基于labVIEW的滤波器课程设计报告

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1、 1 一一 数字滤波器在数字滤波器在 LABVIEWLABVIEW 上的实现上的实现 1 LabVIEW 的数字滤波器工具 LabVIEW 开发环境提供了大量的数字滤波 VI 和数字滤波器开发工具。在其 Signal Processing 模板中包含了 SignalGeneration(信号产生)和 Filters(滤波 器)等子模板，其中 SignalGeneration 子模板中存放了可以生成正弦波形、脉冲 滤形、随机噪声波形等各种仿真信号的功能模块，用它们作为输入信号时可与由 数据采集卡(DAQ)对实际信号取样获得的离散时间序列等效。Filters 子模板则提 供了十几种滤波器的“图标”

2、其中用于设计 IIR 滤波器的有 ButterworthFilter. vi、 ChebyshevFilter. vi、 BasselFil-ter. vi 等， 用于设计 FIR 滤波器的有 FIRW indow Filter. vi、Equi-Ripple LowPass. vi、Equi-RippleHighPass. vi、 Equi-RippleLowPass. vi、Equi-Ripple BandPass. vi 等。通过设置图标的采样 频率、滤波器阶数、低端截止频率、高端截止频率及滤波类型等参数可以产生相 应的数字滤波器。用冲激函数 Impulse Pattern. vi 作为

3、激励信号，通过在面板 上切换滤波器的类型和阶数，可以观测到各种类型的低通、高通、带通和带阻滤 波器的幅频特性和相频特性。 2 LABVIEW 中滤波器参数的设计 在 LabVIEW 中设计虚拟数字滤波器，关键问题是要知道滤波器图标的调用路 径和合理设置滤波器的有关参数。比如,要设计一个虚拟数字式巴特沃斯滤波器， 其设计过程是在 Functions 选项板下依次选择 Analyze Signal Processing Filters 子选项板， 最后在 Filters 子选项板中选择 Butterworth Filter.vi 图标， 2 见图 4-1。选中后在流程图中便出现巴特沃斯滤波器(Bu

4、tterworth Filter.vi)图 标，如图 4-2。然后,设置 But-terworth Filter.vi 的相关参数,图标的左侧为输 入端口参数右侧为输出端口参数。 图 4-1 图 4-2 3 二二 、数字滤波器的设计、数字滤波器的设计, ,调试及功能演示调试及功能演示 1 滤波流程图及设计 图 5-1 2 FIR 和 IIR 各自的优缺点 根据数字滤波器冲激响应函数的时域特性，可将数字滤波器分为两种，即无限 长冲激响应 llR 滤波器和有限长冲激响应 FIR 滤波器。 无限长单位冲激响应(IIR)数 字滤波器的优点是可以利用模拟滤波器设计的结果，而模拟滤波器的设计有大量图 表可

5、查，方便简单。它的缺点是相位的非线性;若需要线性相位，则要采用全通网络 进行相位校正。图像处理以及数据采集传输都要求滤波器具有线性相位特性。而有 限长单位冲激响应(FIR)数字滤波器可以实现线性相位，又可具有任意幅度特性。两 者都各有特点 FIR 滤波器系统总是稳定的、易于实现线性相位、允许设计多通带或 多阻带滤波器， IIR 滤波器则可以用较低的阶数获得较高的选择性， 在相同门级规模 和相同时钟速度下可以提供更好的带外衰减特性。 信 号 采 集 仿 真 信 号 滤波器 功率谱分 析 信 号 叠 参 数 设 4 （1） FIR 滤波器的冲激响应是有限长序列， 其系统函数为一个多项式,它所含的极

6、点 多为原点，所以 FIR 滤波器永远是稳定的。有限长单位冲击响应(FIR)数字滤波器可 以具有严格的线性相位特性，同时又可以具有任意的幅度特性；此外，FIR 滤波器的 单位抽样响应是有限长的，因而具有稳定性；最后，FIR 滤波器由于单位冲击响应是 有限长的， 可以用快速傅里叶变换 FFT 实现信号的过滤。 FIR 滤波器的横截型结构如 图 5-2 所示。 图 5-2 （2）IIR滤波器是单位冲激响应是无限长序列；可以用较少的阶数获得很高的选择 特性，所用的存储单元少，运算次数少，具有经济、高效的特点，但选择性越好， 相位的非线性越严重。因此，在相位要求不敏感的场合，如语音通信等，选用IIR滤 波器。巴特沃斯滤波器就是IIR滤波器中的一种典型的滤波器，是一种所谓最平通带 特性逼近理想特性的滤波器，其频率特性曲线无论在通带和阻带都是频率的单调函 数；巴特沃斯滤波器过渡带比较宽,但是通带非常平直。其最大特点是响应平滑，单 调衰减。 ( 3 ) 为了体现这两种滤波器不同的滤波效果，所以本次滤波器设计包涵了两个滤 波器，分别是FIR加窗滤波器跟巴特沃斯滤波器。这两种滤波器被一起放于一个条