【正文】 。每臺(tái) GPIB 儀器有單獨(dú)的地址，由計(jì)算機(jī)控制操作。在性能上，隨著 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)，濾波技術(shù)和信號(hào)調(diào)理技術(shù)的發(fā)展 ， DAQ 卡的采樣速率已達(dá)1GB/s，精度高達(dá) 24 位，通道數(shù)高達(dá) 64 個(gè)，并具有數(shù)字 I/O， 模擬 I/O和計(jì)數(shù)器PCDAQ GPIB儀器 串口儀器 VXI 模塊 PXI 模塊 被測(cè)信號(hào) 計(jì)算機(jī) XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 12 /定時(shí)器等通道。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計(jì)日趨模塊化 、 標(biāo)準(zhǔn)化 ， 設(shè)計(jì)工作量大大減小 。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。 5） 虛擬儀器開(kāi)放、靈活，與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。 操作系統(tǒng) 虛擬儀器軟件面板 虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) 底層驅(qū)動(dòng)程序 硬件模塊 虛擬儀器開(kāi)發(fā)者 虛擬儀器開(kāi)發(fā)者 XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 9 1） 傳統(tǒng)儀器的面板只有一個(gè)，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。由于 VI 的模塊化、開(kāi)放性和靈活性，以及軟件是關(guān)鍵的特點(diǎn)，當(dāng)用戶的測(cè)試要求變化時(shí)可以XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 8 方便地由用戶自己來(lái)增減硬、軟件模塊，或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測(cè)試要求。虛擬儀器是智能儀器之后的新一代測(cè)量?jī)x器。 基于虛擬儀器技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的提出在一定程度上解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集所面臨的問(wèn)題，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為 當(dāng)今數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。制定 PXI規(guī)范的目的是為了將 PC 的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)和 PCI總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴(kuò)展結(jié)合起來(lái)，以期形成 一種主流的虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)。伯克提出了微機(jī)化儀器的概念，也就是人們現(xiàn)在常提到的卡式儀器。伴隨微電子技術(shù)、計(jì)算模擬儀 器 電子儀 器 數(shù)字儀器 智能儀 器 虛擬儀 器 19 世紀(jì) 五十年 代 20 世紀(jì) 70 年代 九十年代 XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 4 機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展及在電工電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，測(cè)量?jī)x器也不斷進(jìn)步和發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀器。 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 虛擬儀器是微電子、通信、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。主要可分為以下幾個(gè)階段。因此，這種“監(jiān)控軟件－數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”構(gòu)架的測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并形成了一套完整的理論 [1]。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)字信號(hào)處理；數(shù)字濾波器；虛擬儀器； LabVIEW XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 II Design of FIR Filter Based on LabVIEW Abstract Nowadays we are in the digital time, the technology of digital signal process are paid extensive attention by people. With the development of technology of puter and microelectronics, the theory and arithmetic of digital signal process develop quickly, in some areas such as digital filters which extensively used in audio and video process, digital munications, frequency analysis, autocontrol and so on. Digital filter is one of the most important part of digital signal process, which almost appeared in all digital signal process system. Designing a digital filter could help us understand digital signal process more clearly. The software used in this paper is LabVIEW. LabVIEW is a kind of software based on graphic language, it has a very strong database. It provides a convenient and relaxed designing environment for the VI designer. It is one of the most widely used software. So this paper chooses LabVIEW as designing software. Digital filter is a discrete LIT system which can acplish the signal filter using finite precision arithmetic, with a group of digital signal input (which are sampled and measured through analog signals) and another group of changed digital signal output. Digital filter is one of the important contents of digital signal process. Compared with analog filter, the digital filter hasn’t excursion, is able to process low frequency signal, the characteristic of frequency response is close to ideal value, with high precision, and easy to integrated. Digital filter will be more useful in the further.. Key Words： Digital Signal Process。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中最重要的組成部分之一，幾乎出現(xiàn)在所有的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中。 數(shù)字濾波器是指有完成信號(hào)濾波處理的功能，用有限精度算法實(shí)現(xiàn)的離散時(shí)間線性非時(shí)變系統(tǒng)，其輸入是一組 (由模擬信號(hào)取樣和量化的 )數(shù)字量，其輸出是經(jīng)過(guò)變換的另一組數(shù)字量。 近年來(lái)，以計(jì)算機(jī)為中心、以網(wǎng)絡(luò)為核心的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)得到越 來(lái)越多的應(yīng)用，尤其是在航空航天等國(guó)防科技領(lǐng)域。同時(shí)測(cè)控對(duì)象的空間位置日益分散，測(cè)控任務(wù)日益復(fù)雜，測(cè)控系統(tǒng)日益龐大，因此，提出了測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)化、遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化的要求。 第三階段 ： 隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)帶動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) (FCS)的迅速發(fā)展，使得可以在一個(gè)工廠范圍內(nèi)通過(guò)總線將成千上萬(wàn)個(gè)智能 傳感器 /變送器等智能化的儀表組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控儀器系統(tǒng)，此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的快速發(fā)展階段。從二十世紀(jì)初到五十年代左右，測(cè)量?jī)x器的材料性能得到改善出現(xiàn)了電子管，同時(shí)測(cè)量理論和方法與電子技術(shù)、控制技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了以記錄儀和示波 器為代表的電子儀表五十年代以后隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)以及應(yīng)用電子技術(shù)的發(fā)展 將 數(shù)字技術(shù)成功地應(yīng)用到測(cè)量?jī)x器。為解決這樣的問(wèn)題，總線式儀器與系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在這種情況下，用戶自然會(huì)提出標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 當(dāng)今社會(huì) 正處于一個(gè)正在高 速發(fā)展的 狀態(tài)中 ，要在有限的時(shí)空內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量的信息交換，隨之而來(lái)的是信息密度急劇增大，因而在研究和生產(chǎn)過(guò)程中要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)信息的處理速度越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)。在 LabVIEW 中設(shè)計(jì)虛擬數(shù)字濾波器 ,關(guān)鍵問(wèn)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(guò)程是在 Functions 選項(xiàng)板下 次選擇 Analyze Signal Processing Filters 子選項(xiàng)板 ,最后在 Filters 子選項(xiàng)板中選擇Butterworth Filter. vi 圖標(biāo) , 選中后在流程圖中便出現(xiàn)巴特沃斯濾波器(Butterworth Filter. vi) 圖標(biāo) ,然后 ,設(shè)置 Butterworth Filter. vi 的相關(guān)參數(shù) 。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點(diǎn)之一，有了這一點(diǎn)，儀器的開(kāi)發(fā)和換代時(shí)間將大大縮短。 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨(dú)立儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)（如表 11 所示）。 2） 在通用硬件平臺(tái)確定后，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。這是一種新型的基于 Web 技術(shù)的虛擬儀器，使得虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)成為 Inter/Intra 的一部分，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和管理。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣， 主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。 虛擬儀器的構(gòu)成主要有五種類型 [9]，如圖 所示。 2） GPIB(General Purpose Interface Bus)通用接口總線，是計(jì)算機(jī)和儀器的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。 4） PXI(PCI eXtension For Instrumentation)是 Compact PCI總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展 ， 是 NI 公司于 1997 年發(fā)布的一種新的開(kāi)放性、模塊化儀器總線規(guī)范。 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，其軟件基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。這些工作對(duì)于那些不熟悉這方面知識(shí)的 工程設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，要花費(fèi)大量時(shí)間和精力，這樣直接影響了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的周期和性能。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都更加形象化。 基于 LabVIEW平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì) 所有的 LabVIEW 應(yīng)用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖 (Block Diagram)以及圖標(biāo) /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分。這種設(shè)計(jì)思想的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩方面 ： ① 類似流程圖的設(shè)計(jì)思想，很容易被工程人員接受和掌握，特別是那些沒(méi)有很多程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程人員。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾方面 ： ① 把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)思路清晰，給設(shè)計(jì)者調(diào)試程序帶來(lái)了諸多的方便。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。這樣信號(hào) x(t)可以用一組分散的采樣值來(lái)表示 ： {x(0)， x(△ t)， x(2△ t)， x(3△ t)， ?， x(k△ t)，? } 圖 顯示了一個(gè)模擬信號(hào)和它采樣后的采樣值。圖 和圖 顯示了一個(gè)信號(hào)分別用合適的采樣率和過(guò)低的采樣率進(jìn)行采樣的結(jié)果。需要注意的兩個(gè)問(wèn)題是 ： 是否使用 緩沖？ 是否使用外觸發(fā)啟動(dòng)、停止或同步一個(gè)操作 ？ 1） 緩沖 (Buffers) 這里的 緩沖指 的是 PC 內(nèi)存的一個(gè)區(qū)域 (不是數(shù)據(jù)采集卡上的 FIFO緩沖 )，它用來(lái)臨時(shí)存放數(shù)據(jù)。 ③ 采樣周期必須準(zhǔn)確、均勻地通過(guò)數(shù)據(jù)樣本。當(dāng)某一模擬入通道發(fā)生一個(gè)指定的電壓電平時(shí)，讓卡輸出一個(gè)數(shù)字脈沖，這是內(nèi)部觸發(fā)。 因?yàn)?被測(cè)試對(duì)象的信號(hào)來(lái)源已經(jīng)是 變換好了的 電信號(hào)，所以傳感器部分 在設(shè)計(jì)中沒(méi)有得到具體體現(xiàn)，但是這部分是設(shè) 計(jì)過(guò)程中必需要考慮的 。一般來(lái)說(shuō)， IIR DF 的 H(z)有分母，須用遞歸型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)； FIR DF 的 H(z)無(wú)分母，用非遞歸型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 因此，所謂低通、高通、帶通、帶阻都是指頻率 f 介于 0～ f/2 或數(shù)字頻率ω介于 0～π的那一段幅頻特性而言的。 XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 23 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) IIR 無(wú)限長(zhǎng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 一、 DF 按頻率特性分類 可分為低通、高通、帶通、帶阻和全通， 其特點(diǎn)為 （ 1）頻率變量以數(shù)字頻率 ? 表示， T??? 。根據(jù)式 (5)即可對(duì)濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)不同的要求可以用 IIR 系統(tǒng)函數(shù)，也可以用 FIR系統(tǒng)函數(shù)去逼近。 FIR 濾波器則易于適應(yīng)某些特殊應(yīng)用，如構(gòu)成微分器或積分器，或用于巴特沃斯、切比雪夫等逼近不可能達(dá)到預(yù)定指標(biāo)的情況，例如由于某些原因要求三角形振幅響應(yīng)。在測(cè)試裝置中，利用濾波器的這種選頻作用，可以慮除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。一個(gè)理想濾波器應(yīng)在所需的帶通內(nèi)幅頻特性為常直，相頻特性為通過(guò)原點(diǎn)的直線；在帶通外幅頻特性直應(yīng)為零，這樣才XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 28 能使帶通內(nèi)輸入信號(hào)的頻率成分得以不失真地傳輸，而在帶通外的頻率成分全部衰減掉。如果選擇無(wú)限沖擊響應(yīng)濾波器，最后還要選擇用哪種最佳特性逼近方式實(shí)現(xiàn)濾波特性，即在巴特活茲型濾波器、切比雪夫?yàn)V波器的類型滿足測(cè)試需求。 5）紋波幅度：切比雪夫數(shù)字濾波器通帶段幅頻特性呈波紋狀，需此參數(shù)控制紋波幅度，一般取 。然后在濾波器上添加輸入空間，設(shè)置濾波器的低通截止頻率和高通截止頻率以及濾 波器階數(shù)，如下圖： 圖 數(shù)據(jù)保存部分 首先運(yùn)用“幅值電平測(cè)量”測(cè)出濾波后的峰峰值，然后在利用“寫(xiě)入測(cè)量文件”模塊把數(shù)據(jù)保存起來(lái)。 輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器，相當(dāng)于輸入信號(hào)和數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng)進(jìn)行卷積運(yùn)算，從運(yùn)算的時(shí)間零點(diǎn)到獲得正確的濾波結(jié)果，中間會(huì)有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，需要一定的響應(yīng)時(shí)間。對(duì)