課程設計名稱 智能化測控技術課程設計章節(jié)參考內容

1、2011年12月9日交。格式和以前一樣！課程設計名稱： 智能化測控技術課程設計這個是智能化測控課程設計的材料第一章 緒論第二章 LabVIEW簡介第三章 數(shù)字濾波器的設計第四章 利用虛擬儀器測試典型電路基于LabVIEW的IIR數(shù)字濾波器的設計LabVIEW為設計者提供了FIR和IIR濾波器VI，使用起來非常方便，只需要輸入相應的指標參數(shù)即可，不需要進行復雜的函數(shù)設計和大量的運算。濾波器VI位于LabVIEW流程圖面板的Function>>Analyze>>SignalProcessing>>Filters上。不同濾波器VI濾波時均有各自的特點，因此它們用途

2、各異。在利用LabVIEW實現(xiàn)濾波功能時，選擇合適的濾波器是關鍵，在選擇濾波器時，可參照不同濾波器的特點，考慮濾波的實際要求來選擇合適的濾波器5。各種濾波器的特點及選擇濾波器的步驟見圖1。圖1濾波器選擇步驟3基于LabVIEW的數(shù)字濾波器設計實例電力系統(tǒng)濾波器可以從電力信號中將所需頻段的信號提取出來并將干擾信號濾除或大大衰減。利用LabVIEW可以設計出滿足電力系統(tǒng)需要的濾波器，圖2為利用LabVIEW設計的IIR數(shù)字濾波器前面板，前面板上有參數(shù)設置、波形顯示兩個區(qū)域。在參數(shù)設置區(qū)域有六個設置項：濾波器選擇、濾波器類型、下截止頻率、上截止頻率、采樣頻率、階次、紋波、衰減；選擇的濾波器不同時，需

3、要設置的項也不同。波形顯示區(qū)域用于顯示濾波前后的波形，在此區(qū)域可直觀地看出濾波效果。1.2數(shù)字濾波器的傳統(tǒng)設計方法數(shù)字濾波器的傳統(tǒng)設計過程可歸納為以下三個步驟：(1)按照實際需要確定濾波器的性能要求。(2)用一個因果穩(wěn)定的系統(tǒng)函數(shù)(即傳遞函數(shù))去逼近這個性能要求。此函數(shù)可以分為兩類：即IIR傳遞函數(shù)和FIR傳遞函數(shù)。(3)用一個有限精度的運算去實現(xiàn)這個傳遞函數(shù)。FIR濾波器設計實質是確定能滿足要求的轉移序列或脈沖響應的常數(shù)，設計方法主要有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。目前，F(xiàn)IR濾波器設計沒有封閉的設計公式。雖然窗函數(shù)法對窗口函數(shù)可給出計算公式，但計算通帶與阻帶衰減仍無計算公式。F

4、IR濾波器的設計只有計算程序可循，因此對計算工具要求較高，不用計算機編程一般很難實現(xiàn)。IIR濾波器的設計源于模擬濾波器設計，它通過對低通濾波器進行模擬頻率變換得到。常用的IIR濾波器有巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器、切比雪夫濾波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器。目前，IIR濾波器的設計可以借助模擬濾波器的成果，有封閉形式的設計公式，對計算工具的要求不高。IIR濾波器的設計雖然簡單，但脫離不了模擬濾波器的設計模式，主要用于設計低通、高通、帶通及帶阻濾波器。而FIR濾波器的設計要靈活得多，尤其是頻率采樣設計法更易適應各種幅度特性和相位特性的要求。2基于LabVIEW的數(shù)字濾波器設計2.1 L

5、abVIEW簡介LabVIEW是NI（National INSTRUMENT，美國國家儀器）公司推出的一種基于G語言的虛擬儀器（virtual INSTRUMENT，VI）開發(fā)工具。LabVIEW編程使用圖形化語言，它是非計算機專業(yè)人員使用的工具，它為設計者提供了一個便捷、輕松的設計環(huán)境，因此，LabVIEW在世界范圍內的眾多領域如航空、航天、通信、電力、汽車、化學等領域得到廣泛應用4。LabVIEW有兩個基本窗口：前面板窗口和流程圖窗口。編譯環(huán)境下顯示兩個窗口，前面板用于放置控制對象和顯示對象，控制對象相當于常規(guī)儀器的控制和調節(jié)按鈕；前面板用于顯示程序運行結果，相當于常規(guī)

6、儀器的顯示屏幕或指針。流程圖窗口用于編寫和顯示程序的圖形源代碼，它相當于語言編程中一行行的語句，它由各種能完成一定功能的模塊通過連線連接而成。當編寫的LabVIEW程序調試無誤后，可將程序編譯成應用程序（EXE文件）。此時，設計的虛擬儀器可以脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境，用戶只需通過前面板進行控制和觀測。2.2 LabVIEW中的數(shù)字濾波器利用文本軟件設計實現(xiàn)的濾波器在使用過程中往往出現(xiàn)難以調整波形系數(shù)，與硬件接口程序復雜，開發(fā)周期長等問題。而使用LabVIEW設計的濾波器不僅設計簡單，而且使用起來要比利用文本文件實現(xiàn)的濾波器方便得多。LabVIEW為設計者提供了FIR和IIR濾波器V

7、I，使用起來非常方便，只需要輸入相應的指標參數(shù)即可，不需要進行復雜的函數(shù)設計和大量的運算。濾波器VI位于LabVIEW流程圖面板的Function>>Analyze>>SignalProcessing>>Filters上。不同濾波器VI濾波時均有各自的特點，因此它們用途各異。在利用LabVIEW實現(xiàn)濾波功能時，選擇合適的濾波器是關鍵，在選擇濾波器時，可參照不同濾波器的特點，考慮濾波的實際要求來選擇合適的濾波器5。各種濾波器的特點及選擇濾波器的步驟見圖1。圖1濾波器選擇步驟3基于LabVIEW的數(shù)字濾波器設計實例電力系統(tǒng)濾波器可以從電力信號中將所需頻段的信號提

8、取出來并將干擾信號濾除或大大衰減。利用LabVIEW可以設計出滿足電力系統(tǒng)需要的濾波器，圖2為利用LabVIEW設計的IIR數(shù)字濾波器前面板，前面板上有參數(shù)設置、波形顯示兩個區(qū)域。在參數(shù)設置區(qū)域有六個設置項：濾波器選擇、濾波器類型、下截止頻率、上截止頻率、采樣頻率、階次、紋波、衰減；選擇的濾波器不同時，需要設置的項也不同。波形顯示區(qū)域用于顯示濾波前后的波形，在此區(qū)域可直觀地看出濾波效果。圖2數(shù)字濾波器前面板濾波器的輸入信號是從電力系統(tǒng)中采集的，信號中含有頻率為50Hz，有效值為220V的基頻分量，和頻率為100Hz、150Hz、200Hz的二次、三次、四次諧波。現(xiàn)欲提取出基頻分量，濾去高次諧波，采用低通濾波方式濾波，濾波階次為8階，紋波為0.1，衰減為60，下截止頻率為50Hz，分別采用巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器、切比雪夫濾波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器濾波，濾波器的輸入信號與不同濾波器的輸出波形如圖3所示。由圖3可以看出采用不同的濾波器濾波，濾波效果是不同的。在此實例中，巴特沃思濾波器和切比雪夫濾波器的濾波效果相對較好；而切比雪夫濾波器的濾波延遲時間較長；貝塞爾濾波器濾波的衰減較大。因此，要根據(jù)不同的工況要求來選擇合適的濾波器濾波。4結論利