基于labVIEW的濾波器設(shè)計(jì)調(diào)研報(bào)告

文檔從互聯(lián)網(wǎng)中收集，已重新修正排版，文檔從互聯(lián)網(wǎng)中收集，已重新修正排版，word格式支持編輯，如有幫助歡迎下載支持。PAGEPAGE9word格式支持編輯，如有幫助歡迎下載支持。LabVIEWLABVIEWLabVIEWLabVIEW開發(fā)環(huán)境提供了大量的數(shù)字濾波VI和數(shù)字濾波器開發(fā)工具。在其SignalProcessing模板中包含了SignalGeneration(信號(hào)產(chǎn)生)和Filters(濾波器)等子模板，其中SignalGeneration濾形、隨機(jī)噪聲波形等各種仿真信號(hào)的功能模塊，用它們作為輸入信號(hào)時(shí)可與由(DAQFilters子模板則提供了十幾種濾波器的“圖標(biāo)”其中用于設(shè)計(jì)IIR濾波器的有ButterworthFilter.viChebyshevFilter.viBasselFil-ter.viFIR濾波器的有FIRWindowFilter.vi、Equi-RippleLowPass.vi、Equi-RippleHighPass.vi、Equi-RippleLowPass.、Equi-RippleBandPass.viImpulsePattern.viLABVIEW在LabVIEW中設(shè)計(jì)虛擬數(shù)字濾波器，關(guān)鍵問題是要知道濾波器圖標(biāo)的調(diào)用路徑和合理設(shè)置濾波器的有關(guān)參數(shù)。比如,要設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬數(shù)字式巴特沃斯濾波器，其設(shè)計(jì)過程是在Functions選項(xiàng)板下依次選擇 AnalyzeSignalProcessingFilters子選項(xiàng)板最后在Filters子選項(xiàng)板中選擇ButterworthFilter.vi圖標(biāo)見圖4-1。選中后在流程圖中便出現(xiàn)巴特沃斯濾波(Butterworth圖標(biāo)，如圖4-2。然設(shè)置But-terworthFilter.vi的相關(guān)參,圖標(biāo)的左側(cè)為輸入端口參數(shù)右側(cè)為輸出端口參數(shù)。圖4-1圖4-2二、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì),調(diào)試及功能演示1濾波流程圖及設(shè)計(jì)信號(hào)采信號(hào)采集仿真信號(hào)信號(hào)疊濾波器功率譜分析參數(shù)設(shè)圖5-12 FIRIIR根據(jù)數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性，可將數(shù)字濾波器分為兩種，即無限長沖激響應(yīng)llR濾波器和有限長沖激響應(yīng)FIR濾波器。無限長單位沖激響應(yīng)(IIR)數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)是可以利用模擬濾波器設(shè)計(jì)的結(jié)果，而模擬濾波器的設(shè)計(jì)有大量圖進(jìn)行相位校正。圖像處理以及數(shù)據(jù)采集傳輸都要求濾波器具有線性相位特性。而有(FIR者都各有特點(diǎn)FIRFIRFIR(FIR)數(shù)字濾波器可濾波器的FFTFIR5-2圖5-2IR濾波器是單位沖激響應(yīng)是無限長序列；可以用較少的階數(shù)獲得很高的選擇特性，所用的存儲(chǔ)單元少，運(yùn)算次數(shù)少，具有經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)，但選擇性越好，IIR濾IIR調(diào)衰減。(3FIR圖5-3圖5-43前面板的設(shè)計(jì)前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)濾波器的前面板。虛擬數(shù)字濾波器的前面板按照系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能有6個(gè)數(shù)字控件，用來引導(dǎo)用戶完成4TextRing]本次設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器前面板可以分為四個(gè)部分，一是原始信號(hào)的讀取及仿真信的的疊加還有測量文件的保存，二是信號(hào)及功率譜的波形圖，三是關(guān)于濾波器各種參數(shù)的設(shè)置及顯示，這部分對(duì)于濾波器信號(hào)的濾波效果是直接影響的，各種參數(shù)設(shè)置是否合理直接關(guān)系到信號(hào)濾波的效果，如果不慎，往往會(huì)造成效果不明顯或錯(cuò)誤。如下圖，就是因?yàn)闉V波器的參數(shù)設(shè)置不合理，倒致濾波器無法對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾處理。圖5-5程序框圖的設(shè)計(jì)程序框圖即為數(shù)字濾波器的編程語言，是與前面板相對(duì)應(yīng)的圖形程序，程序疊加，濾波器類型的選擇，設(shè)置功率譜分板等都是通過用圖形編程語言G語言編寫的；而前面板是直接面對(duì)用戶的，其主旨是在于界面的美化，方便，提供友好的人機(jī)交換界面[5]。以不同的顏色予以強(qiáng)調(diào)。下面的兩張圖就是本次設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的后面板即程序代碼框圖。圖5-6圖5-7濾波器各種參數(shù)的調(diào)試filtertype[4]0：Lowpass低通1：Highpass高通2：Bandpass帶通3：Bandstop帶阻X：需要濾波的信號(hào)序列(欲處理數(shù)據(jù))Samplingfrep：fs產(chǎn)生X0，0，則輸出序列filreredX置應(yīng)根據(jù)采樣定理。Highcutoff0(lowpass1(highpass)時(shí)忽略該參數(shù)。Lowcutofffreg：fl:低端截止頻率。它必須滿足Nyquist最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍，反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做奈奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半，所以0≤fl<0.5fs如果該條件不滿足，則輸出序列FileredX為空，并返回一個(gè)錯(cuò)誤，fl的缺省值是0.125。Order：濾波器的階次,其值必須為大于0的整數(shù)，缺省值是。Init/cont：內(nèi)部狀態(tài)的初始化控制。當(dāng)其為FALSE(default)，初態(tài)為0；當(dāng)其為TRUE，濾波器初態(tài)。為上一次調(diào)用該VIFALSE后改設(shè)置為TRUEFilteredX：濾波后的數(shù)據(jù)(濾波樣本的輸出數(shù)組)。(1)FIR加窗濾波器Lowpass通帶的濾波效果最好。(2)巴特沃斯濾波器在選用巴特沃斯濾波器時(shí),不同的通帶數(shù)據(jù)設(shè)置如下:類型階數(shù)采樣頻率fs高截止頻率fh低截止頻率flLowpass21.072.140.125Highpass53.371.470.37Bandpass145.510.430.22Basnpass53.371.310.37表5-1結(jié)果分析（1）信號(hào)波形分析下圖是脈搏信號(hào)濾波前跟濾波后的波形圖對(duì)比，很明顯，濾波前，波形很不穩(wěn)定，有很多干擾，不能很好的對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行生理的分析。經(jīng)過濾波器的濾波后，波形變得穩(wěn)定了，變得非常的平滑，這是因?yàn)樵谠夹盘?hào)經(jīng)過濾波器時(shí)，把因各種干擾的噪聲信號(hào)過濾掉了。圖6-1（2）功率譜分析然后再觀察其變化規(guī)律，以便進(jìn)行研究。因?yàn)榻?jīng)過濾濾器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾進(jìn)，信號(hào)中的高頻都不能通過，所以，濾波后的信號(hào)功率譜比較平滑。如下圖圖6-2三結(jié)束語虛擬儀器技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是全新概念的最新一代測量儀器?；贚abVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器具有高效、靈活、界面友好、集成LabVIEW軟件平臺(tái)開發(fā)電氣參數(shù)測量儀等虛擬儀器。實(shí)現(xiàn)了更高的效率，節(jié)省了更多的硬件開銷，方便了系統(tǒng)的維護(hù)和減但是在實(shí)際應(yīng)用中，仍要根據(jù)具體情況進(jìn)行程序的優(yōu)化和軟硬件的結(jié)合，使虛擬儀器發(fā)揮更高的性能。七參考文獻(xiàn)張愛平Labview,2004-5.楊樂平,李海濤,肖相生