基于LabVIEW的虚拟滤波器设计.docx
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基于LabVIEW的虚拟滤波器设计
目录
摘 要1
Abstract2
第一章虚拟仪器3
1.1引言3
1.2虚拟仪器的概念4
1.3虚拟仪器的工作原理5
1.4虚拟仪器的设计与实现步骤5
1.4.1前面板的设计5
1.4.2流程图的设计6
第二章滤波器7
2.1滤波器的简单介绍7
2.2数字滤波器的分类7
2.2.1按冲激响应h（n）的长度分类7
2.2.2按有无递归结构分类8
2.2.3按频域特点分8
2.3数字滤波器的一般分析、设计方法8
2.4数字滤波器的主要性能指标10
第三章设计实现13
3.1滤波器及LabVIEW实现13
3.2在labVIEW中设计滤波器13
3.3调试过程及结果15
3.3.2高通滤波功能17
3.3.3其他类型滤波器19
总结与展望20
参考文献22
致谢23
摘 要
随着电子技术和计算机技术的快速发展以及价格不断下降，传统的电子技术设计观念，使原来需硬件完成的功能，现在能由软件实现。
例如仪器面板和数字滤波等，实现硬件软件化。
而不少硬件难以实现的功能，例如复杂的信号分析，数据统计和三维图像显示等，在计算机中则较容易实现。
在市场的需求和相关技术支持下，促使了基于个人计算机的测控仪器——虚拟仪器的发展。
虚拟仪器利用计算机强大的处理能力，使得它成为了一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。
与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程度、处理能力和可操作性等方面均具有明显的技术优势。
本文设计的虚拟数字滤波器的系统工作原理是，对模拟信号进行数据采集后，根据使用者的不同要求由软件对数据进行相应的分析、处理，并在屏幕上显示处理结果。
本设计所采用的软件是美国NI公司推出的LabView。
LabVIEW是一种基于图形化编程语言的开发环境，具有十分强大的数据库。
它为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境。
是目前应用最广泛的虚拟仪器开发平台软件之一。
关键词：
滤波器；虚拟仪器；数据采集；LabVIEW
Abstract
Alongwiththeelectronictechnologyandtherapiddevelopmentofcomputertechnologyandthepricedropsceaselessly,traditionalelectronictechnologydesignidea,sothattheoriginalhardwarecompletefunction,cannowberealizedbysoftware.Forexample,instrumentpanelanddigitalfiltering,implementationofhardwareandsoftware.Whilemanyhardwaretorealizethefunctions,suchasthecomplexsignalanalysis,datastatisticsandthree-dimensionalimagedisplay,onacomputerisrealizedeasily.Inthemarketdemandandtechnicalsupport,promptingaPCbasedmeasurementandcontrolinstruments--virtualinstrumentdevelopment.Virtualinstrumentcomputerusepowerfulprocessingability,makeitbecomeagoodtool,itisusedmoreandmorewidely.Comparedwiththetraditionalinstrument,virtualinstrumentinintelligence,processingcapabilityandmaneuverabilityandsoonhastheobvioustechnicalsuperiority.
Inthispaper,thedesignofthevirtualdigitalfiltersystemworkingprincipleiscarriedoutontheanalogsignal,dataacquisition,accordingtothedifferentrequirementsofusersbysoftwarefordatacorrespondingtotheanalysis,processing,andthescreendisplaystheprocessingresult.
ThedesignofthesoftwareisintroducedbyAmericanNICorporationLabView.LabVIEWisagraphicalprogramminglanguagebaseddevelopmentenvironment,haveverypowerfuldatabase.Itisavirtualinstrumentdesignerprovidesaconvenient,easydesignenvironment.Iscurrentlythemostwidelyusedsoftwareofvirtualinstrumentdevelopmentplatform.
Keywords:
Wavefilter,Virtualinstrument,Dataacquisition,Labview
第一章虚拟仪器
1.1引言
虚拟仪器是现代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试（CAT）领域的一项重要技术。
虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测控系统硬件资源和虚拟仪器软件资源三者的有效结合。
测量仪器发展至今，大体经历了四代发展历程，即模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器和智能仪器。
由于现代计算机技术和信息技术的迅猛发展，犹如滚滚长江东流水，冲击着国民经济的各个领域，也引起了测量仪器和测试技术的巨大变革。
人们曾为测量仪器从模拟化、数字化到智能化的进步而欣喜，也为自动测试技术的日新月异的发展所鼓舞，当今虚拟仪器技术的出现又使得测量仪器进步入了高科技的殿堂。
近年来，以计算机为中心、以网络为核心的网络化测控技术与网络化测控系统得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防科技领域。
网络化的测控系统大体上由两部分组成：
测控终端与传输介质，随着个人计算机的高速发展，测控终端的位置越来越多的被个人计算机所占据，其中，软件系统是计算机系统的核心，甚至是整个测控系统的灵魂，应用于测控领域的软件系统称为监控软件。
传输介质组成的通信网络主要完成数据的通信与采集，这种数据采集系统是整个测控系统的主体，是完成测控任务的主力。
因此，这种“监控软件－数据采集系统”构架的测控系统结构在很多领域都得到了广泛的应用，并形成了一套完整的理论。
与传统的仪器不同，虚拟仪器（VirtualInstrument）是基于计算机和标准总线技术的模块化系统，通常它是由控制模块、仪器模块和软件组成，在虚拟仪器中软件是至关重要的，仪器的功能都要通过它来实现，因此软件是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”，从本质上反映了虚拟仪器的特征。
虚拟仪器应用程序的开发环境主要有两种。
一种是基于传统的文本语言的软件开发环境，常用的有LabWindows/CVI、VisualBasic、VC++等。
另一种是基于图形化语言的软件开发环境，常用的有LabView和HpVee。
其中图形化软件开发系统是用工程人员所熟悉的术语和图形化符号代替常规的文本语言编程，界面友好，操作简便，可大大缩短系统开发周期，深受专业人员的青睐。
1.2虚拟仪器的概念
虚拟仪器的概念是由美国国家仪器公司（NationalInstruments）最先提出的。
所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可集成于自动控制、工业控制系统之中；可自由构建成专有仪器系统。
虚拟仪器是智能仪器之后的新一代测量仪器。
虚拟仪器是基于计算机的仪器。
计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。
粗略的说，这种结合有两种方式。
一种方式是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。
随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器的功能也越来越强大。
另一种方式是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。
虚拟仪器主要是指这种方式。
一种典型的虚拟仪器结构如图1-1所示
图1-1典型的虚拟仪器结构
与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程序、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都具有明显的技术优势，具体表现为：
（1）智能化程度高，处理能力强。
虚拟仪器的处理能力和智能化程序主要取决去仪器软件水平。
用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。
（2）复用性强，系统费用低。
应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。
这样形成的测试仪器系统功能更灵活、系统费用更低。
通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。
（3）可操作性强。
虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。
使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。
测量完后还可以打印，显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的可操作性大大提高。
1.3虚拟仪器的工作原理
虚拟仪器以透明的方式把计算与传统仪器一样。
虚拟仪器同样划分为数据采集与控制、数据分析与处理、结果表达三大功机资源和仪器硬件的测试能力结合起来，实现了仪器功能的运作。
虚拟仪器的功能模块如图1-2所示。
虚拟仪器用各种图标或控件来虚拟传统仪器面板上的各种器件。
由各种开关图标实现仪器电源的通断；由各种按钮图标来设置被测信号的“放大倍数”、“通道”等参数；由各种显示控件以数值或波形的方式显示测量或分析结果；由计算机的鼠标和键盘操作来模拟传统仪器面板上的实际操作；以对图形化软件流程图的编程来实现各种信号测量和数据分析功能。
图1-2虚拟仪器的功能模块
1.4虚拟仪器的设计与实现步骤
1.4.1前面板的设计
前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实滤波器的前面板。
由于虚拟面板直接面向用户，是虚拟滤波器控制软件的核心。
在设计这部分时，主要考虑界面美观、操作简洁，用户能通过面板上的各种按钮、开关等控键来控制虚拟滤波器的工作。
实际中的待测信号可以由数据采集卡实时采集滤波，也可以由数据采集卡采集后保存为LabVIEW所能够识别的文件形式，之后再由LabVIEW进行分析滤波。
在这里用基本的信号（正弦波，余弦波，方波，锯齿波）来模拟原始信号。
程序采用窗函数法的计算流程，将窗函数与需要滤波的信号进行卷积实现信号的滤波。
使用者可对原始信号，噪声信号和滤波器参数进行设置。
原始信号的波形图，滤波的结果都可得到实时显示。
这样，在程序成功的
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