【正文】 頻譜發(fā)生變化，幅值隨著頻率的增大而減小。如圖 421： 圖 421 時域信號 顯示窗口的前面板設(shè)計 調(diào)節(jié)數(shù)字濾波器的類型就要用到如圖 422 設(shè)計的按鈕： 圖 422 濾波方式調(diào)整按鈕的設(shè)計 通過它可以選擇要使用的濾波模型和濾波方式。如圖 419： 圖 419 切比雪夫濾波器的設(shè)計 窗函數(shù)濾波器的設(shè)計 窗函數(shù)濾波器包括矩形窗、三角窗、漢寧窗、漢明窗和 布拉克曼 窗， 窗函數(shù)不同，窗口寬度不同，實際頻響會有較大區(qū)別。切比雪夫濾波器在過渡帶比巴特沃斯濾波器的衰減快，但頻率響應的幅頻特性不如后者平坦。巴特沃斯（ Stephen Butterworth） 在 1930年發(fā)表在英國《無線電工程》期刊的一篇論文中提出的。其中運用到一個選擇器，來選擇最后輸出的是信號發(fā)生器 1產(chǎn)生的波形信號，還是雙通道產(chǎn)生的合成信號。 不可能每個信號發(fā)生器都占用一個前面板設(shè)計，否則所設(shè)計的信號源會需要 11 個參數(shù)調(diào)節(jié)面板，這不僅浪費資源，消耗精力，同時也容易出現(xiàn)操作上的失誤。 均勻白噪聲、脈沖函數(shù)和沖擊函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計 均勻白噪聲、脈沖函數(shù)和沖擊函數(shù)的設(shè)計分別運用 Uniform White ， Pulse 和 Impulse VI。 于是，正弦波的設(shè)計如圖 43： 圖 43 正弦波的設(shè)計 第 11 頁 共 27 頁 這樣我們就設(shè)計了一個可以改變參數(shù)的正弦波發(fā)生器 。 由于是濾波器的設(shè)計，所以信號源必須是多通道，至少雙通道信號源，本次設(shè)計就采用雙通道信號源。虛擬儀器的交互式用戶接口被稱為前面板，它是模仿實際儀器的面板。 ②由①中給定的參數(shù)來形成所需的 )(?w 、 )(?dH 和 )(?P 的表達式。但對于一個無限長的序列，用頻率采樣法必然有一定的逼近誤差 ,誤差的大小取決于理想頻響曲線的形狀 , 理想頻響特性變換越平緩 , 則內(nèi)插函數(shù)值越接近理想值 ,誤 差越小。 窗函數(shù)法 ①設(shè)計思想：從時域出發(fā)，設(shè)計逼近理想。包括算法結(jié)構(gòu)，如級聯(lián)型、并聯(lián)型、橫截型、頻率采樣型等，還包括選擇合適的字長以及選擇有效的數(shù)字處理方法等 [10]。模擬濾波器設(shè)計的經(jīng)典方法是用“最佳逼近特性”設(shè)計方法，響應的有巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器、貝賽爾濾波器、橢圓濾波器等濾波器類 型。通過與傳統(tǒng)測試系統(tǒng)的比較 ,證明了組成和改變儀器的功能和技術(shù)性能方面具有靈活性與經(jīng)濟性 。 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境具有一系列優(yōu)點，從流程圖式的編程，不需要預先編譯就存在語法檢測和調(diào)試過程使用的數(shù)據(jù)指針，到其豐富的函數(shù)、數(shù)值分析、信號處理和設(shè)備驅(qū)動等功能。在同等的性能條件下，相應的虛擬儀器價格要低二分之一甚至更多。它功能強大，可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動機參數(shù)、汽油標號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù)；它操作靈活，完全圖形化界面，風格簡約，符合傳統(tǒng)設(shè)備的使用習慣，用戶不經(jīng)培訓即可迅速掌握操作規(guī)程；它集成方便，不但可以和高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成自動測量系統(tǒng)，而且可以和控制設(shè)備構(gòu)成自動控制系統(tǒng) [5]。無論哪種虛擬儀器系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到筆記本電腦、臺式PC或工作站等各種計算機平臺 (甚至可以是掌上電腦 )加上應用軟件而構(gòu)成的。該系統(tǒng)主要是基于聲卡對外部數(shù)據(jù)的采集，設(shè)計多功能數(shù)字濾波器對含有噪聲的正弦波、方波、三角波進行濾波處理得到較好的波形，并且可以在前面板選擇各種濾波器，如選擇 IIR、 FIR 并設(shè)置濾波類型，選用 IIR時可以選擇最佳逼近類型，選用 FIR時可以選擇不同的窗函數(shù)。尤其是近年來，伴隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多關(guān)于基于虛擬技術(shù)的濾波器設(shè)計。 window function method。 I 摘 要 數(shù)字濾波器分為無限脈沖響應數(shù)字濾波器 (IIR)和有限脈沖響應數(shù)字濾波器 (FIR)，F(xiàn)IR 數(shù)字濾波器在語音、圖像、數(shù)字通信系統(tǒng)和計算機領(lǐng)域信號處理中有著廣泛的應用。 Labview。 研究現(xiàn)狀及內(nèi) 容 自從 1917年出現(xiàn) LC濾波器以來，濾波器的發(fā)展從來沒有停止過。 本課題是基于 LabVIEW的數(shù)字濾波器設(shè)計，通過研究分析現(xiàn)有虛擬數(shù)字濾波器，依據(jù)數(shù)字濾波器工作原理和應用特點 ，本課題提出一種虛擬數(shù)字濾波器系統(tǒng)的設(shè)計方案。它由計算機、應用軟件和儀器硬件組成。虛擬儀器技術(shù)先進，十分符合國際上流行的 硬件軟件化 的發(fā)展趨勢，因而常被稱作 軟件儀器 。一套完整的實驗測量設(shè)備少則幾萬元，多則幾十萬元。 LabVIEW 程序設(shè)計濾波器的優(yōu)點 LabVIEW軟件擁有界面美觀，程序易學易懂，形象實用。 LabVIEW 在測試測量領(lǐng)域有著卓越的優(yōu)勢 ,是儀器開發(fā)領(lǐng)域的一個新的發(fā)展方向，基于虛擬儀器技術(shù)的測試系統(tǒng)具有開放性、擴展性強 ,性價比高的特點。 （ 1） IIR 濾波器 IIR濾波器設(shè)計可以直接利用模擬濾波器設(shè)計的成果，如可以通過對模擬低通濾波器進行模擬頻率和數(shù)字頻率的變換而得到對應濾波器特性的數(shù)字低通濾波器，當然，兩者之間有一定的誤差。此系統(tǒng)函數(shù)分兩類，即 FIR系統(tǒng)函數(shù)與 IIR系統(tǒng)函數(shù)； （ 3）用一個有限精度的的運算去實現(xiàn)這個系統(tǒng)函數(shù)。根據(jù)式 37即可對濾波器進行設(shè)計 [10]。 第 7 頁 共 27 頁 頻率采樣法 頻率采樣法是從頻域出發(fā) ,根據(jù)頻域采樣定理，對給定的理想濾波器的頻率響應 jw [4] Hd(e )加以等間隔的抽樣 ，得到 Hd(k)： 1,.....,1,0 /)2(|)()( ?? ?? NK NkweHKHjdd ?? （ 38） 再利用 )(khd 可求得 FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù) )(zH 及頻率響應 )( ?jeH ： )2()()(1)(1)(10101NkkHeHZkHnzzHNKjnkknn???? ??????????????? 其中，φ (w)是一個內(nèi)插函數(shù)： 2/)1()2/s in( )2/s in()( ??? NjeN N ????? 從以上公式可以看出，在每個采樣頻率點 NkWk /2?? 處，濾波器的實際頻率響應是嚴格地和理想頻率響應數(shù)值相等 ,即： )()()()( 22 N kjddN Kj eHkHkHeH ?? ??? （ 39） 而在各采樣點間的頻率響應則是其的加權(quán)內(nèi)插函數(shù)延伸疊加的結(jié)果。 若 令 ：)(/)()(),()()( ???? ?? QeHHQeWW jddj ?? ， 因此，由式（ 9）、（ 10）將 )( ?jeE 改寫成： ? ?)()()()( ???? PHWeE dj ?? 故等波紋切比雪夫逼近法 設(shè)計 FIR數(shù)字濾波器的步驟是 ： ①給出所需的頻率響應 )( ?jd eH 加權(quán)函數(shù) )( jweW 和濾波器的單位取樣響應 h(n)的長度 N。 4 基于 LabVIEW 的數(shù)字濾波器的設(shè)計 創(chuàng) 建虛擬儀器的過程共分三步 ： (1)設(shè)計虛擬儀器的前面板。 信號 輸入 /輸出 顯示 數(shù)字濾波 幅頻 /相頻響應 顯示 第 10 頁 共 27 頁 雙通信號源的設(shè)計 雙通信號源的設(shè)計，是所有數(shù)字信號處理設(shè)計的根本，同時，相對于濾波器 的設(shè)計比較簡單，也本著由淺入深的原則，這里首先介紹信號源的設(shè)計。 當然最主要的是正弦波的輸出的連接。 三角波的具體設(shè)計如圖 47所示： 圖 47 三角波的設(shè)計 改變相關(guān)參數(shù)就可以產(chǎn)生設(shè)計所需求的三角波。 第 14 頁 共 27 頁 雙通信號源的前面板設(shè)計 首先，根據(jù)信號的調(diào)節(jié)參數(shù)，設(shè)計出一系列的按鈕，這些按鈕可以調(diào)節(jié)產(chǎn)生信號的參數(shù)，以便產(chǎn)生的信號是我們所需要的。如圖 第 15 頁 共 27 頁 414： 圖 414 條件循環(huán)示圖 通過條件循環(huán)，可以將信號發(fā)生器組合到一起，然后通過加法器，產(chǎn)生偏置，通過加法器將雙通道的信號合成。這種濾波器最先由英國工程師斯蒂芬在帶通波動的為“ I型切比雪夫濾波器”，在帶阻波動的為“ II型切比雪夫濾波器”。 所以在設(shè)計切比 雪夫濾波器的時候要比特沃斯濾波器多接出一個波紋按鈕。同時為了能調(diào)節(jié)顯示 的時間軸，還設(shè)計了一個 時標旋鈕。分別為： 1：幅值為 5，頻率為 500的正弦信號； 2：幅值為 5，占空比為 80%，頻率為 2500的方波信號。同時在設(shè)計過程中，記 錄了設(shè)計日志，列舉了 第 25 頁 共 27 頁 遇到的問題及其解決方法，為今后的繼續(xù)開發(fā)提供了重要參考資料。 5 總結(jié) 近 30 多年來，數(shù)字信號處理是緊緊圍繞著理論、實現(xiàn)及應用三個方面迅速發(fā)展起來的，它以眾多學科為理論基礎(chǔ)，其成果又滲透到多個學科，成為理論與實踐并重，在高新技術(shù)領(lǐng)域中占有重要地位的新興學科。第一部分研究了LabVIEW的設(shè)計方法和設(shè)計流程，第二部分系統(tǒng)地研究了數(shù)字濾波器的理論知識，第三部分則是重點介紹了基于 LabVIEW的數(shù)字濾波 器設(shè)計，其中包括巴特沃斯，切比雪夫濾波和窗函數(shù)濾波器的設(shè)計，以及可以在各種濾波器中實現(xiàn)低通，高通，帶通，帶阻濾波的方