滤波的LabVIEW程序

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０ 引 言
１ 示波器 的功 能
基于虚拟仪器技术的数据采集系统的提出在一
定程度上解决 了传统数据采集所面临的问题 ，虚拟
仪器数据采集系统成为当今数据采集系统发展 的重 要方向。正是在虚拟仪器技术的基础上对多通道数
本示波器的主要功能有 ： 模拟信号 的产生、 波形 的处理 、 信号的测量 、 波形 的存储与回放 、 滤波后的 波形保存。条件有限 ， 由于数据采集卡和计算机 Ｐ Ｃ 插槽等原因 ，在设计数据采集时采用 了 Ｌ ｂ ＩＷｅ ｓｇ ａ ｒ ｑ ｎｃ ｏ ｔ ｎ ｌ ｈａ ｉ ．Ｉ ｓａ ｋｉ ｄ ｏｆｔ ｓ ｎｓｒ ｍ ｅ ｔ ｎ ｈｅ ａ ａ ｔｒ ａ ｅ Ｏ ｔ ａ ｈ ｉ ｎ ｌｆｅ ｕｅ ｙ ｃ ｎｓａ ｔｙ ｃ ｎｇｎｇ ｔｉ ｎ ｅ ｔｉ ｔ ｕ ｎｓａ ｄ ｔ ｃ ｎ ｅ ｔｏｆｓ ｔ ｍ ｆ ｃ ｍｂｉ ｔｖ ｏ ｗａ ｅ ｏ ｉ ｅ ｔ ｅ ｔ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｎ ｅ ｅ ａ ｔｐ ｏ ｅ ｓｏ ａ ｎ ｗｌ ｏ ｃ ｐ ｙｓｅ ｏ ｏ ｎａｉ ｅ ｓ ｆ ｒ ，ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗｉｈ ｔ ｓｉ ｔ ｃ ｏ ｏ ｔ ｎｇ ｙ ａ ｄ ｒ ｌｖ ｎ ｒ ｆ ｓ ｉ ｎ ｌｋ ｏ —
本 文介 绍 了在 Ｌ ｂ ＩＷ 实现 虚拟 滤波器 测试信 号 的方法 。 ａＶＥ
关键 词 ： 虚拟仪 器 ； ａ Ⅵ Ｅ ； Ｌ ｂ ｗ 滤波器

摘要目前，在电子测量和自动化控制领域，虚拟仪器技术取得了巨大的发展。

虚拟仪器是一种功能意义上的测量和控制仪器，是具有仪器功能的软件、硬件的组合，从而实现各种传统仪器的功能。

LabVIEW是一种图形化的虚拟仪器编程语言，它具有功能强大、编程效率高、界面友好、参数修改方便等优点。

数字滤波器的设计是它的主要应用领域之一。

本文介绍了IIR、FIR数字滤波器设计方法，以及LabVIEW的功能特点，并给出了基于LabVIEW的多功能数字滤波器系统的总体设计方案，系统有五个模块组成：启动模块、登陆模块、信号发生模块、滤波模块和显示模块。

启动模块显示动态启动过程；登陆模块用来设置用户权限，只有当用户名和密码正确且匹配后，可进入系统；信号发生模块生成含有噪声的模拟信号，信号的频率、幅值、相位和噪声幅值以及采样信息都可调；滤波模块由IIR和FIR数字滤波器组成，通过设置前面板的滤波器参数来满足滤波效果；显示模块，该模块用来对滤波前后信号的波形、信号的频谱以及滤波器的频率特性进行分析比较。

测试结果表明，该系统可操作性强，界面友好，显示直观，响应速度快，精度高，有很好的滤波效果。

关键字：虚拟仪器，LabVIEW，数字滤波器，FIR，IIR目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景和意义 (1)1.2 研究内容和目的 (1)第2章数字滤波器 (2)2.1 滤波概念 (2)2.2 滤波器分类 (2)2.3 数字滤波器的原理及分类 (3)2.4 数字滤波器设计步骤 (5)2.5 数字滤波器技术指标 (6)2.6 IIR数字滤波器的设计方法 (7)2.6.1 脉冲响应不变法设计数字低通滤波器 (8)2.6.2 双线性变换法设计数字低通滤波器 (10)2.6.3 数字高通、带通和带阻滤波器的设计 (11)2.7 FIR数字滤波器的设计 (11)2.7.1 FIR数字滤波器的特征 (11)2.7.1 窗函数法设计法 (12)2.7.2 常用窗函数介绍 (15)2.7.3 频率采样法和切比雪夫逼近法介绍 (16)2.8 IIR和FIR数字滤波器比较 (17)第3章虚拟仪器 (19)3.1 虚拟仪器基础 (19)3.1.1 虚拟仪器概述 (19)3.1.2 虚拟仪器的构成 (19)3.2 LabVIEW的概述 (20)3.2.1 LabVIEW的构成 (20)3.2.2 LabVIEW的操作选板 (23)3.2.3 LabVIEW的特点 (25)3.3 LabVIEW的运行与调试 (25)3.3.1 VI运行 (25)3.3.1 VI调试 (25)3.4 LabVIEW设计虚拟仪器的方法 (29)第4章多功能数字滤波器系统设计 (31)4.1 多功能数字滤波器系统的总体方案设计 (31)4.2 多功能数字滤波器系统的各个模块设计 (31)4.2.1 启动模块 (31)4.2.2 登陆模块 (32)4.2.3 信号发生模块 (34)4.2.4 滤波模块 (36)4.2.5 显示模块 (37)第5章多功能数字滤波器系统的仿真分析 (39)5.1 系统仿真流程 (39)5.2 启动界面的仿真分析 (40)5.3 登陆界面仿真分析 (40)5.4 信号滤波去噪仿真分析 (42)5.4.1 相同阶数不同逼近准则的IIR滤波器仿真分析 (42)5.4.2 同逼近准则不同阶数的IIR滤波器仿真分析 (48)5.4.3 窗函数法FIR滤波器仿真分析 (49)5.4.4 IIR和FIR对混频信号滤波仿真分析比较 (51)第6章总结 (56)参考文献 (58)附录.............................................. 错误!未定义书签。

周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5选板提供了多种常用的滤 波器，并且提供了设计FIR和IIR滤波器的VI，使用起来非常 方便，只需要输入相应的指标参数即可。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.3 FIR滤波器设计
FIR数字滤波器的设计方法主要是建立在对理想滤波器 频率特性作某种近似的基础上，这些近似方法有窗函数法、 频率抽样法及最佳一致逼近法等。前面第一节的相关内容已 经讲述过设计FIR滤波器的方法主要有两种，一种方法是定义 好需要的幅度响应，然后求其FFT逆变换，再将所得的时域 信号加窗。这种方法的优点是简单，但是效率不高，定义困 难。另一种方法是使用Parks-McClellan算法将加权后的纹波 均匀分配到通带和阻带中，并且频率响应拥有陡峭的过渡带。 这种方法的缺点方法复杂，设计周期长。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.4 巴特沃斯滤波器
巴特沃斯滤波器是一种著名的滤波器，可以设置为高通、 低通、带通和带阻四种类型，并且可以为每一种类型设置其 截止频率。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.5 切比雪夫滤波器
切比雪夫滤波器也是一种常见的滤波器，与巴特沃斯滤波 器类似，也可以设置为高通、低通、带通和带阻四种类型，
两种，可供用户灵活调用。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.2.1 Express VI的滤波器VI
Express VI中的滤波器VI设置了针对所有类型的滤波器选 项，位于程序框图窗口中的“函数选板”→“Express”→“信 号分析”→“滤波器” 。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.2.2 波形调理VI的滤波器VI
5.9 中值滤波器
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.10 自适应滤波器

基于LabVIEW平台的虚拟滤波器去除噪声VI设计
引言
在振动、声学、地震、通讯、雷达、控制系统和生物医学工程等广泛的
科学技术领域中都对实际所观察的信号提出了滤波和频谱分析的要求。

以数字
形式对它们进行处理的内容，就构成了数字信号处理的基本研究内容。

在虚拟
仪器中滤波技术有着广泛的应用。

从测试现场采集到的信号中包含有对数据处
理有用的信号、无用信号和噪声，滤波的目的是从信号中提取有用的信号。

在
虚拟仪器系统中，将信号采集到电脑中，通常还需要利用软件完成复杂的分析
和信号处理工作，LabVIEW 提供了大量的分析工具，成熟的算法，方便了软件的开发。

基于此本文在PC 机LabVIEW 软件中模拟产生一个接近于实际信号的带噪声的信号，生成一个带噪声的信号发生装置。

选择滤波速度较快的无限
冲激响应滤波器IIR，对虚拟滤波器去除噪声进行设计。

1、设计思路
在信号传输过程中，经常会混入高频噪声，噪声的能量甚至会超过信号
能量。

因此接收端收到信号后，通常首先要进行低通滤波，然后才能对信号做
进一步处理。

设计的流程图图1 所示：
2．虚拟滤波器去除噪声VI 设计原理
2.1 生成滤波器的自选信号
自选信号是信号发生器发出的信号加上噪声信号来实现的。

在信号发生
器部分应用Basic Function Generator.vi 产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等标准信号，噪声部分我使用了Uniform White Noise Waveform.vi 生成均匀分布的伪随机的白噪声，然后一起相加生成自选信号。