毕业设计-基于labview的虚拟滤波器设计

沈 阳 工 程 学 院

课 程 设 计

设计题目：基于Labview的虚拟滤波器设计

系 别 自动化学院 班级 测控本101

沈阳工程学院

课程设计任务书

课程设计题目：

基于Labview的虚拟滤波器设计

系 别 自动化学院 班级 测本101 课程设计进行地点： 实训F430 任 务 下 达 时 间： 2013年 3月4日

起止日期：2013年3月4日起——至2013年3月8日止 教研室主任 年 月 日批准

II

基于

Labview的虚拟示波器课程设计

沈 阳 工 程 学 院

基于Labview的虚拟滤波器设计课程设计成绩评定表

系（部）： 自动化学院 班级： 测控本101 学生姓名：

指 导 教 师 评 审 意 见 评价 内容 具 体 要 求 权重 0.1 5 评 分 4 3 2 加权分 调研 能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案论证 和日程安排。 工作工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能能力 够独立完成设计工作， 态度 工作量 按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。 0.2 5 4 3 2 0.2 5 4 3 2 说明说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字书的通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表质量 完备，书写工整规范。 0.5 5 4 3 2 指导教师评审成绩 （加权分合计乘以12） 指 导 教 师 签 名： 分 加权分合计 年 月 日 评 阅 教 师 评 审 意 见 评价 内容 查阅 文献 工作量 具 体 要 求 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力 工作量饱满，难度适中。 权重 0.2 0.5 评 分 加权分 5 5 5 4 4 4 3 3 3 2 2 2 说明说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字书的通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表质量 完备，书写工整规范。 0.3 评阅教师评审成绩 （加权分合计乘以8） 评 阅 教 师 签 名： 课 程 设 计 总 评 成 绩 分 加权分合计 年 月 日 分 1.设计主要内容及要求；

III

本课题选择开放式的LabVIEW虚拟仪器软件开发平台，设计IIR和FIR等数字滤波器，可分别实现巴特沃兹、切比雪夫、贝塞尔多阶滤波器功能，在交互式界面可以根据工程要求方便的选择实用数字滤波器，有效地解决工程数字滤波问题。

具体指标与要求如下：

(1)IIR滤波器：演示在不同输入波形(正弦波、直流波、三角波、锯尺波或方波，可设置信号频率、幅值、采样频率、采样点数等参数，且可加入不同类型与大小的噪声)情况下，选择不同的滤波器类型(高通、低通、带通和带阻)和逼近准则(巴特沃思法、切比雪夫Ⅰ型法、切比雪夫Ⅱ型法、椭圆滤波器法和贝塞尔滤波器法等)以及相应的滤波参数时IIR滤波器输出波形变化。

(2)FIR滤波器：演示在不同输入波形情况下，选择不同的滤波器类型(高通、低通、带通和带阻)和窗函数加权法、以及不同的滤波参数时FIR滤波器输出波形变化。

(3)系统具有交互式友好界面，并可以根据工程要求方便的选择各种不同的实用型数字滤波器。

2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求；

（1）.课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。

（2）.学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。

（3）.论文要求打印，打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。

（4）. 课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。

3.时间进度安排； 顺序 阶段日期 1 2 3 4 5 计 划 完 成 内 容 备注 3月4日 教师讲解题目，学生查阅相关资料 3月5日 进行方案论证，确定程序流程 3月6日 程序设计 3月7日 调试程序 3月8日 撰写论文，成果验收 IV

基于

Labview的虚拟示波器课程设计

摘要

随着电子科学技术的发展，虚拟仪器简称VI，的概念已逐步为工业界和学术界所认识，成为实际测试技术与仪器技术发展的一个重要方向，与此同时，为了满足人们的需要，虚拟仪器这一虚拟测量技术也得到了广泛的应用。 本次虚拟仪器课程设计我所设计的课题为：“基于Labview的滤波器的设计” 。 我所设计的滤波器包含IIR滤波器，FIR滤波器，我将演示在不同输入波形(正弦波、直流波、三角波、锯尺波或方波，可设置信号频率、幅值、采样频率、采样点数等参数，且可加入不同类型与大小的噪声)情况下，选择不同的滤波器类型(高通、低通、带通和带阻)和逼近准则(巴特沃思法、切比雪夫Ⅰ型法、切比雪夫Ⅱ型法、椭圆滤波器法和贝塞尔滤波器法等)以及窗函数加权法和不同的滤波参数时FIR滤波器输出波形变化。

本次课程设计是基于Labview8.5这一软件所设计的。我将演示含有噪音的信号经滤波器后的滤波效果，仿真真实的滤波器进行虚拟设计

关键词： 虚拟仪器，滤波器，DAQ，频率

V

基于Labview的虚拟信号发生器设计

三 设计方框图

3.1 IIR滤波器设计图

输入波 噪音 滤波器 I I R 低通 带通 带阻 高通

切比雪夫1切比雪夫2椭圆滤波贝塞尔滤波巴特沃思法波形显示 - 3 -

沈阳工程学院课程设计（论文）

3.2 FIR滤波器设计图

输入波 噪音 滤波器 F I R 低通 带通 带阻 高通

窗函数加权波形显示

幅值 波形显示 相位 波形显示

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基于Labview的虚拟信号发生器设计

四 设计原理

4.1 DAQ采集模块

建立DAO助手

DAQ为：函数→测量I/O→DAQmx-数据采集→DAQ助手。

根据用户需用的波形及参数，将用示波器输出所需波形，经DAQ采集数据后在示波器上显示。

4.2 输入模拟信号和噪音模块

4.2.1 输入信号

在设计中需要一个常规的波形，如正弦波、直流波、三角波、锯尺波或方波，并且可设置信号频率、幅值、采样频率、采样点数等参数

4.2.2 噪音

可加入不同类型与大小的噪声，因为在实际过程中噪音是不能已知的，所以在模拟过程中要尝试不同类型的噪音，以便确保设计的滤波器可以对任何噪音都有一定的滤波作用。在我的设计中我选用了高斯白噪音为例进行了研究。

4.3 IIR滤波器

4.3.1 滤波器类型

按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。

低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。

带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过

4.3.2逼近准则

巴特沃斯响应（最平坦响应）

巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度。该响应非常平坦，接近DC信号，然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB，最终逼近-20ndB/decade的衰减率，其中n为滤波器的阶数。巴特沃斯滤波器特别适用于低频应用，其对于维护增益的平坦性来说非常重要。

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沈阳工程学院课程设计（论文）

贝塞尔响应

除了会改变依赖于频率的输入信号的幅度外，滤波器还会为其引入了一个延迟。延迟使得基于频率的相移产生非正弦信号失真。就像巴特沃斯响应利用通带最大化了幅度的平坦度一样，贝塞尔响应最小化了通带的相位非线性。

切贝雪夫响应

在一些应用当中，最为重要的因素是滤波器截断不必要信号的速度。如果你可以接受通带具有一些纹波，就可以得到比巴特沃斯滤波器更快速的衰减。附录A包含了设计多达8阶的具巴特沃斯、贝塞尔和切贝雪夫响应滤波器所需参数的表格。其中两个表格用于切贝雪夫响应∶一个用于0.1dB最大通带纹波；另一个用于1dB最大通带纹波。

4.4 FIR滤波器

4.4.1 窗

1)矩形窗

矩形窗属于时间变量的零次幂窗。矩形窗使用最多，习惯上不加窗就是使信号通过了矩形窗。这种窗的优点是主瓣比较集中，缺点是旁瓣较高，并有负旁瓣，导致变换中带进了高频干扰和泄漏，甚至出现负谱现象。

2) 三角窗

三角窗亦称费杰（Fejer）窗，是幂窗的一次方形式。与矩形窗比较，主瓣宽约等于矩形窗的两倍，但旁瓣小，而且无负旁瓣。

3) 汉宁（Hanning）窗

汉宁窗又称升余弦窗，汉宁窗可以看作是3个矩形时间窗的频谱之和，或者说是 3个 sine（t）型函数之和，而括号中的两项相对于第一个谱窗向左、右各移动了 π/T，从而使旁瓣互相抵消，消去高频干扰和漏能。可以看出，汉宁窗主瓣加宽并降低，旁瓣则显著减小，从减小泄漏观点出发，汉宁窗优于矩形窗．但汉宁窗主瓣加宽，相当于分析带宽加宽，频率分辨力下降。

4) 海明（Hamming）窗

海明窗也是余弦窗的一种，又称改进的升余弦窗。海明窗与汉宁窗都是余弦窗，只是加权系数不同。海明窗加权的系数能使旁瓣达到更小。分析表明，海明窗的第一旁瓣衰减为一42dB．海明窗的频谱也是由3个矩形时窗的频谱合成，但其旁瓣衰减速度为20dB／（10oct），这比汉宁窗衰减速度慢。海明窗与汉宁窗都是很有用的窗函数。

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基于Labview的虚拟信号发生器设计

5) 高斯窗

高斯窗是一种指数窗。高斯窗谱无负的旁瓣，第一旁瓣衰减达一55dB。高斯富谱的主瓣较宽，故而频率分辨力低．高斯窗函数常被用来截断一些非周期信号，如指数衰减信号等。

对于窗函数的选择，应考虑被分析信号的性质与处理要求。如果仅要求精确读出主瓣频率，而不考虑幅值精度，则可选用主瓣宽度比较窄而便于分辨的矩形窗，例如测量物体的自振频率等；如果分析窄带信号，且有较强的干扰噪声，则应选用旁瓣幅度小的窗函数，如汉宁窗、三角窗等；对于随时间按指数衰减的函数，可采用指数窗来提高信噪比。 不同的窗函数对信号频谱的影响是不一样的，这主要是因为不同的窗函数，产生泄漏的大小不一样，频率分辨能力也不一样。信号的截断产生了能量泄漏，而用FFT算法计算频谱又产生了栅栏效应，从原理上讲这两种误差都是不能消除的，但是我们可以通过选择不同的窗函数对它们的影响进行抑制。(矩形窗主瓣窄，旁瓣大，频率识别精度最高，幅值识别精度最低；布莱克曼窗主瓣宽，旁瓣小，频率识别精度最低，但幅值识别精度最高)

4.4.2 幅值、相位的设计

想要得到选择滤波器的相关性能，则需在有限长单位冲激函数的激励下，显示器相应的幅值，相位情况，计算幅值是用20log DB 作为显示，计算相位是用虚拟仪器中的展开相位功能进行显示，通过对输入波，滤后波，及窗滤波器本身的幅值，相位特性的显示，便于观察，计算和比较。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dfdo.html