基于labVIEW的滤波器设计调研报告.docVIP

基于LabVIEW滤波器的设计调研报告 一 数字滤波器在LABVIEW上的实现 1 LabVIEW的数字滤波器工具 LabVIEW开发环境提供了大量的数字滤波VI和数字滤波器开发工具。在其Signal Processing模板中包含了SignalGeneration(信号产生)和Filters(滤波器)等子模板，其中SignalGeneration子模板中存放了可以生成正弦波形、脉冲滤形、随机噪声波形等各种仿真信号的功能模块，用它们作为输入信号时可与由数据采集卡(DAQ)对实际信号取样获得的离散时间序列等效。Filters子模板则提供了十几种滤波器的“图标”其中用于设计IIR滤波器的有ButterworthFilter. vi、ChebyshevFilter. vi、BasselFil-ter. vi等，用于设计FIR滤波器的有FIRW indow Filter. vi、Equi-Ripple LowPass. vi、Equi-RippleHighPass. vi、Equi-RippleLowPass. vi、Equi-Ripple BandPass. vi等。通过设置图标的采样频率、滤波器阶数、低端截止频率、高端截止频率及滤波类型等参数可以产生相应的数字滤波器。用冲激函数Impulse Pattern. vi作为激励信号，通过在面板上切换滤波器的类型和阶数，可以观测到各种类型的低通、高通、带通和带阻滤波器的幅频特性和相频特性。 2 LABVIEW中滤波器参数的设计 在LabVIEW中设计虚拟数字滤波器，关键问题是要知道滤波器图标的调用路径和合理设置滤波器的有关参数。比如,要设计一个虚拟数字式巴特沃斯滤波器，其设计过程是在Functions选项板下依次选择Analyze Signal Processing Filters子选项板，最后在Filters子选项板中选择Butterworth Filter.vi图标，见图4-1。选中后在流程图中便出现巴特沃斯滤波器(Butterworth Filter.vi)图标，如图4-2。然后,设置But-terworth Filter.vi的相关参数,图标的左侧为输入端口参数右侧为输出端口参数。 图4-1 图4-2 二 、数字滤波器的设计,调试及功能演示 1滤波流程图及设计 图5-1 2 FIR和IIR各自的优缺点 根据数字滤波器冲激响应函数的时域特性，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应llR滤波器和有限长冲激响应FIR滤波器。无限长单位冲激响应(IIR)数字滤波器的优点是可以利用模拟滤波器设计的结果，而模拟滤波器的设计有大量图表可查，方便简单。它的缺点是相位的非线性;若需要线性相位，则要采用全通网络进行相位校正。图像处理以及数据采集传输都要求滤波器具有线性相位特性。而有限长单位冲激响应(FIR)数字滤波器可以实现线性相位，又可具有任意幅度特性。两者都各有特点FIR滤波器系统总是稳定的、易于实现线性相位、允许设计多通带或多阻带滤波器，IIR滤波器则可以用较低的阶数获得较高的选择性，在相同门级规模和相同时钟速度下可以提供更好的带外衰减特性。 （1）FIR滤波器的冲激响应是有限长序列，其系统函数为一个多项式,它所含的极点多为原点，所以FIR滤波器永远是稳定的。有限长单位冲击响应(FIR)数字滤波器可以具有严格的线性相位特性，同时又可以具有任意的幅度特性；此外，FIR滤波器的单位抽样响应是有限长的，因而具有稳定性；最后，FIR滤波器由于单位冲击响应是有限长的，可以用快速傅里叶变换FFT实现信号的过滤。FIR滤波器的横截型结构如图5-2所示。 图5-2 （2）IIR滤波器是单位冲激响应是无限长序列；可以用较少的阶数获得很高的选择特性，所用的存储单元少，运算次数少，具有经济、高效的特点，但选择性越好，相位的非线性越严重。因此，在相位要求不敏感的场合，如语音通信等，选用IIR滤波器。巴特沃斯滤波器就是IIR滤波器中的一种典型的滤波器，是一种所谓最平通带特性逼近理想特性的滤波器，其频率特性曲线无论在通带和阻带都是频率的单调函数；巴特沃斯滤波器过渡带比较宽,但是通带非常平直。其最大特点是响应平滑，单调衰减。 ( 3 ) 为了体现这两种滤波器不同的滤波效果，所以本次滤波器设计包涵了两个滤波器，分别是FIR加窗滤波器跟巴特沃斯滤波器。这两种滤波器被一起放于一个条件结构中，在滤波器运行中,在前面板可以选项卡的两个选择切换