【正文】 例如將止點(diǎn)修改為 100，波形如圖 72 所示： 圖 62 顯示窗橫坐標(biāo)起止點(diǎn)調(diào)節(jié)示意圖圖 63 顯示窗右端點(diǎn)調(diào)節(jié)后顯示的波形附錄47 （3）注意橫坐標(biāo)的起止點(diǎn)的選取，選取最能表現(xiàn)波形特征的一段，例如：觀察濾波后的信號(hào)波形，起止點(diǎn)分別選取了 1000 和 1100 點(diǎn)，波形如圖 64 所示： 圖 64 顯示窗左、右端點(diǎn)調(diào)節(jié)后顯示的波形 cursor 的使用方法 （1）cursor 屬性的設(shè)置如圖 65 所示，可以設(shè)置 cursor 的各項(xiàng)屬性。在分析問題、解決問題及獨(dú)立工作的能力有了很大的提高。4 虛擬數(shù)字濾波器的調(diào)試及結(jié)果分析395 結(jié)論與展望 本文基于 LabVIEW 軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了虛擬巴特沃斯數(shù)字濾波器演示儀的設(shè)計(jì)。 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與思考 由實(shí)驗(yàn)可知，本文設(shè)計(jì)的虛擬巴特沃斯數(shù)字濾波器演示儀可分別實(shí)現(xiàn)帶通、低通、高通和帶阻的濾波功能，其各種濾波器 的最優(yōu)濾波參數(shù)如下： ①、帶通濾波器：最佳參數(shù)為階次 低截止頻率 49Hz、高截止頻率51Hz。 2) 不改變帶阻濾波器的參數(shù)設(shè)置，觀察濾波效果：添加干擾信號(hào)，觀察濾波效果。 3）修改濾波器的參數(shù)，觀察其濾波效果：修改濾波器的參數(shù)為“ 低截止頻率 ”=15Hz，設(shè)置被測(cè)信號(hào)：“ 有用信號(hào)幅值”=2V、“有用信號(hào)頻率 ”=50Hz、“有用信號(hào)相位”=0、“ 正弦干擾信號(hào)幅值”=2V、“正弦干擾信號(hào)頻率”=10Hz、“正弦干擾信號(hào)相位”=0、“ 白噪聲幅值”=0。 圖 410 高通濾波器幅頻特性圖 高通濾波器的幅頻特性如圖 410 所示，f1 為低截止頻率，設(shè)置濾波器的參數(shù)：濾波器類型高通、濾波器階次 低截止頻率 30Hz、高截止頻率無效。在“被測(cè)信號(hào)設(shè)置” 面板中設(shè)置“采樣點(diǎn)數(shù)”=204 “采樣頻率”=1000Hz，“有用信號(hào)幅值”=2V、“ 有用信號(hào)頻率”=50Hz、“有用信號(hào)相位”=0 度，其他參數(shù)按照表 42 所示參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 3）修改濾波器的參數(shù)，觀察其濾波效果：修改濾波器的參數(shù)為“ 高截止頻率 (Hz)”=52Hz，設(shè)置被測(cè)信號(hào)：“有用信號(hào)幅值”＝2V、“有用信號(hào)頻率 ”＝50Hz、“有用信號(hào)相位”＝0、“正弦干擾信號(hào)幅值”=2V、“正弦干擾信號(hào)頻率”=53Hz、“正弦干擾信號(hào)相位”＝0、“ 白噪聲幅值”＝0。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 了解低通、高通、帶通、帶阻四種濾波器的濾波參數(shù)設(shè)置方法，觀察不同參數(shù)下四種濾波器的濾波效果，學(xué)會(huì)通過觀察“濾波效果演示圖” 、“濾波前和濾波后信號(hào)幅頻特性圖” 和“濾波器幅頻特性圖”選取最優(yōu)的濾波參數(shù)并檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否達(dá)到了預(yù)先的設(shè)計(jì)要求。 信號(hào)發(fā)生模塊：設(shè)置正弦信號(hào)的幅值、頻率、相位，作為有用信號(hào)；有白噪聲與正弦信號(hào)兩種干擾信號(hào)可供分別單獨(dú)選擇或同時(shí)選擇，作為疊加在有用信號(hào)的干擾信號(hào)。 ● 高截止頻率 fh；當(dāng)濾波器類型為“低通” 或“高通” 時(shí)忽略該參數(shù)。巴特沃斯濾波器的高通(HighPass)、低通(LowPass)、帶通(BandPass)及帶阻 (BandStop)四種濾波方式的實(shí)現(xiàn)方式是直接利用 LabVIEW 軟件功能模板中的濾波器模塊來實(shí)現(xiàn)，只需要選擇不同的濾波器類型就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的濾波功能，實(shí)現(xiàn)方法比較簡單。 Logarithmic 對(duì) 應(yīng) 20log|H(ω)|(dB)、 Linear 對(duì) 應(yīng) 幅 值 (V)； “頻 率 ”輸 入 頻 率 數(shù) 值 輸 出 顯 示 類 控 件 ： “幅 值 ”對(duì) 應(yīng) 所 輸 入 的 “頻 率 ”， 顯 示 當(dāng) 前 幅 值 —單 位由 “頻 譜 顯 示 模 式 ”決 定 。 “圖 形 顯 示 窗 口 ”顯 示 幅 頻 特 性 圖 ， 橫 坐 標(biāo) ： 頻 率 (Hz)、縱 坐 標(biāo) ： 單 位 由 “頻 譜 顯 示 模 式 ”決 定 。 被測(cè)信號(hào)設(shè)置： 采樣點(diǎn)數(shù) 202采樣頻率 1000Hz、有用信號(hào)幅值 2V、有用信號(hào)頻率50Hz、有用信號(hào)相位 0、正弦干擾信號(hào)幅值 2V、正弦干擾信號(hào)頻率 53Hz、有用信號(hào)相位 0、白噪聲幅值 0V。 ● 濾波器類型：低通、高通、帶通、帶阻可選 。在流程圖中使用選擇工具或連線工具，在連線上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在連線的彈出式菜單中選擇“ 探針” 命令，同樣可以為該連線加上一個(gè)探針。斷點(diǎn)的顯示對(duì)于節(jié)點(diǎn)或者圖框表示為紅框，對(duì)于連線表示為紅點(diǎn)。這時(shí)該按鈕被稱作錯(cuò)誤列表。線型為波折號(hào)的連線表示壞線。當(dāng)需要連接兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，在第一個(gè)端點(diǎn)上點(diǎn)擊連線工具(從工具模板欄調(diào)用)，然后移動(dòng)到另一個(gè)端點(diǎn)，再點(diǎn)擊第二個(gè)端點(diǎn)。所以在設(shè)計(jì)好前面板以后，就要根據(jù)各個(gè)框圖之間的關(guān)系以及對(duì)數(shù)據(jù)的處理方法等設(shè)計(jì)框圖程序。一個(gè)完整的 VI 包括 3 個(gè)部分：前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器?？刂颇０?Controls) 可以給前面板添加輸入控制和輸出顯示。 LabVIEW 中有兩種類型的數(shù)據(jù)端口:控制端口和指示端口以及節(jié)點(diǎn)端口?？刂坪惋@示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上。 虛擬儀器系統(tǒng)的核心是軟件部分，它一般由信號(hào)發(fā)生模塊、數(shù)字濾波模塊、頻率響應(yīng)模塊構(gòu)建，如圖 31 所示 圖 31 虛擬濾波器總體框圖 虛擬數(shù)字濾波器的功能 數(shù)字濾波器主要功能有三個(gè)方面： 用來對(duì)獲得的信號(hào)作處理運(yùn)算，并加工構(gòu)建某種預(yù)定的頻率特性； 是作抗干擾濾波器，適用于當(dāng)干擾噪聲頻譜與信號(hào)頻譜主瓣不重疊時(shí)，根據(jù)具體情況采用低通、高通、帶通或帶阻濾波器； 是用于各種校正環(huán)節(jié)的反濾波器，當(dāng)信號(hào)帶寬大于測(cè)量系統(tǒng)帶寬時(shí)用來擴(kuò)展系統(tǒng)的頻帶，改善全系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。因此數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是將 H(s)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的 H(z)，即把 s 平面映射到 z 平面， SZ 映射的方法有：沖激響應(yīng)不變法、 階躍響應(yīng)不變法、雙線性變換法等。與 DFT 的運(yùn)算量相比。它們通過變換將時(shí)域和頻率域聯(lián)系在一起，使在時(shí)域隱藏的現(xiàn)象和特征在頻率域內(nèi)顯示出來。沖激響應(yīng)就是濾波器對(duì)于輸入的沖激信號(hào)(X[0]=1，且對(duì)于所有 i≠0，X[i]=0) 的響應(yīng)叫做濾波器的沖激響應(yīng)。并且數(shù)字濾波器多采用大規(guī)模集成電路，大規(guī)模集成電路的故障率遠(yuǎn)比眾多分立元件構(gòu)成的模擬系統(tǒng)的故障率低。 數(shù)字濾波器的分類 從數(shù)字濾波器的用途上分，可將其分為兩大類：一類稱為經(jīng)典濾波器,即一般的濾波器,特點(diǎn)是輸入信號(hào)中有用的頻率成分和希望濾除的頻率成分各占有不同的頻帶,例如維納濾波器、卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器等最佳濾波器。 本課題研究的主要內(nèi)容首先，論文對(duì)虛擬儀器進(jìn)行概述，對(duì)比了與傳統(tǒng)儀器的區(qū)別，介紹了虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺(tái) LabVIEW。虛擬儀器(VI) 是測(cè)試儀器發(fā)展的一個(gè)全新模式。這種儀器與個(gè)人計(jì)算機(jī)的概念相適應(yīng)，當(dāng)時(shí)被稱為個(gè)人儀器。如 NI 的 LabVIEW RT(實(shí)時(shí)控制)的軟件即可以進(jìn)行 PC 上的開發(fā)，又可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。其中，華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程測(cè)試 被 測(cè) 對(duì) 象 信 號(hào) 調(diào) 理 數(shù) 據(jù) 采 集 卡 數(shù) 據(jù) 處 理 虛擬 儀器 面板 實(shí)驗(yàn)室將其開發(fā)成果在網(wǎng)上公開展示。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。目 錄 V基于數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)研發(fā)畢業(yè)論文目 錄1 緒論 ..............................................................1 虛擬儀器的概述 ................................................1 虛擬儀器概念 ...............................................1 虛擬儀器的現(xiàn)狀 .............................................11． 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的對(duì)比 ..................................3 課題研究的背景和意義 ..........................................3 本課題研究的主要內(nèi)容 ..........................................42 數(shù)字濾波器 ........................................................5 數(shù)字濾波器簡介 ................................................5 濾波及數(shù)字濾波器 ...........................................5 數(shù)字濾波器的分類 ...........................................5 數(shù)字濾波器的基本原理 ..........................................7 算法和數(shù)字濾波理論基礎(chǔ) ..................................7 數(shù)字濾波器算法 ..........................................83 基于 LABVIEW 的巴特沃斯數(shù)字濾波器演示儀的設(shè)計(jì) .....................11 虛擬數(shù)字濾波器的總體設(shè)計(jì)思路 .................................11 虛擬數(shù)字濾波器的功能 .........................................11 虛擬數(shù)字濾波器的軟件實(shí)現(xiàn) .....................................11 虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái) LABVIEW 簡介 ............................11 巴特沃斯數(shù)字濾波器演示儀的設(shè)計(jì) ............................154 虛擬數(shù)字濾波器的調(diào)試及結(jié)果分析 ...................................23 虛擬數(shù)字濾波器的儀表功能 .....................................23 程序的調(diào)試 ...................................................23 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與思考 ...............................................385 結(jié)論與展望 .......................................................39致 謝 .............................................................41參 考 文 獻(xiàn) ........................................................43附 錄 ..............................................................45緒論11 緒論 虛擬儀器的概述 虛擬儀器概念 英國國家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)的定義：虛擬儀器是在通用計(jì)算機(jī)(如 PC 機(jī)、Mac 或工作站)中加上軟件和或硬件，并使用計(jì)算機(jī)屏幕提供儀器虛擬界而的可重用測(cè)量儀器。虛擬儀器主要是指這種方式。四川聯(lián)合大學(xué)的教師基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，研制了“ 航空電臺(tái)二線綜合測(cè)試儀 ”將多臺(tái)儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)，使用方便、靈活。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。工程師們無需苦于學(xué)習(xí)即可將自己的知識(shí)面擴(kuò)展到新的應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)殚_發(fā)軟件本身己包容了新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)。個(gè)人儀器的設(shè)計(jì)思想代表了儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的發(fā)展趨勢(shì)，但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展水平的限制，編寫個(gè)人緒論3儀器的驅(qū)動(dòng)程序和人機(jī)交互界面是一項(xiàng)專門的技術(shù)工作，須由專業(yè)廠商才能完成，這種狀況使得個(gè)人儀器的推廣與應(yīng)用沒有形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。虛擬儀器是計(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,是儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向，它是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上,由用戶設(shè)計(jì)和定義其功能,具有虛擬面板。其次，論文介紹了數(shù)字濾波的基本理論及所涉及到的各種濾波算法，以及在 LabVIEW 環(huán)境下進(jìn)行虛擬數(shù)字濾波器（巴特沃斯數(shù)字濾波器演示儀)的軟件設(shè)計(jì)方法。濾波器按選頻的作用一般分為四類，即低通、高通、帶通和帶阻濾波器。 易于大規(guī)模集成：數(shù)字部件具有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成，大規(guī)模生產(chǎn)，且數(shù)字濾波器電路主要工作在截止或飽和狀態(tài)，對(duì)電路參數(shù)要求不嚴(yán)格，因此產(chǎn)品的成品率高，價(jià)格也日趨降低。如果沖激響應(yīng)一直保持，那么這個(gè)濾波器被稱為無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器。對(duì)于 N 點(diǎn)的序列 x(n)。FFT 的運(yùn)算量下降為N2log次，它巧妙的解決了離散傅立葉變換運(yùn)算量巨大的問題，從而成為信號(hào)處理中最方便的運(yùn)算。 “間接法 ” 是 IIR 濾波器設(shè)計(jì)過程中的常用方法，它是通過模擬濾波器來間接地確定數(shù)