摘 要

在现代数字系统的开发和设计中，使用可编程逻辑器件正变得愈发普遍。之前的数字滤波器的设计不得不通过理论公式的推导来获的数据，另外，对利用这些数据设计的数字滤波器的实际效果没有感性认识。因此，参数不能被进一步优化。针对上述主要情况，以LabVIEW为平台，利用LabVIEW设计了一个具有去噪功能的有限无限脉冲响应滤波器。 参数可以随时根据过滤器的特点进行调整，界面直观简便，并对设计的过滤器进行过滤和仿真。对于信号中的噪声，滤波的表现很好。

该系统基于LabVIEW，整个系统由两部分组成，一个模块和一个数字信号过滤模块。信号模块可以产生标准的方波信号和正弦波，并且可以在一定条件下分离或叠加信号。 数字滤波模块分为滤波模块，波形显示模块和幅度频率，相频响应显示模块主要是输入离散信号的处理操作码编号。

关键词：数字滤波 滤波 虚拟仪器 LabVIEW

Abstract

In the development and design of modern digital systems, the use of programmable logic devices is becoming more and more common. The traditional digital filter design mainly relies on the theoretical formula to derive the relevant parameters, and there is no perceptual knowledge about the real effect of the digital filters designed by these parameters, so that the parameters can not be further optimized. In view of the above situation, the finite and infinite impulse response filters with de-noising wave function are designed on the platform of LabVIEW, using LabVIEW software. According to the characteristics of the filter, the parameters are adjusted at any time, the interface is intuitive and simple, and the filter simulation of the designed filter is carried out to denoise the noise containing signals. The filtering effect is good.

The system is based on LabVIEW, and the whole system is composed of two parts: module and digital signal filtering module. The signal module can produce standard sine wave and square wave signal. Under certain conditions, signals can be separated or superimposed. The digital filter module is divided into the filter module, the waveform display module and the amplitude frequency. The phase frequency response display module is mainly the number of the processing operation code of the input discrete signal.

Key words: digital signal processing digital filter virtual instrument LabVIEW

目录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究意义 1

1.2 国内外研究状况 1

1.3 课题研究内容 2

第二章 虚拟仪器及LabVIEW 3

2.1引言 3

2.2 虚拟仪器 3

2.3 LabVIEW简介 4

2.3.1 LabVIEW 开发环境 5

2.3.2 LabVIEW程序设计结构 5

2.3.3 LabVIEW程序运算形式 5

第三章 关于数字滤波器的理论基础 7

3.1 数字滤波器结构的表示 7

3.2 IIR数字滤波器结构 8

3.3 FIR数字滤波器结构 11

3.3.1 FIR 滤波器基础 11

3.3.2 直接型 12

3.3.3 级联型 13

2.3.4 线性相位型结构 13

3.3.5频率采样型 14

3.4 FIR 滤波器的设计方法 15

3.4.1 窗函数法 15

3.4.2 频率取样法 16

3.5 IIR与FIR数字滤波器比较 16

3.6 滤波器的特征参数 17

第四章 基于LabVIEW的数字滤波器的设计 19

4.1 总体程序设计 19

4.2 各功能模块详细设计 20

4.2.1 冲激函数 20

4.2.2 FIR滤波器 20

4.2.3 滤波输出处理 21

4.3.4 滤波显示 22

第五章 测试结果及性能分析 23

5.1 运行结果 23

5.1.1 低通滤波器 23

5.1.2 带通滤波器 24

5.1.2 高通滤波器 25

5.2 性能分析 26

第六章 总结与展望 27

参考文献 28

致谢 29

第1章 绪论

1.1 课题研究意义

在几乎所有工程领域，信号处理都涉及信号，电，磁，机械和热，光和声音。信号处理的目的是合成，转换，分析，估计和识别信号。信号处理的第一项任务是捕捉强噪声条件下的实际信号或信号特性，并将其应用于实际工程中。由于处理对象的不同，模拟信号处理系统和数字信号处理系统是信号处理技术的两个方面。数字信号处理与模拟信号处理相比具有许多优点。比方说，对于温度和过程的变化的灵敏度，数字信号表现得比模拟信号更稳健。以数字表现的过程，改变信号的字长能够用来更好地调控精度，因此，对于放大相同的信号，DSP技术是很好的方法。在消除噪声以及干扰的时候，信号和噪声一起被放大的结果表现在模拟信号中，然而，数字信号能够没有差错地处理这些信号。利用数字技术，许多复杂的地方能够实现大信噪比和高精确。目前，数字信号处理已发展成为一种成熟的技术，在通信、系统操控、电力系统、故障发现、交流、图像、自动化仪表、航空航天、 RAI等许多应用中逐渐取代了传统的模拟信号处理系统。铁路，生物医学工程，雷达，声音。遥感、遥感等。

处理数字信号的过程非常重要且被广泛使用，数字滤波是重要一环。数字滤波表示输出和输过一定的运算关系来过滤一些频率成分，从而实现 PURP。细化和增强信号的有用部分，减去无用的干扰部分。与模拟滤波相比，数字滤波精度更高，使用更稳定，操作更方便等显着优点。对于严格要求，它对于相位和振幅的把控更佳，降低开发成本要多，缩简开发去应用的过程所占用的时间要短，并势不可挡的代替老式的模拟信号处理系统^[1]。

随着技术不断迭代更新，有必要不断更新测量设备进行测量，以满足更精确的测量要求。在中国，老式的仪器仪表方面的技术赶不上国外。目前，大量的老式检测用的仪器正在等待换代。这些手段在国外并不准确和稳定，智能水平很低。高端设备基本依赖国外进口，消耗外汇资源。然而，花费大量金钱的仪器可能只需要一些功能，以及一些其他功能要求，仪器不能满足这些改变。这些情况无疑是投资的巨大浪费。如果你能稍微改变一下仪器，以便实现更广泛的应用，这样就避免了浪费。但这对于传统仪器来说是非常困难的。虚拟仪器正是为解决这个而诞生的。

1.2 国内外研究状况

自上个世纪最后一页以来，计算机技术的进步，集成技术和材料技术的过滤该开发向低功耗，高精度，小尺寸，多功能和低成本迈出了一步。精确测量、小尺寸、多功能、高稳定性成为70年代以来的主要发展方向。到二十世纪七十年代后期，集成过滤器整体已经开发和应用。在上个世纪90年代，各种过滤器主要致力于各种产品的开发。当然，滤波器本身的研究仍在进行中。引入虚拟仪器的结果是再次将数字滤波器的发展带入一个新时代。

虚拟仪器的概念是由National Instrument Corporation（NI）于1986年提出的。从80年代至今，NI开发并开发出了多个Virtual instrument for bus system，成为世界上第一大这种新仪器的最大制造商。从那时起， Hewlett- Packard、泰克和 RACAL等公司在美国也投入了许多这样的仪器，并且在20年的时间内占据了世界仪器份额的20%以上。虚拟仪器技术在国外发展迅速。以这些公司为代表的一批制造开发商已经开始推出商用仪表，这些仪表以虚拟仪器技术为基础^[2]。

1.3 课题研究内容

文章对数字滤波器进行充分的研究，并通过图书还有资料的学习，学习了数字滤波器的基本原理、运作途径和基本功能。数字滤波器主要包括有限脉冲响应数字滤波器（FIR）和无限脉冲响应数字滤波器（IIR）。然后主要是数字滤波器的理论研究。对数字滤波器的原理进行了理解、分析和研究，并在LabVIEW虚拟仪器图形编程语言软件上进行了设计和实现^[3]。

在本文中，LabVIEW实现了各种数字滤波器，主要任务是：

研究了关于数字滤波器的构成和完成途径。通过了解数字滤波器的原理和配置，可以掌握各种数字滤波器的组成和特性。它为数字滤波器的组成和完成奠定了知识基础。

可以在LabVIEW软件环境中设计各种数字滤波器来研究各种数字滤波器。

虚拟数字滤波器由软件完成，信号由设计滤波器处理，以获得虚拟数字滤波器与传统仪器之间的异同。

第2章 虚拟仪器及LabVIEW

2.1引言

虚拟技术，网络技术和计算机通信技术被称为21世纪科学技术的三大核心技术。虚拟技术被称为三项核心技术中的第一项。它不仅是一种广义的技术，也是人类社会发展和人类生活的一个深刻变化的领域。早在上世纪80年代，National Instrument Corporation（NI）就首次提出了虚拟仪器的概念。根据创始人National Instruments，虚拟仪器技术使用高性能模块化硬件，结合National Instrument的高效软件来执行各种测试，自动化和测量应用。您可以使用National Instrument的高效软件创建完全定制的用户界面，并且可以轻松提供模块化硬件的系统集成。标准的硬件和软件平台可以满足同步和定时应用的需求。只有高性能软件，模块化I / O硬件和集成硬件和软件平台的三个主要组件可用。为了充分发挥虚拟仪器技术的四大优势。旋钮、开关、按键等功能及相应功能。以前的监控设备只能逐个执行某些功能和任务。它可以集中在各种传统测量和控制设备中的一套系统中。同时，他的开放性和灵活性使他能够用计算机的技术发展^[4]。

2.2 虚拟仪器

计算机和应用软件和仪器硬件构成虚拟仪器。就构成而言，由信号组成的PC-DAQ测试系统和DAQ板被用作仪器硬件。或者由 GPIB， VXI，串行和现场总线等标准总线组成的 GPIB系统，串口系统和由串行、 GPIB、 VXI和现场总线等标准总线组成的现场系统，总线系统的形式不固定。如图2.1所示。

图2.1 虚拟仪器的系统构成

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