根据labview的低通滤波器设计

基于LabVIEW的多通道FIR数字滤波器辅助设计摘要:本文介绍一种基于LabVIEW的快速有效地设计具有线性相位FIR数字滤波器的方法,设计了Lowpass、Highpass、Bandpass、Bandstop四种常规类型的滤波器,Equi-ripple FIR和Window FIR两种拓扑结构,滤波器的阶次设为任意可选。

通过验证,在数字信号滤波器设计中起到了极其重要辅助作用。

关键词:FIR数字滤波器LabVIEW 多通道1 引言在信号处理中,滤波占有十分重要的地位,滤波器是保留输入信号中的有用信息,滤出不需要的信息,从而达到信号的检测、提取、识别等不同的目的。

数字滤波与模拟滤波相比有很多优点,它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移、温度漂移和噪声等问题外,还能满足滤波器对幅度和相位的严格要求。

虚拟仪器把计算机技术、电子技术、传感器技术、信号处理技术、软件技术结合起来,除继承传统仪器的已有功能外,还增加了许多传统仪器所不能及的先进功能。

虚拟仪器充分利用计算机丰富的软硬件资源,突破了传统仪器在数据处理、表达、传送以及存储方面的限制。

把虚拟仪器应用到信号处理中,大大降低了设计开发的难度。

2 FIR数字滤波器2.1 数字滤波器数字滤波器的功能是把输入序列通过一定的运算变换成输出序列数字滤波器,也就是对输入信号进行滤波,而不同的运算处理方法决定了滤波器的实现结构不同。

滤波器用N阶差分方程表示为2.2 虚拟仪器LabVIEW[1]作为目前国际上唯一的编译型图形化编程语言,把复杂、繁琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能,使用线条把各种功能连接起来的简单图形编程方式。

是指通过应用程序将计算机与功能化模块结合起来,用户可以通过友好的图形界面来操作这台计算机,就像在操作自己定义、自己设计的仪器一样,从而完成对被测量的采集、分析、处理、显示、存储和打印。

虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板,以多种形式表达输出检测结果:利用计算机强大的软件功能实现信号运算、分析和处理;利用I/O接口设备完成信号的采集和与调试,从而完成各种测试功能的计算机测试系统。

基于LabVIEW的多功能数字滤波器的设计摘要:虚拟仪器技术被越来越多地引入到日常教学活动中来，数字滤波器的设计就是其中１个主要的应用领域。

通过一学期的学习，提出了１种基于Butterworth 滤波、Chebyshev滤波、反Chebyshev滤波原理，设计带通、带阻、高通和低通四种类型的滤波器，并实现对带有噪声的信号的滤波还原验证.测试结果表明，该系统可操作性强，响应速度快，精度高，显示直观，能准确反映滤波效果，是一种实用有效的解决方案。

关键词:LabVIEW软件；多功能；数字滤波器目录1 引言 (3)1.1 虚拟仪器简介 (3)1.2 基于LabView的多功能数字滤波器 (3)2 总体设计思路 (4)3 系统设计 (4)4 系统测试 (4)5 总结 (7)参考文献 (7)1 引言1.1 虚拟仪器简介最近几年，虚拟仪器技术不断发展，新生代的仪器技术彻底改变了以往仪器可操作性弱、价格过高的要求。

虚拟仪器的实质是通过[C端与仪器进行通讯端口的交互，达到理想的标准化测试过程，方便简洁，得到答案的标准唯一性，不需要投入过多的人力物力就能实现完成各种测试分析功能。

简单易懂的编程语言，数据流以及数据这些方面的东西都能非常直观的显示出来。

虚拟测量仪器的概念被美国国家仪器公司NI提出来，导致了一场在传统仪器领域大的改革，因而让计算机和网络技术能够迅速进入仪器方向，同时与仪器技术联合起来，提出”软件即是仪器的概念”。

构造一个虚拟仪器系统，基本硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。

软件是虚拟仪器系统的关键。

目前流行的虚拟仪器软件开发工具有两类文本式编程语言有C、C++、VB、VC、Labwindows/CVI等；图形化编程语言有LabVIEW、AgilentVEE等。

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台 ) 是美国 NI 公司推出的一种基于G 语言 ( Graphics Language，图形化编程语言 ) 的虚拟仪器软件开发工具。

基于LabVIEW的低通数字滤波器设计孙长海;金志明;李维江;郑薇;李希元【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2014(000)005【摘要】介绍了一种基于LabVIEW的虚拟低通数字滤波器的设计方法，实现了对滤波前后信号的时域和频域进行分析；并以真空断路器真空度检测中存在的直流信号滤波问题为例，对不同类型的常用低通滤波器的滤波性能进行了比较分析，选择出效果最佳的滤波器类型，为真空断路器真空度检测电路设计中低通滤波器类型的选用提供了参考。

%This paper introduces a design method for a virtual low-pass digital filter based on LabVIEW and realizes the time and frequency domain analysis of the signals before and after thefiltering.Furthermore,taking DC signal filtering problem in vacuum degree measurement of the vacuum circuit breaker as an example,it makes a comparative analysis on the filtering performance of common low-pass filters of different types and chooses the best filter type,thus providing reference for the selection of low-pass filters in the design of vacuum degree measurement circuitry for the vacuum circuit breaker.【总页数】4页(P27-29,43)【作者】孙长海;金志明;李维江;郑薇;李希元【作者单位】大连理工大学电气工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学电气工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学电气工程学院，辽宁大连 116024;辽宁省电力有限公司营口供电公司，辽宁营口 115002;辽宁省电力有限公司营口供电公司，辽宁营口 115002【正文语种】中文【中图分类】TN713+.7【相关文献】1.基于单片机PIC18F87J11的FIR数字低通滤波器设计与实现 [J], 纪峰;林郁兆2.基于VHDL的FIR低通数字滤波器设计与仿真 [J], 王建彬;李响;何东钢3.基于Hamming窗的数字低通滤波器设计 [J], 王艳文;杨楠4.基于切比雪夫I型低通滤波器设计IIR数字带通滤波器 [J], 陈绍荣;刘郁林;王开;徐舜5.基于VHDL的FIR低通数字滤波器设计与仿真 [J], 王建彬;李响;何东钢因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

使用LabVIEW进行信号处理与滤波信号处理是一种重要的技术，它可以将原始信号转化为具有特定特征的信号，以满足实际应用的需求。

LabVIEW是一款强大的图形化编程环境，在信号处理方面具有广泛的应用。

本文将介绍如何使用LabVIEW进行信号处理与滤波。

一、LabVIEW简介LabVIEW是一款由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的可视化编程语言和开发环境。

它以图形化的方式呈现程序流程，用户可以通过拖拽和连接图形化模块来构建程序。

LabVIEW支持多种硬件平台和操作系统，具有强大的数据采集和处理能力，被广泛应用于自动化控制、数据采集、信号处理等领域。

二、信号处理基础在进行信号处理之前，我们需要对信号进行采集。

LabVIEW提供了多种方法来进行数据采集，包括使用传感器、采集卡等硬件设备。

一旦信号被采集到LabVIEW中，我们就可以开始进行信号处理。

信号处理的一种基本方法是滤波。

滤波可以将信号中的部分频率成分去除或减弱，以实现对信号的改变。

LabVIEW提供了多种滤波器模块，可以满足不同的滤波需求。

下面将介绍几种常见的滤波器。

1. 低通滤波器低通滤波器可以通过削弱高频成分，使得信号中的低频成分保留下来。

在LabVIEW中，我们可以使用“Lowpass Filter”模块来实现低通滤波。

该模块需要设置截止频率，只有低于该频率的信号成分才能通过滤波器。

2. 高通滤波器高通滤波器可以通过削弱低频成分，使得信号中的高频成分保留下来。

在LabVIEW中，我们可以使用“Highpass Filter”模块来实现高通滤波。

同样，该模块也需要设置截止频率，只有高于该频率的信号成分才能通过滤波器。

3. 带通滤波器带通滤波器可以将位于一定频率范围内的信号成分通过，而削弱其他频率范围内的信号成分。

在LabVIEW中，我们可以使用“Bandpass Filter”模块来实现带通滤波。

该模块需要设置带通范围的上限和下限，只有在该范围内的信号成分才能通过滤波器。

利用LabVIEW进行电子电路仿真与设计近年来，随着科技的不断进步，电子电路在各行各业中扮演着越来越重要的角色。

为了提高电子电路的设计和测试的准确性，LabVIEW作为一款功能强大的虚拟仪器平台被广泛应用于电子电路的仿真与设计。

本文将介绍如何利用LabVIEW进行电子电路仿真与设计。

一、LabVIEW简介LabVIEW是由美国国家仪器公司（NI）开发的一种图形化编程环境。

它提供了丰富的函数库和工具，使得用户可以通过拖拽、连接和配置的方式来构建电子电路的仿真模型和测试程序。

相对于传统的编程语言，LabVIEW更加直观和易于理解，因此成为了许多工程师和科研人员的首选。

二、LabVIEW的电路模拟功能LabVIEW提供了一系列的模拟器件和函数，能够帮助用户构建包括电源、电阻、电容、电感等元件的电路模型。

通过拖拽和连接这些模拟器件，用户可以快速搭建起电路的拓扑结构，并配置其参数。

LabVIEW还提供了丰富的信号源和测量器件，使得用户可以直接在虚拟仪器界面上产生和测量各种信号，方便进行电路的测试和调试。

三、LabVIEW的仿真功能在电路搭建完成后，LabVIEW提供了强大的仿真功能，能够帮助用户对电路的性能进行评估和分析。

通过设置不同的输入信号和参数，LabVIEW可以对电路进行静态和动态的仿真，并输出各种性能参数，如电压、电流、功率等。

用户可以通过观察和分析这些参数，进一步改进和优化电路的设计。

四、LabVIEW的调试功能LabVIEW不仅提供了电路的仿真和分析功能，还可以帮助用户快速定位和解决电路中的问题。

当电路出现异常或者性能不达标时，用户可以利用LabVIEW提供的调试工具，对电路进行逐步调试。

LabVIEW的调试功能包括数据采集、波形显示、信号分析等，能够帮助用户准确定位到问题所在，并提供解决方案。

五、LabVIEW的电路设计功能除了仿真和调试功能，LabVIEW还具备强大的电路设计功能。

用户可以通过运用LabVIEW中的算法和模块，进行电路的分析和设计。

基于labview的滤波器的设计一、实验名称基于labview声卡的数据采集精品实验二、实验类型设计性试验三、实验内容运用数字信号处理及相关专业知识设计一个基于LabVIEW的虚拟仪器，采集一个信号，对其进行FIR滤波，将滤波后的波形输出并分析结果。

四、.课题的依据和意义随着信息技术和计算机技术的高速发展，数字信号处理作为一门新兴的学科，其重要性逐渐在各个应用领域中体现出来。

本课题是采用虚拟仪器的设计方法对离散信号与系统进行分析与处理，利用LABVIEW这一强大的虚拟仪器开发工具，设计相关的虚拟仪器，实现相关的功能。

在虚拟仪器软件平台LABVIEW上构建的虚拟仪器滤波器实现系统充分发挥了虚拟仪器的优势。

其设计思想有广泛的应用范围。

虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，给用户一个充分发挥自己才能想象力的空间。

用户可以根据自己的要求，设计自己的仪器系统，满足多样的应用需求。

虚拟仪器是全新概念的最新一代测量仪器。

自1987年诞生以来，这一技术与前几代测试仪器相比，以前所未有的速度迅猛发展。

虚拟仪器的功能与计算机技术同步发展。

这是因为计算机是虚拟仪器的核心设备，该仪器的功能是通过软件仿真实现的。

它将传统仪器由硬件电路实现的数据分析处理与显示功能，改由功能强大的计算机来执行。

当计算机与适当的I/O接口设备完毕，虚拟仪器的硬件平台就被确定，此后软件就成为仪器的关键，也就是“软件就是仪器”之说的来由。

这意味着只要按照测量原理，采用适当的信号分析技术与处理技术，编制某中测量功能的软件就可构成该种功能的测试仪器。

虚拟仪器发展的特点是它的队伍宏大，规模壮阔。

如果建立了虚拟仪器平台，那么只要按照测量原理，借助信号分析与处理技术编制软件程序，就能自己设计建造自己的测试仪器。

五、虚拟仪器和LabVIEW技术的介绍本文所选的软件LABVIEW是美国NI仪器公司的创新软件产品，LABVIEW是应用最广泛发展最快功能最强的图形化软件开发环境。

【设计思路】本VI是模拟Butterworth低通滤波器，将正弦信号和均匀白噪声叠加信号，然后进行滤波，得到有用的正弦信号。

【设计原理】本VI中先输入正弦信号，幅值是1V，均匀白噪声采样频率与正弦波的采样频率一样，幅值是100，并让其先通过一个高通滤波器，高通滤波器的作用是滤除白噪声的带外杂波，以便于在后续程序中低通滤波器可以输出正弦波。

#sample采样频率，为了便于观察处理，用FFT快速傅里叶变换将时域信号变换到频域上，然后进行了滤波前后的幅频对比，同时还有未变换前的滤波前后信号的对比图形。

前面板和程序框图分别如下所示：【操作步骤】1、首先在程序框图上放置一个while循环。

2、在while里放置放置一个正弦信号，一个均匀白噪声，两个FFT,两个Butterworth滤波器，两个复数至极坐标的变换的图标，四个捆绑和一个等待时间的图标，同时放入两个数组，一个倒数，在放置倒数的同时放置四个除法运算，一个乘法运算和一个加法运算，这些可以在程序框图上右击鼠标右键，在搜索中输入找到并拖拽到程序框图上。

3、在程序框图中放置数值常量，将其标签改为Fs，右击鼠标单击“转换为显示控件”，再右击鼠标将表示法变为DBL格式，第三次右击鼠标，单击“转换为输入控件”。

同理放置标签为#Sample、Sine Frequency（Hz)、error的数值常量，其他设置同Fs，但要将它们的表示法改为I32,error控件不用“转换为输入控件”。

4、在前面板上搜索“滑动杆”，选择“垂直填充滑动杆”，放置两个，将其中一个的标签改为“截止波数”，另一个的标签改为“滤波器阶数”。

在程序框图上右击，然后单击“显示为图标”。

5、在前面板上放置布尔“确定按钮”，改变标签和文本内容为“停止”，文本颜色为红色，然后在程序框图上右键单击“显示为图标”，同时将其连线到while循环的停止端。

6、放置两个局部变量，一个为Fs 一个为#Sample,右键单击“转换为读取”;一个枚举常量，编辑项为Highpass,Lowpass,Bandpass,Bandstop表示方法为U327、至此所有的图标控件已全部放置完毕，可以开始连线。

设计任务书【设计题目】基于LabVIEW 的多功能滤波器设计【设计目的】1 .锻炼综合运用知识的能力。

通过查阅资料，能独立进行虚拟仪器小系统的设计。

2 .加深对各种滤波器的认识，并对各滤波器的滤波特性有一个更加全面的了解。

【设计指标与要求】功能指标要求：各种数字滤波器频率响应特性，及各种数字滤波器性能比较。

比如：1.可以调节滤波器的高、低频截止频率，选择滤波器类型；2.输入一个公式信号波形（参数可调），可显示滤波前后的信号波形， 可对其进行信号频谱等分析。

1 .仪器操作均在前面板进行；2 .仪器操作方便，人性化设计;3 .前面板美观大方。

1 .设计思路简洁；2 .功能完善，达到设计要求；3 .布线合理，便于查看。

【作品提交要求】1 .给出前、后面板设计图；2 .写出设计思路和控件采用理由;3 .写出系统调试测试报告；4 .写出设计心得。

前面板要求:后面板要求:正文一关于数字滤波器1.1数字滤波器概述滤波器是一种使有用频率信号通过同时抑制(或大为衰减)无用频率信号的装置。

工程上常将它用于信号处理、数据传送和抑制干扰等。

数字滤波器是数字信号分析中的重要组成部分，它的输入和输出信号都是离散的，与模拟滤波器相比，它具有准确度和稳定性高，系统函数容易改变，灵活性高等优点，因而数字滤波器在工程中得到了广泛的应用⑵。

数字滤波器有多种分类，按频率特性分类可以分为：高通、低通、带通、带阻；按数字滤波器冲激响应的时域特征分类可以分为：有限冲激响应滤波器(finite impulse response, FIR )和无限冲激响应滤波器(infinite impulse response, IIR )。

FIR 滤波器的冲击响应h(n)是有限序列，IIR滤波器的冲击响应h(n)是无限序列的。

数字滤波器的差分方程可以用下式表示：¥U1⑴=£既/打一灯+工&尸5 ・汽⑴e 1式中，x(n)为输入序列，y(n)为输出序列，k a、k b分别为输出、输入序列的系数。

基于LabVIEW的低通滤波器设计学号: 2姓名: 敖智男班级: 1221202专业: 测控技术与仪器课程教师:方江雄2015年6月14 日目录一．设计思路、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 2二.设计目的、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、2三.程序框图主要功能模块介绍1、测试信号生成模块、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、32、滤波功能模块、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、33、频谱分析模块、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、44、While循环模块、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、5四.进行频谱分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、6、7五.主要设计步骤、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、8、9六.运行结果、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、10七.设计心得、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、11低通滤波器就是指对采样的信号进行浦波处理,允许低于截至频率的信号通过,高于截止频率的信号不能通过,提高有用信号的比重,进而消除或减少信号的噪声干扰。

基于LabVIEW的低通滤波器设计学号： 201220120214 姓名：敖智男班级： 1221202 专业：测控技术与仪器课程教师：方江雄2015年6月14 日目录一．设计思路 (2)二．设计目的 (2)三．程序框图主要功能模块介绍1.测试信号生成模块 (3)2.滤波功能模块.................................................................. .33.频谱分析模块 (4)4.While循环模块 (5)四．进行频谱分析.................................................................6、7五．主要设计步骤..................................................................8、9六．运行结果.. (10)七．设计心得 (11)低通滤波器是指对采样的信号进行浦波处理，允许低于截至频率的信号通过，高于截止频率的信号不能通过，提高有用信号的比重，进而消除或减少信号的噪声干扰。

一．设计思路本VI设计的低通滤波器主要是先将正弦信号和均匀白噪声信号叠加，利用Butterworth低通滤波器进行滤波处理，得到有用的正弦信号:再对经过低通滤波器处理后的信号及信号频谱与滤波前的进行比较分析，检测滤波后的信号是否满足用户的要求。

二．设计目的基于LabVIEW虚拟平台，将“正弦波形”函数和“均匀白噪声”函数产生的信号进行叠加以产生原始信号，让其先通过一个高通滤波器，滤除白噪声的带外杂波，以便在后续程序中低通滤波器可以输出正弦波；然后经过低通滤波器滤波处理，对滤波前后的信号和信号频谱进行比较，从而对低通滤波器的滤波效果进行检验。

三．程序框图主要功能模块介绍如图1-0为低通滤波器设计实例的程序框图。

它共分为4个主要的功能块:测试信号生成模块、滤波功能模块、频谱分析模块、while 循环模块(详见线框标识)，接下来将对侮个功能块实现的具休处理功能和任务进行详细介绍。

基于LabVIEW的FIR数字滤波器设计介绍一种基于LabVIEW 快速有效地设计常规FIR 数字滤波器的方法，并给出了设计实例。

因可以随时对比设计要求调整参数，故有利于滤波器设计的最优化。

关键词：FIR 数字滤波器；LabVIEW；程序设计Shanghai 200093, China)一个截止频率为ωc(rad/s)的理想数字低通滤波由式(1)和(2)可以看出，这个滤波器在物理上是不可实现的，因为冲激响应具有无限性和因果性。

为了产生有限长度的冲激响应函数，我们取样响应为h(n)，长度为N，其系数函数为H(z)：用h(n)表示截取hd(n)后冲激响应，即h(n)=hd(n)W(n)，式子中W(n)为窗函数，长度为N。

当τ=(N- 1)/2 时，截取的一段h(n)对(N-1)/2 对称，可保证所设计的滤波器具有线性相位。

一般来说，FIR 数字滤波器输出y(n)的Z 变换形式Y(z)与输入x(n)的Z 变换形式之间的关系如下：实现结构如图1 所示。

从上面的Z 变换和结构图可以很容易得出FIR 滤波器的差分方程表示形式。

对式(4)进行反Z 变换，可得：LabVIEW 7.1 版本中，有两个子模板涉及信号处理，分别是Analyze 子模板和Mathematics 子模板。

进入Functions 模板Analyze 中的Signal Processing 子模板，见图2。

VI 对于其参数在帮助中都有详细的说明，并且还有相关的例子。

2.2 前面板的设计结合滤波器的形成原理，把滤波器类型分为低通，高通，带通和带阻，由于低通和高通只需要求截止频率，而带通和带阻需要上下截止频率，故把这四个类型分开设计。

显示幅值，相位和相关系数。

如果设计的滤波器符合要求，可以把这个相关系数存盘，以便写成滤波器的形式。

具体的前面板程序见图5。

本例中，首先在Filter Type 中选择Bandpass(带通滤波器)；接着在Window 选项中选取Hamming；在Order 项中输入31；在采样频率中输入1000；由于采用窗函数法设计，只需给。

基于LabVIEW 的虚拟数字滤波器的设计摘要:通过对IIR 数字滤波器算法的研究，得出IIR 数字滤波器的设计方案经过仿真实脸表明该滤波器能够滤除信号中的噪声，滤波效果良好，可与其它大型虚拟电子测量系统兼容以完成不同环境下的测量要求.关键词:虚拟仪器;LabVIEW;数字滤波器随着计算机软硬件技术、通信技术以及网络技术的飞速发展，为虚拟仪器技术的发展提供了广阔的前景.在世界范围内，汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各领域均通过LabVIEW 提高了应用开发的效率，其应用涵盖了从研发、测试、生产到服务的产品开发所有阶段.虚拟数字滤波器的设计在电子测量领域中将会发挥极大的作用.1数字滤波器概述滤波器是一种选频装置，它对某一个或几个频率范围(频带)内的电信号给以很小的衰减，使这部分信号能顺利通过;对其它频带内的电信号则给以很大的衰减，从而尽可能地阻止这部分信号的通过.在更多的情况下，滤波器被狭义地理解为选频系统，如低通、高通、带通、带阻.所谓数字滤波器是指输人、输出均为数字信号，通过一定的运算关系改变输人信号所含频率成分的相对比例或滤除某些频率成分的器件.数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，几乎出现在所有的数字信号处理系统中，相对于模拟滤波器，数字滤波器具有以下显著优点:(1)精度高;(2)灵活性大;(3)可靠性高;(4)易于大规模集成;(5)并行处理.数字滤波器的这些优势使它的应用越来越广泛，在数字通信、语音图像处理、谱分析、模式识别、自动控制等领域得到了广泛的应用.数字滤波器总的说来可以分成两大类.一类称为经典滤波器，即一般的滤波器，特点是输人信号中有用的频率成分和希望滤除的频率成分各占有不同的频带，通过一个合适的选频滤波器达到滤波的目的.而另一类现代滤波器，例如维纳滤波器、卡尔曼滤波器、自适应滤波器等最佳滤波器.1.1滤波频率特性的逼近准则以低通滤波器的幅频特性为例来分析滤波频率特性的逼近准则.巴特沃斯滤波器( Butterworth)这种滤波器的特征是其通带和阻带都有平坦的幅度响应.N 阶低通滤波器的幅度平方函数(也称之为原型滤波器)2)( j H a 的表达式为2)(Ωj H a =Ncc 22)(11ΩΩ+, 其中CΩΩ为归一化频率，为低通滤波器的上截止频率，N 为滤波器的阶数，N 越大就越逼近理想特性.切比雪夫滤波器的幅度特性就是在一个频带中(通带或阻带)具有这种等波纹特性，在这里，只介绍切比雪夫I 型滤波器的设计方法.切比雪夫I 型滤波器是一个全极点滤波器，其幅度平方函数为 2)(Ωj H a =)(1122c N C ΩΩ+ε.在相同的通带内，N 越大通带内波动次数就相应增加，而在阻带内衰减的频率也越快，与理想特性越接近.1.2 IIR 数字滤波器算法等效在现代由计算机组成的控制系统中，数字滤波器的使用越来越广泛，通过执行一段相应的程序即可实现数字滤波.因果稳定的Ha(s)映射成因果稳定H(z)，即s 平面的左半平面必须映射到z 平面单位圆的内部. H(z)的频率响应能模仿Ha(s)的频率响应，即s 平面的虚轴必须映射到z 平面的单位圆上.变换前后的滤波器在时域或频域的主要特征(频率响应或单位冲激响应等)应尽可能相同或接近.将传输函数Ha(s)从s 平面转换到z 平面的方法有多种，主要有冲激不变法和双线性变换法.在这里采用冲激不变法.设得到的模拟滤波器的传输函数Ha(s)对应的单位冲击响应为ha(t)，即Ha(s)=LT[ha(t)],对ha(t)进行间隔为T 的等间隔采样，采到的值形成序列h(n)，即h(n)=)(nT h a =nT t t h a =)(,把h(n)作为数字滤波器的单位脉冲相应，对其作Z 变换，就是数字滤波器的系统函数H(z).设模拟滤波器Ha(s)只有单阶极点，极点为i s ，且为有理多项式，则可以将Ha(s)表示为将Ha(s)进行拉氏逆变换，得对Ha(t)进行采样，采样间隔是T，得再对h(n)进行Z变换，就得到了数字滤波器的传输函数对比式(1)和式(2)可知在s平面上的极点映射到z平面上，变成极点T s i e,系数A不变.即iω.如果不考虑混叠现象，这种方法实由于频率坐标变换是线性的，即TΩ=现的数字滤波器会很好地重现原模拟滤波器的频率特性.而且数字滤波器的单位脉冲响应完全模仿模拟滤波器的单位冲激响应，时域特性逼近好.在本设计中，用冲激函数作为系统激励信号，用各种数字滤波器作为测试系统.冲激函数具有无限宽广的频谱，用冲激函数做激励信号相当于对测试系统输人所有频率的信号，系统必然有对应的输出.用Transfer函数计算出系统输出与输人的傅立叶变换之比，从而得到系统的频率响应函数.2系统前面板设计LabVIEW程序由两部分组成:前面板程序和框图程序.整个程序基于多线程设计，即前面板和系统程序各占用一个线程.前面板是用户接口，即交互式界面，用于用户向程序中输人各种控制参数和观察输出量，在前面板中，使用了各种仿真图标，如开关、旋钮等，并以数字或实时趋势图等各种形式的输出测试结果来模拟真实仪器的面板.本文中前面板的设计，充分发挥LabVIEw的特长，即建立了友好的人机操作界面，系统前面板如图1所示.图1 频率响应测试系统前面板按图1所示的频率响应测试系统的前面板.用户可以很方便地进行滤波器类型的选择，设置滤波器的阶次、低(高)端截止频率、通带波纹等各项参数.系统相关参数设置如下:频率响应函数幅值轴设置为Autoscale.低端截止频率设为2000，高端截止频率为4000，阶次设定为5，类型有Lowpass, Band-stop, Bandpass ,Highpass4种选择，通带滤波为0.80 dB.3系统程序设计框图程序如图3所示.框图程序包含有两个模块，即两个case结构:一个用来实现频率响应测试;另一个用来模拟从混有高频噪声的信号数据中提取正弦波.由于滤波器对信号的分析要求循环进行，而整个过程都希望是人为控制的，因此框图程序里需要一个While循环结构.图3 程序框图模块一:频率响应测试模块.频率响应测试时采用冲激函数做激励信号，通过在Functions > all functions > Analyze > Signal Processing > Signal Generation > Impulse Pattern. vi函数子模板中调用来实现，并且需要对冲激函数的采样数、幅值和延时3个参数进行设置.用Transfer函数计算出系统输出与输人的傅立叶变换之比，从而得到系统的频率响应函数.在本设计系统中，共包含有4种类型滤波器，分别为:巴特沃斯滤波(Buttenvorth )、切比雪夫滤波器(Chebyshev)、贝塞尔滤波器(Bessel )、椭圆滤波器(El- lipse).通过在Functions > all functions > Analyze > Signal Processing > Filters中调用相应的函数子模板来实现，并且对滤波器的阶次、类型、低(高)端截止频率、通带波纹等各项参数进行设置，为了验证所设计的系统对滤波器频率响应特性分析的效果，将开关设置为“开”的状态.如果由于四种滤波器的波形全部在一个波形测量节点显示会影响观测效果，所以在程序设计时，将滤波器的波形分成两组输出.在LabVIEW中调用functions > Analyze > Signal Processing > frequence domain > transfer function. vi来计算两个滤波器的频率响应函数.模块二:使用低通滤波器提取正弦波模块，通常微机应用系统的输人信号中会不可避免地受到各种噪声的干扰，可以采用数字滤波方法对其予以削弱或滤除.本模块输人信号为一个正弦波，并加人一个白噪声来模拟信号传输中的干扰信号，在设计过程中，使用巴特沃斯低通滤波器滤除噪声分量，从而达到提取正弦波的目的.该模块程序中共有两个巴特沃斯滤波器.首先调用LabVIEW中Functions > all functions > Malyze > Signal Processing > Signal Generation中的SinePattern. vi子程序和Uniform White Noise. vi子程序产生一个正弦波和均匀分布的白噪声(用来模拟实际混人的干扰信号)，干扰信号通过一个巴特沃斯高通滤波器(滤波器的截止频率设为100 HZ，即滤掉频率小于I00 HZ的低频噪声)，生成一个高频噪声并与正弦信号叠加，用来模拟喊有噪声的采样序列，该信号再经过一个巴特沃斯低通滤波器，截止频率为25 HZ，即可以滤除频率大于25 HZ的高频噪声，进而实现正弦波提取.图4和图5分别为滤波前后的时域信号波形图.图4 滤波前时域信号波形图图5 滤波后时域信号波形图4结束语通过仿真实验可以证实，当滤波器的阶次较高时，系统的频率响应速度越快，阶次越高就越接近理想特性.本例选用巴特沃斯滤波器，它拥有最平滑的频率响应，在截断频率以外，频率响应单调下降.在通带中是理想的单位响应，在阻带中响应为零.巴特沃斯滤波器的优点是具有平滑的单调递减的频率响应，缺点是通带与阻带之间过渡缓慢.相比之下，切比雪夫滤波器的幅度特性在通带中具有这种等波纹特性，并且阶次越高等波纹也相应增加，同时阻带内衰减也相应增加.基于LabVIE W的数字滤波器设计，使得滤波后噪声得到了有效抑制.滤波效果良好，可以比传统方式节省大量的开发时间，开发效率很高，由于采用图形语言编程，程序可读性增强，并且可以将其作为子程序在虚拟仪器系统中调用，具有很强的通用性，该系统可并人大型虚拟仪器电子测量系统以完成不同环境下的测量要求.参考文献:[1]杨乐平，李海涛，杨磊. LabVIEW程序设计与应用[M]. 北京:电子工业出版社,2005.[2]阎毅，黄联芬.数宇信号处理[M].北京:北京大学出版社，2006.[3]程佩青.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社，2001.[4]张爱平.LabVIEW入门与虚拟仪器[M].北京:电子工业出版社，2004.[5]侯国屏.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M].北京:清华大学出版社，2005.。

目录摘要 (1)Abstract (2)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Lab VIEW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 (18)3.3.3 其他类型滤波器 (20)总结与展望 (21)参考文献 (23)致谢 (24)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。