>　　（3-8）</b&g

48、t;</p><p>　　再利用可求得FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)及頻率響應(yīng)：</p><p>　　其中，φ(w)是一個(gè)內(nèi)插函數(shù)：</p><p>　　從以上公式可以看出，在每個(gè)采樣頻率點(diǎn)處，濾波器的實(shí)際頻率響應(yīng)是嚴(yán)格地和理想頻率響應(yīng)數(shù)值相等,即：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><

49、p>　　而在各采樣點(diǎn)間的頻率響應(yīng)則是其的加權(quán)內(nèi)插函數(shù)延伸疊加的結(jié)果。但對(duì)于一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)的序列，用頻率采樣法必然有一定的逼近誤差,誤差的大小取決于理想頻響曲線的形狀, 理想頻響特性變換越平緩, 則內(nèi)插函數(shù)值越接近理想值,誤差越小。為了提高逼近的質(zhì)量，可以通過(guò)在頻率相應(yīng)的過(guò)渡帶內(nèi)插入比較連續(xù)的采樣點(diǎn)，擴(kuò)展過(guò)渡帶使其比較連續(xù)，從而使得通帶和阻帶之間變換比較緩慢，以達(dá)到減少逼近誤差的目的[11]。 </p><p&g

50、t;　　選取∈[0,2π]內(nèi)N個(gè)采樣點(diǎn)的約束條件為：</p><p><b>　　（3-10）</b></p><p>　　3.7等波紋切比雪夫逼近法</p><p>　　盡管窗函數(shù)法與頻率采樣法在FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用, 但兩者都不是最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。通常線性相位濾波器在不同的頻帶內(nèi)逼近的最大容許誤差要求不同。等波紋切比雪夫逼近

51、準(zhǔn)則就是通過(guò)對(duì)通帶和阻帶使用不同的加權(quán)函數(shù),實(shí)現(xiàn)在不同頻段(通常指的是通帶和阻帶) 的加權(quán)誤差最大值相同，從而實(shí)現(xiàn)其最大誤差在滿足性能指標(biāo)的條件下達(dá)到最小值，即使得和之間的最大絕對(duì)誤差最小。</p><p>　　等波紋切比雪夫逼近是采用加權(quán)逼近誤差，它可以表示為：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　其中，為

52、逼近誤差加權(quán)函數(shù)，在誤差要求高的頻段上，可以取較大的加權(quán)值，否則，應(yīng)當(dāng)取較小的加權(quán)值。</p><p>　　盡管按照 FIR 數(shù)字濾波器單位取樣響應(yīng) h(n)的對(duì)稱性和 N的奇、偶性，F(xiàn)IR 數(shù)字濾波器可以分為 4 種類型，但濾波器的頻率響應(yīng)可以寫成統(tǒng)一的形式： </p><p><b>　　（3-12）</b></p><p>　　其中，

53、，為幅度函數(shù)，且是一個(gè)純實(shí)數(shù)，表達(dá)式也可以寫成統(tǒng)一的形式：</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　其中，為ω的固定函數(shù)，為M個(gè)余弦函數(shù)的線性組合。若令：，</p><p>　　因此，由式（9）、（10）將改寫成：</p><p>　　故等波紋切比雪夫逼近法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的步驟是： &

54、lt;/p><p>　　①給出所需的頻率響應(yīng)加權(quán)函數(shù)和濾波器的單位取樣響應(yīng)h(n)的長(zhǎng)度N。 </p><p>　　②由①中給定的參數(shù)來(lái)形成所需的、和的表達(dá)式。 </p><p>　　③根據(jù)Remez算法,求解逼近問(wèn)題。 </p><p>　?、芾酶盗⑷~逆變換計(jì)算出單位取樣響應(yīng)h(n) [11]。</p><p>　　R

55、emez算法是由Parks和McClellan等人在1972年推導(dǎo)出來(lái)的。它是將FIR數(shù)字濾 ( N ,σ1,σ2,ωp,ωs)中的N,ωp,ωs和σ1/σ2固定,而視σ1(或σ2)為變量的一種迭代方法。在MATLAB工具箱中可以直接調(diào)用remez函數(shù)（采用Remez 算法），來(lái)進(jìn)行FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。其具體算法有幾種，常見的一種算法格式為： </p><p>　　b= remez (n, f, a, w,

56、 ‘ftype’)</p><p><b>　　3.8小結(jié)</b></p><p>　　本章首先論述了數(shù)字濾波器的定義和其特點(diǎn)以及數(shù)字濾波器的定義和分類，然后分別介紹了IIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)和FIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)，并對(duì)兩者進(jìn)行了比較，闡述了選擇FIR數(shù)字濾波器作為設(shè)計(jì)重心的原因。</p><p>　　4 基于LabVIEW的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)<

57、;/p><p><b>　　4.1前言</b></p><p>　　創(chuàng)建虛擬儀器的過(guò)程共分三步：</p><p>　　(1)設(shè)計(jì)虛擬儀器的前面板。虛擬儀器的交互式用戶接口被稱為前面板，它是模仿實(shí)際儀器的面板。前面板包含旋鈕、按鈕，圖形和其他控制與顯示對(duì)象，通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤為控制對(duì)象輸入數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)屏幕上觀看結(jié)果。</p><p&

58、gt;　　(2)編寫虛擬儀器流程圖。流程圖是一個(gè)編程問(wèn)題的圖形化解決方案(也是虛擬儀器的源代碼)。虛擬儀器從流程圖中接受命令。</p><p>　　(3)確定虛擬儀器的圖標(biāo)和連接(表示某一虛擬子儀器)的參數(shù)列表，圖標(biāo)和連接允許將此儀器作為最高級(jí)的程序，也可以作為其他程序或子程序中的程序(子儀器)。</p><p>　　這個(gè)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)總框圖如圖4-1：</p><p

59、>　　圖4-1數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)總框圖</p><p>　　首先設(shè)計(jì)雙通信號(hào)源，用來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，然后設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字濾波器，進(jìn)行濾波，濾波后的波形通過(guò)顯示模塊顯示，模塊和幅頻、相頻響應(yīng)顯示模塊則可以更好的了解濾波效果。</p><p>　　4.2雙通信號(hào)源的設(shè)計(jì)</p><p>　　雙通信號(hào)源的設(shè)計(jì)，是所有數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì)的根本，同時(shí)，相對(duì)于濾波器的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，也本著

60、由淺入深的原則，這里首先介紹信號(hào)源的設(shè)計(jì)。</p><p>　　由于是濾波器的設(shè)計(jì)，所以信號(hào)源必須是多通道，至少雙通道信號(hào)源，本次設(shè)計(jì)就采用雙通道信號(hào)源。其中通道1可以產(chǎn)生：正弦波，方波，三角波，均勻白噪聲以及脈沖函數(shù)，通道2則在通道1的基礎(chǔ)上增加沖擊函數(shù)以供使用。</p><p>　　下面我們分步設(shè)計(jì)信號(hào)的發(fā)生。</p><p>　　4.2.1正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)&

61、lt;/p><p>　　正弦波的產(chǎn)生主要運(yùn)用到一個(gè)叫Sine Wave.vi的子VI。如圖4-2：</p><p>　　圖4-2 Sine Wave.vi示例圖</p><p>　　它有8個(gè)接線端，分別是相位輸入、頻率、幅值、采樣、相位重置、相位輸出、正弦波輸出以及錯(cuò)誤端口。</p><p>　　其中，相位輸入、頻率、幅值、采樣是正弦波的重要參數(shù)

62、，是我們需要調(diào)節(jié)的部分，因此我們都將其引出，然后分別將其賦予固定值，或?qū)⑵湓O(shè)置為可調(diào)節(jié)。</p><p>　　為了防止信號(hào)錯(cuò)誤，所以相位重置也要設(shè)置一個(gè)開關(guān)，以便重置正弦波。</p><p>　　當(dāng)然最主要的是正弦波的輸出的連接。</p><p>　　于是，正弦波的設(shè)計(jì)如圖4-3：</p><p>　　圖4-3正弦波的設(shè)計(jì)</p>

63、<p>　　這樣我們就設(shè)計(jì)了一個(gè)可以改變參數(shù)的正弦波發(fā)生器。</p><p>　　4.2.2方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p>　　方波運(yùn)用的是一個(gè)叫Square Wave.vi的子VI。如圖4-4：</p><p>　　圖4-4 Square Wave.vi示例圖</p><p>　　它擁有9個(gè)接線端，比正弦波多了一個(gè)占空比，同

64、時(shí)把正弦波輸出也相應(yīng)的變?yōu)榉讲ㄝ敵?。同樣，參照正弦波的設(shè)計(jì)，我們可以根據(jù)設(shè)計(jì)的需求，通過(guò)調(diào)節(jié)采樣數(shù)，幅度，頻率，相位以及占空比，設(shè)計(jì)出不同采樣數(shù)，幅度，頻率，相位以及占空比的方波，用來(lái)做為下一步設(shè)計(jì)的輸入信號(hào)。</p><p>　　具體設(shè)計(jì)如下圖4-5所示：</p><p><b>　　圖4-5方波的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　我們可以運(yùn)

65、用這個(gè)方波發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生任何設(shè)計(jì)需要的方波。</p><p>　　4.2.3三角波發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p>　　三角波主要運(yùn)用Triangle Wave.vi的子VI。如圖4-6：</p><p>　　圖4-6 Triangle Wave.vi示例圖</p><p>　　它和正弦波一樣，擁有8個(gè)接線端，分別是相位輸入、頻率、幅值、采樣、相位

66、重置、相位輸出、三角波輸出以及錯(cuò)誤端口。</p><p>　　三角波的具體設(shè)計(jì)如圖4-7所示：</p><p>　　圖4-7三角波的設(shè)計(jì)</p><p>　　改變相關(guān)參數(shù)就可以產(chǎn)生設(shè)計(jì)所需求的三角波。</p><p>　　4.2.4均勻白噪聲、脈沖函數(shù)和沖擊函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p>　　均勻白噪聲、脈沖函數(shù)和沖

67、擊函數(shù)的設(shè)計(jì)分別運(yùn)用Uniform White Noise.vi ， Pulse Pattern.vi和Impulse Pattern.vi的子VI。如圖4-8所示：</p><p>　　圖4-8 Uniform White Noise.vi，Pulse Pattern.vi和Impulse Pattern.vi示例圖</p><p>　　下面的系列圖分別是均勻白噪聲、脈沖函數(shù)和沖擊函數(shù)發(fā)

68、生器的設(shè)計(jì)連線。如圖4-9：</p><p>　　圖4-9均勻白噪聲發(fā)生的設(shè)計(jì)</p><p>　　均勻白噪聲只需要設(shè)置采樣數(shù)以及幅值就可以。如圖4-10：</p><p>　　圖4-10脈沖函數(shù)的設(shè)計(jì)</p><p>　　脈沖函數(shù)則增加了延時(shí)設(shè)置和寬度設(shè)置。</p><p>　　沖擊函數(shù)只增加了一個(gè)延時(shí)。如圖4-11

69、：</p><p>　　圖4-11沖擊函數(shù)的設(shè)計(jì)</p><p>　　這樣就把所有的信號(hào)發(fā)生設(shè)計(jì)好了。下面需要做的就是把所有的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)在一起，形成一個(gè)雙通道信號(hào)源。</p><p>　　4.2.5雙通信號(hào)源的前面板設(shè)計(jì)</p><p>　　首先，根據(jù)信號(hào)的調(diào)節(jié)參數(shù)，設(shè)計(jì)出一系列的按鈕，這些按鈕可以調(diào)節(jié)產(chǎn)生信號(hào)的參數(shù)，以便產(chǎn)生的信號(hào)是我們

70、所需要的。</p><p>　　不可能每個(gè)信號(hào)發(fā)生器都占用一個(gè)前面板設(shè)計(jì)，否則所設(shè)計(jì)的信號(hào)源會(huì)需要11個(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)面板，這不僅浪費(fèi)資源，消耗精力，同時(shí)也容易出現(xiàn)操作上的失誤。所以在設(shè)計(jì)上運(yùn)用一個(gè)條件循環(huán)，來(lái)調(diào)用所需的信號(hào)發(fā)生器。這樣就不會(huì)有如上的問(wèn)題，不過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)依然需要設(shè)計(jì)多個(gè)。如圖4-12：</p><p>　　圖4-12參數(shù)調(diào)節(jié)按鈕的前面板設(shè)計(jì)（1）</p><p&

71、gt;　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)，以上6種信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)到的調(diào)節(jié)參數(shù)共有如下幾個(gè)：幅度，偏置，相位，延時(shí)，寬度，占空比，頻率以及信號(hào)重置。如圖4-13：</p><p>　　圖4-13參數(shù)調(diào)節(jié)按鈕的前面板設(shè)計(jì)（2）</p><p>　　同時(shí)，考慮到在特定條件可能只需要一路信號(hào)發(fā)生器，于是就設(shè)計(jì)一個(gè)分離，合成按鈕，這樣可以選擇使用信號(hào)發(fā)生器1產(chǎn)生波形或雙通道產(chǎn)生的信號(hào)疊加，在不同情況下，可能還需改變采樣頻

72、率或查詢某個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，程序中設(shè)計(jì)了兩個(gè)按鈕來(lái)更改采樣頻率和顯示波形數(shù)據(jù)。</p><p>　　這樣就完成了前面板設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.2.6雙通道信號(hào)源的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　完成了前面板設(shè)計(jì)，下面所需要的工作就是將圖標(biāo)用連線連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，最主要的設(shè)計(jì)是采用了一個(gè)條件循環(huán)，通過(guò)這個(gè)循環(huán)，可以調(diào)用不同的信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生我們所需的波形。

73、如圖4-14：</p><p>　　圖4-14條件循環(huán)示圖</p><p>　　通過(guò)條件循環(huán)，可以將信號(hào)發(fā)生器組合到一起，然后通過(guò)加法器，產(chǎn)生偏置，通過(guò)加法器將雙通道的信號(hào)合成。其中運(yùn)用到一個(gè)選擇器，來(lái)選擇最后輸出的是信號(hào)發(fā)生器1產(chǎn)生的波形信號(hào)，還是雙通道產(chǎn)生的合成信號(hào)。如圖4-15：</p><p>　　圖4-15雙通道信號(hào)源的設(shè)計(jì)</p><

74、p>　　這樣，就圓滿完成了雙通道信號(hào)源的設(shè)計(jì)，這為以后的數(shù)字濾波模塊設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　4.3數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)</p><p>　　在設(shè)計(jì)完雙通道信號(hào)源后，便開始設(shè)計(jì)了本設(shè)計(jì)最為重要的部分，通過(guò)使用LabVIEW的濾波器子VI，設(shè)計(jì)出數(shù)字濾波器。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，采用了巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器以及擁有矩形窗、三角窗、漢寧窗

75、、漢明窗和布拉克曼窗的窗函數(shù)濾波器。同時(shí)每個(gè)濾波器都有低通，高通，帶通和帶阻的濾波方式。</p><p>　　4.3.1巴特沃斯濾波器的設(shè)計(jì)</p><p>　　巴特沃斯濾波器是濾波器的一種。巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是帶通的頻率響應(yīng)曲線最平滑。這種濾波器最先由英國(guó)工程師斯蒂芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930年發(fā)表在英國(guó)《無(wú)線電工程》期刊的一篇論文中提出的

76、。</p><p>　　巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是帶通內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒(méi)有起伏，而在帶阻內(nèi)則逐漸下降為零。在振幅的對(duì)數(shù)對(duì)角頻率的波得圖上，從某一邊界角頻率開始，振幅隨著角頻率的增加而逐步減少，趨向負(fù)無(wú)窮大。</p><p>　　巴特沃斯濾波器主要采用LabVIEW中的Butterworth Filter.vi的子VI。如圖4-16：</p><p>　　圖

77、4-16 Butterworth Filter.vi示例圖</p><p>　　它擁有9個(gè)接線端，分別是低通截止頻率fl、高通截止頻率fh、采樣頻率、輸入、濾波后輸出、濾波器類型選擇端、錯(cuò)誤端口、階數(shù)以及初始化/連續(xù)端口。</p><p>　　其中我們主要使用前七個(gè)接線端，就可以組成一個(gè)可調(diào)節(jié)的巴特沃斯濾波器。如圖4-17所示：</p><p>　　圖4-17巴特沃

78、斯濾波器的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.2切比雪夫?yàn)V波器的設(shè)計(jì)</p><p>　　切比雪夫?yàn)V波器也是個(gè)非常典型的濾波器，它是在帶通或帶阻上頻率響應(yīng)幅度等波紋波動(dòng)的濾波器。在帶通波動(dòng)的為“I型切比雪夫?yàn)V波器”，在帶阻波動(dòng)的為“II型切比雪夫?yàn)V波器”。切比雪夫?yàn)V波器在過(guò)渡帶比巴特沃斯濾波器的衰減快，但頻率響應(yīng)的幅頻特性不如后者平坦。切比雪夫?yàn)V波器和理想濾波器的頻率響應(yīng)曲線之間的誤差最小，

79、但是在帶通內(nèi)存在幅度波動(dòng)。</p><p>　　這種濾波器來(lái)自切比雪夫多項(xiàng)式，因此得名，用以記念俄羅斯數(shù)學(xué)家巴夫尼提·列波維其·切比雪夫。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，切比雪夫?yàn)V波器主要采用LabVIEW里的Chebyshev Filter.vi。如圖4-18：</p><p>　　圖4-18 Chebyshev Filter.vi示例圖&l

80、t;/p><p>　　Chebyshev Filter有10個(gè)接線口，分別是：低通截止頻率fl、高通截止頻率fh、采樣頻率、輸入、濾波后輸出、濾波器類型選擇端、錯(cuò)誤端口、階數(shù)、初始化/連續(xù)端口以及波紋。</p><p>　　所以在設(shè)計(jì)切比雪夫?yàn)V波器的時(shí)候要比特沃斯濾波器多接出一個(gè)波紋按鈕。如圖4-19：</p><p>　　圖4-19切比雪夫?yàn)V波器的設(shè)計(jì)</p&g

81、t;<p>　　4.3.3窗函數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)</p><p>　　窗函數(shù)濾波器包括矩形窗、三角窗、漢寧窗、漢明窗和布拉克曼窗，窗函數(shù)不同，窗口寬度不同，實(shí)際頻響會(huì)有較大區(qū)別。如：加漢明窗的頻響曲線的帶通和帶阻特性比矩性窗好。</p><p>　　要產(chǎn)生以上5種方式濾波器，就要運(yùn)用到LabVIEW里的Force Window.vi, Triangle Window.vi, Ha

82、nning Window.vi, Hamming Windows.vi和Blackman Window.vi。如圖4-20：</p><p>　　圖4-20窗函數(shù)濾波器的子VI示例圖</p><p>　　輸入信號(hào)通過(guò)各種窗口進(jìn)行濾波，然后通過(guò)輸出端口，傳輸?shù)斤@示模塊和幅頻、相頻響應(yīng)模塊。窗函數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)也要調(diào)用條件循環(huán)，以減少資源調(diào)用，降低工作量等目的。</p><p

83、>　　4.3.4數(shù)字濾波器的前面板設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)字濾波器的最主要顯示手段就是一個(gè)時(shí)域信號(hào)顯示窗口。這個(gè)窗口可以看出濾波器的濾波效果，同時(shí)制作了一個(gè)開關(guān)來(lái)選擇顯示輸入波形還是顯示輸出波形。同時(shí)為了能調(diào)節(jié)顯示的時(shí)間軸，還設(shè)計(jì)了一個(gè)時(shí)標(biāo)旋鈕。如圖4-21：</p><p>　　圖4-21時(shí)域信號(hào)顯示窗口的前面板設(shè)計(jì)</p><p>　　調(diào)節(jié)數(shù)字濾波器的

84、類型就要用到如圖4-22設(shè)計(jì)的按鈕：</p><p>　　圖4-22濾波方式調(diào)整按鈕的設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)它可以選擇要使用的濾波模型和濾波方式。</p><p>　　而調(diào)節(jié)數(shù)字濾波器的參數(shù)，比如高端截止頻率fh、低端截止頻率fl、階數(shù)和波紋系數(shù)就需要用到如圖4-23按鈕：</p><p>　　圖4-23濾波參數(shù)調(diào)節(jié)按鈕的設(shè)計(jì)<

85、/p><p>　　同時(shí)程序還附加設(shè)計(jì)了一個(gè)幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)顯示窗口，查看幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)，以檢驗(yàn)濾波效果。如圖4-24：</p><p>　　圖4-24幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)顯示窗口的前面板設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.5數(shù)字濾波器的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　作為重要的數(shù)字濾波模塊，依然需要條件循環(huán)來(lái)選取濾波器，并通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)的參數(shù)按鈕來(lái)

86、達(dá)到調(diào)節(jié)濾波方式的目的。如圖4-25：</p><p>　　圖4-25數(shù)字濾波器的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　而輸入、輸出顯示模塊也通過(guò)條件循環(huán)和控制按鈕來(lái)選擇顯示波形是輸入信號(hào)還是輸出信號(hào)，值得一提的是這里用到一個(gè)捆綁，它可以將3個(gè)變量捆綁成1個(gè)簇向顯示模塊輸入。如圖4-26：</p><p>　　圖4-26輸出顯示模塊設(shè)計(jì)</p><p&g

87、t;　　圖4-27幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　幅頻、相頻響應(yīng)則主要通過(guò)Transfer Function.vi來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同樣使用一個(gè)捆綁來(lái)變量形成一個(gè)簇，從而實(shí)現(xiàn)幅頻、相頻響應(yīng)的顯示。</p><p><b>　　4.4程序測(cè)試</b></p><p>　　為了驗(yàn)證程序設(shè)計(jì)的正確性和嚴(yán)謹(jǐn)性，我選取了濾波器中最典型的巴特沃斯濾

88、波器作為檢測(cè)對(duì)象，同時(shí)選用低通濾波進(jìn)行測(cè)試。輸入信號(hào)，采用雙通道信號(hào)源。分別為：</p><p>　　1：幅值為5，頻率為500的正弦信號(hào)；</p><p>　　2：幅值為5，占空比為80%，頻率為2500的方波信號(hào)。</p><p>　　輸入通道1的參數(shù)設(shè)置：</p><p>　　圖4-28輸入通道1的參數(shù)設(shè)置</p><

89、;p>　　輸入通道2的參數(shù)設(shè)置：</p><p>　　圖4-29輸入通道2的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　輸入時(shí)域信號(hào)的波形見下圖：</p><p>　　圖4-30輸入信號(hào)波形</p><p>　　選用的濾波器種類和類型：</p><p>　　圖4-31濾波器的選擇</p><p><

90、;b>　　濾波參數(shù)設(shè)置：</b></p><p>　　圖4-32濾波參數(shù)設(shè)置</p><p>　　輸出時(shí)域信號(hào)的波形：</p><p>　　圖4-33輸出信號(hào)的波形</p><p><b>　　幅頻響應(yīng)：</b></p><p><b>　　圖4-34幅頻響應(yīng)</

91、b></p><p><b>　　相頻響應(yīng)：</b></p><p><b>　　圖4-35相頻響應(yīng)</b></p><p>　　巴特沃斯濾波器的低通濾波整體圖形：</p><p>　　圖4-36巴特沃斯濾波器低通濾波的效果圖</p><p>　　濾波顯示如圖4-36，

92、通過(guò)圖4-30和圖4-33可以看出噪聲信號(hào)在通過(guò)低通濾波器后被濾除,頻譜發(fā)生變化，幅值隨著頻率的增大而減小。4-35圖中可觀察到相位是線性的,即該濾波器是一線性相位濾波器。</p><p>　　4.5小結(jié)與心得體會(huì)</p><p>　　本章介紹了我所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的各功能模塊，并將設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法都相應(yīng)的進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)出的數(shù)字濾波器進(jìn)行了驗(yàn)證，證明設(shè)計(jì)是成功的。</p&g

93、t;<p>　　在這一章中，重點(diǎn)介紹了以下兩個(gè)模塊：</p><p>　　(1)信號(hào)發(fā)生模塊；</p><p>　　(2)數(shù)字濾波模塊。</p><p>　　同時(shí)，數(shù)字濾波模塊還分為濾波模塊，波形顯示模塊和幅頻、相頻響應(yīng)顯示模塊進(jìn)行介紹。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的主要成果總結(jié)具體如下：</p><p>

94、;　　(1)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間摸索得出的一整套LabVIEW的使用的方法與技巧。其中包括：熟悉了LabVIEW的程序開發(fā)方法，并可以運(yùn)用LabVIEW開發(fā)簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)。同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，記錄了設(shè)計(jì)日志，列舉了遇到的問(wèn)題及其解決方法，為今后的繼續(xù)開發(fā)提供了重要參考資料。</p><p>　　(2)開發(fā)出的可演示的數(shù)字濾波器程序。包括信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字濾波器模塊，并可以調(diào)節(jié)發(fā)生的信號(hào)參數(shù)和濾波參數(shù)，實(shí)際運(yùn)行效果不錯(cuò)，有一定的

95、實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　(3)通過(guò)對(duì)本課題的研究，自己從中取得了一些成績(jī)，理論水平也得到了一定的提高，同時(shí)也暴露了一些問(wèn)題。首先，對(duì)一個(gè)課題必須要閱讀大量的文獻(xiàn)和書籍來(lái)獲得一定的感性認(rèn)識(shí)，然后才能有自己的想法，這是一條必經(jīng)之路。其次，理論基礎(chǔ)知識(shí)很重要，論文設(shè)計(jì)用了很多基礎(chǔ)知識(shí)，如果用的時(shí)候再去學(xué)會(huì)浪費(fèi)時(shí)間。最后，要有信心，遇到困難要向別人請(qǐng)教，這樣可以大大加快研究進(jìn)程。以上是我做論文的一些心得體會(huì)，這些

96、對(duì)我以后的工作會(huì)有很大的幫助。</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　近30多年來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理是緊緊圍繞著理論、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用三個(gè)方面迅速發(fā)展起來(lái)的，它以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)，其成果又滲透到多個(gè)學(xué)科，成為理論與實(shí)踐并重，在高新技術(shù)領(lǐng)域中占有重要地位的新興學(xué)科。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器以其良好的性能被廣泛使用，屬于數(shù)字信號(hào)處理的基本模塊之一。

97、現(xiàn)在絕大多數(shù)的電子設(shè)備中都具有數(shù)字濾波模塊。</p><p>　　而虛擬儀器是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)是是測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域的一個(gè)突破，從根本上更新了測(cè)量?jī)x器的概念。虛擬儀器技術(shù)不僅可以簡(jiǎn)化儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且能有效的降低生產(chǎn)成本和縮短開發(fā)時(shí)間。</p><p>　　本文以LabVIEW為應(yīng)用背景，圍繞數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)技術(shù)展開研究，該技術(shù)是設(shè)計(jì)

98、與實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)最重要的技術(shù)之一。</p><p>　　本文主要分為L(zhǎng)abVIEW，數(shù)字濾波器理論知識(shí)和數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)技術(shù)三個(gè)部分。第一部分研究了LabVIEW的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程，第二部分系統(tǒng)地研究了數(shù)字濾波器的理論知識(shí)，第三部分則是重點(diǎn)介紹了基于LabVIEW的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)，其中包括巴特沃斯，切比雪夫?yàn)V波和窗函數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)，以及可以在各種濾波器中實(shí)現(xiàn)低通，高通，帶通，帶阻濾波的方法。</p&g

99、t;<p>　　文中所討淪的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有重要的實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　本文所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器是我們階段性的研究成果，同時(shí)由于本人的時(shí)間和能力有限，無(wú)疑，本設(shè)計(jì)尚存在許多未盡人意的地方，誠(chéng)懇希望各位評(píng)閱老師批評(píng)指正，本人不勝感激。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p

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105、作過(guò)程中，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中xx老師都給予了我細(xì)心的指導(dǎo)。這幾個(gè)月以來(lái)，xx老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向xx老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。給我提供了大量數(shù)據(jù)資料和建議，告訴我應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題，細(xì)心的給我指出錯(cuò)誤，修改論文。在此，我再一次真誠(chéng)地向幫助過(guò)我