【正文】 在城市學院這個學習氛圍活躍、團結友愛的集體里，大家互相幫助，彼此討論問題，共同提高。 ： （1）比較濾波器之間的不同 根據(jù)濾波器以上實驗中保存的各個類型濾波器“濾波特性圖” ，比較帶通濾波器與帶阻濾波器、低通濾波器與高通濾波器的異同如下：帶通濾波器與帶阻濾波器：兩個濾波器的幅頻特性相反，帶通濾波器對頻率在高低截止頻率外的信號進行衰減，帶阻濾波器則相反，相同點是都有高低截止頻率。 (4)帶阻濾波器 1) 帶阻濾波器的參數(shù)定義，觀察“濾波器幅頻特性圖 ”。 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“ 濾波器階次 ”=4，設置被測信號： “有用信號幅值”=2V、“有用信號頻率 ”=50Hz、“有用信號相位”=0、“ 正弦干擾信號幅值”=2V、“正弦干擾信號頻率”=90Hz、“正弦干擾信號相位”=0、“ 白噪聲幅值”=0。在“被測信號設置” 面板中設置“采樣點數(shù)”=204 “采樣頻率”=1000Hz，“有用信號幅值”=2V、“ 有用信號頻率”=50Hz、“有用信號相位”=0 度，其他參數(shù)按照表 41 所示參數(shù)進行設置。 ● 初始化/連續(xù)(初始化：F)；內(nèi)部狀態(tài)的初始化控制。 “圖 形 顯 示 窗 口 ”中 顯 示 的 黃 色 的 線 是 cursor 工 具 ， 用 來 顯 示 曲 線 上 任 何 點的 橫 縱 坐 標 數(shù) 值 。 33 被測信號設置 圖 34 濾波器參數(shù)設置圖3 基于 LabVIEW 的巴特沃斯數(shù)字濾波器演示儀的設計17 （a) (b)圖 35 濾 波 效 果 的 時 域 演 示 圖 ● “濾 波 前 和 濾 波 后 信 號 幅 頻 特 性 圖 ”－ 基 于 頻 譜 分 析 的 濾 波 器 濾 波 效 果檢 驗 分 別 對 濾 波 前 和 濾 波 后 的 信 號 作 FFT（ 快 速 傅 立 葉 變 換 ） 可 以 得 到 它們 的 幅 頻 特 性 圖 ， 如 圖 35“濾 波 前 和 濾 波 后 信 號 幅 頻 特 性 圖 ”所 示 。 ● 有用信號產(chǎn)生類：用來設置正弦信號的幅值、頻率、相位，作為有用信號。這樣，你就可以根據(jù)數(shù)據(jù)的流動狀念跟蹤程序的執(zhí)行。當需要連線轉(zhuǎn)彎時，點擊一次鼠標鍵，即可以正交垂直方向地彎曲連線，按空格鍵可以改變轉(zhuǎn)角的方向。利用工具模板來添加輸入控制器和輸出指示器(添加后會在框圖程序中出現(xiàn)對應的控制器或指示器框圖)。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動，并可以放置在屏幕的任意位置。 程序組成 該環(huán)境包含包括三個部分:程序前面板、框圖程序和圖標連接端口。H(z)是系統(tǒng)的響應函數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的實際需要可以是無限沖激響應(IIR)或有限沖激響應(FIR)，響應函數(shù)的設計有許多種有效的方法。它們的系統(tǒng)傳遞函數(shù)分別為： ?????NkkMkzabzH10)(（21 ）??0)()(nnhz（22） 數(shù)字濾波器7對應的差分方程分別為： ??????MkNkknyanxbny01)()()(（23 ）10Nmmxh（24） 公式 21 中的 H(z)稱為 N 階 IIR 濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，公式 22 中的 H(z)稱為(N 一 1)階 FIR 濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。模擬濾波器在理論上和實踐上都已經(jīng)達到很高水平，但是在需要更多靈活性以及程序可控制性的場合，相對于模擬濾波器數(shù)字濾波器具有以下顯著的優(yōu)點： 精度高：模擬電路中元件的精度很難達到 310以上，而數(shù)字系統(tǒng) 17 位字長就可以達到 5 10精度。它適用于多種操作系統(tǒng),用 LabVIEW 設計的虛擬儀器程序可以脫離開發(fā)環(huán)境 LabVIEW 最終用戶看見的是和實際的硬件儀器相似的操作面板。虛擬儀器的起源可以追朔到 20 世紀 70 年代，那時計算機測控系統(tǒng)在國防、航天等領域已經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展。一臺發(fā)動機檢測完后，就可打印出完整的檢測報告。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。圖 1—1 反映了常見的虛擬儀器方案。例如，實時控制與嵌入式控制器也早已屬于特殊程序開發(fā)的范圍。虛擬儀器的核心是軟件，用戶根據(jù)實驗要求編寫和重組軟硬件系統(tǒng)模塊，可以大幅提升和擴展儀器功能，滿足的不同要求。數(shù)字濾波是數(shù)字信號處理的一部分。 因此，數(shù)字濾波器在工程中得到廣泛的應用。在 DFT 的公式 24 中包含了大量的重復運算：由于 NW的周期性，式 24 中只有 N 個獨立的值，即 3210,NW等。該程序采用模塊化的設計思想 ，從含有干擾或噪聲的 信號中提取正弦信號。節(jié)點之間數(shù)據(jù)連線按照一定的邏輯關系相互連接，可定義框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向。可以用“查看” 菜單下的“函數(shù)選板”打開它，也可以在框圖程序窗口的空白處點擊鼠標右鍵以彈出功能模板。因為這不是幾何意義上的連線，因此并非任意兩個端子間都可迮線，連線類似于普通程序中的變量。首先查找錯誤，如果一個程序不能執(zhí)行，運行按鈕會出現(xiàn)一個折斷的箭頭。從工具模板選擇探針工具，再用鼠標左建點擊你希望放置探針的連接線。當濾波器類型選擇“ 低通 ”和“高通”時，無效！ (3) 濾波效果的演示 濾波效果可以從定性和定量兩個方面來檢驗：分別是“濾波效果演示圖” 、 “濾波前和濾波后信號幅頻特性圖” 、 “濾波器幅頻特性圖” ，此為定性。 ● “濾 波 器 幅 頻 特 性 圖 ”—顯 示 濾 波 器 自 身 的 幅 頻 特 性 ： 通 過 求 巴 特 沃 斯 濾 波 器 的 單 位 沖 擊 響 應 可 以 求 出 濾 波 器 自 身 的 頻 譜 特 性 ，如 圖 37“濾 波 器 幅 頻 特 性 圖 ”所 示 ?？梢愿鶕?jù)采樣間隔計算出采樣頻率：fs=l/Δt。失真度定義為信號中全部諧波分量的能量與基波能量之比的平方根值，失真度越小濾波效果越好。 圖 46 低通濾波器幅頻特性圖 低通濾波器的幅頻特性如圖 46 所示，f1 為低截止頻率，設置濾波器的參數(shù)：濾波器類型低通、濾波器階次 1低截止頻率 70Hz、高截止頻率無效。表 43 干擾信號參數(shù)設置次數(shù) 正旋干擾信號幅（V）正旋干擾信號頻率（Hz）正旋干擾信號相位（度） 白噪聲幅值（V） 1 0 0 0 2 2 2 10 0 0 3 2 10 0 2 添加干擾信號，觀察濾波效果并記錄如下： ● 次數(shù) 1—只添加白噪聲干擾 由附錄中圖 613 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消噪前和消噪后的信噪比從 ，信噪比的絕對值有了很大的提高，信號失真度也降到 小于 ，均達到了預期的要求。 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“濾波器階數(shù)”=10，設置被測信號： “有用信號幅值”=2V、“有用信號頻率 ”=50Hz、“有用信號相位”=0、“ 正弦干擾信號幅值”=2V、“正弦干擾信號頻率”=30Hz、“正弦干擾信號相位”=0、“ 白噪聲幅值”=0。 2）采用 ADQ 采集實測信號，并對其進行濾波。 圖 66 曲線上各點的橫、縱坐標值顯示示意圖 對本文設計的數(shù)字濾波器添加不同的干擾信號，其調(diào)試結果如下: ● 對帶通濾波器分別添加噪聲、正旋干擾信號及噪聲和正旋干擾信號的起波形演示圖如圖 6圖 68 和圖 69 所示：附錄49 圖 67 帶通濾波器（添加噪聲）濾波效果演示 圖 68 帶通濾波器（添加正旋干擾）濾波效果演示附錄51 圖 69 帶通濾波器（添加正旋干擾和噪聲）濾波效果演示 ● 對低通濾波器分別添加噪聲、正旋干擾信號及噪聲和正旋干擾信號的起波形演示圖如圖 6圖 611 和圖 612 所示： 圖 610 低通濾波器（添加噪聲）濾波效果演示附錄53 圖 611 低通濾波器（添加正旋干擾）濾波效果演示 圖 612 低通濾波器（添加正旋干擾和噪聲）濾波效果演示 ● 對高通濾波器分別添加噪聲、正旋干擾信號及噪聲和正旋干擾信號的起波形演示圖如圖 61圖 614 和圖 615 所示：附錄55 圖 613 高通濾波器（添加噪聲）濾波效果演示 圖 614 高通濾波器（添加正旋干擾）濾波效果演示附錄57 圖 615 高通濾波器（添加正旋干擾和噪聲）濾波效果演示 ● 對帶阻濾波器分別添加噪聲、正旋干擾信號及噪聲和正旋干擾信號的起波形演示圖如圖 61圖 617 和圖 618 所示： 圖 616 帶阻濾波器（添加噪聲）濾波效果演示附錄59 圖 617 帶阻濾波器（添加正旋干擾）濾波效果演示 圖 618 帶阻濾波器（添加正旋干擾和噪聲）濾波效果演示外文翻譯1外。 基于 LabVIEW 軟件平臺設計的濾波器足以實現(xiàn)濾波器的功能，且這樣的虛擬濾波器較硬件配置的濾波器而言具有制作簡單、成本低、應用靈活、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)點,可見虛擬儀器的發(fā)展具有很廣闊的前景。 ● 次數(shù) 2—只添加正弦干擾信號 由附錄中圖 618 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消 增加到 ，信噪比有了非常大的提高，信號失真度也降到 小于 ，均達到了預期的要求。 2) 不改變高通濾波器的參數(shù)設置，觀察濾波效果：添加干擾信號，觀察濾波效果。 比較濾波器參數(shù)修改前后，當被測信號為“有用信號幅值” ＝2V、“ 有用信號頻率”=50Hz、“有用信號相位”=0、“正弦干擾信號幅值”=2V、“正弦干擾信號頻率”=53Hz、“正弦干擾信號相位”=0、“白噪聲幅值”＝0 時，通過比較“ 濾波效果演示圖”，“濾波前和濾波后信號幅頻特性圖 ”以及濾波前后的信噪比和失真度，可以看出修改前的濾波效果較好，修改前通帶窄，高頻干擾信號衰減幅度大，消噪后的信噪比較高。什么是信噪比，什么是失真度？信噪比就是有用與噪聲信號功率的的比值，通常用 SNR、S/N 表示，單位：分貝 dB。 ● 采樣頻率 fs：產(chǎn)生 X 序列時的采樣頻率；它的高低直接影響到采集到的信號的復原性。“圖 形 顯 示 窗 口 ”中 顯 示 的 黃 色 的 線 是 cursor 工 具 ， 用 來 顯 示 曲 線 上 任 何 點的 橫 縱 坐 標 數(shù) 值 。當濾波器類型選擇“ 帶通”和“ 帶阻”時，必須小于高截止頻率 。你也可以點擊暫停按鈕，這樣程序?qū)⑦B續(xù)執(zhí)行直到下一個斷點。當 Vl 無法運行，或者顯示信號丟失終端)的錯誤信息時，這是一個快捷的調(diào)試方法。 連線是程序設計中較為復雜的問題。功能模板(Functions)是創(chuàng)建框圖程序的工具。框圖程序由節(jié)點(Node)、數(shù)據(jù)連線(Wire)構成。 A/D H(z) D/A數(shù)字濾波器9本文設計的數(shù)字濾波器就是用 LabVIEW 中的巴特沃斯濾波器間接地設計 IIR 型數(shù)字濾波器。做一次離散傅立葉變換總共需要做 4次實數(shù)乘法和 2次實數(shù)加法。 并行處理：數(shù)字濾波器的另外一個最大的優(yōu)點就是可以實現(xiàn)并行處理，比如數(shù)字濾波器可以采用 DSP 處理器來實現(xiàn)并行處理。數(shù)字濾波器5 2 數(shù)字濾波器 數(shù)字濾波器簡介 濾波及數(shù)字濾波器 濾波是信號處理領域的一種最基本而又極其重要的技術．在有用信號的傳輸過程中，通常會受到噪聲或干擾的污染．利用濾波技術可以從復雜的信號中提取所需要的信號，同時抑制噪聲或干擾信號，以便更有效地利用原始信號．濾波器實際上是一種選頻系統(tǒng)，它對某些頻率的信號予以很小的衰減，讓該部分信號順利通過；而對其他不需要的頻率信號則予以很大的衰減，盡可能阻止這些信號通過。1986 年，NI 公司推出了圖形化的虛擬儀器編程環(huán)境LabVIEW，標志著虛擬儀器設計平臺基本成型，虛擬儀器從概念構思變?yōu)楣こ處熆蓪崿F(xiàn)的具體對象。 虛擬儀器技術融合了 PC 技術及商業(yè)科技如國際網(wǎng)絡，促進測量和自動化技術的發(fā)展。PC 的出現(xiàn)使儀器的計算機化成為可能。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。其主要產(chǎn)品有數(shù)字存儲示波器系列、任意波形發(fā)生器及頻率計系列、多通道大容量波形記錄儀系列。虛擬儀器就是在那個時期隨計算機水平和軟件技術的迅速進步而出現(xiàn)并發(fā)展起來的有別于傳統(tǒng)儀器的新概念。但是基于虛擬儀器的大力發(fā)展，用戶可以將一些先進的數(shù)字信號處理算法應用于虛擬儀器的設計，提供傳統(tǒng)臺式儀器所不具備的功能，而且完全可以通過軟件配置實現(xiàn)多功能集成的儀器設計。 靈活性大：數(shù)字濾波器的性能主要取決于乘法器的各系數(shù)，而這些系數(shù)是存放在系統(tǒng)存儲器中的，只要改變存儲器存放