多功能數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-15 07:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 帶通濾波器（BP DF）和帶阻濾波器（BS DF）四種。這里要特別強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是：數(shù)字濾波器的頻響是周期的,其重復(fù)周期是采樣頻率f，或者數(shù)字頻率2π，且在每一周期內(nèi)，幅頻特性具有對(duì)稱性。比如采樣頻率f=8000Hz，數(shù)字帶通的通帶是300～3400Hz，那么它的重復(fù)周期為8000Hz，由對(duì)稱性可知4600～7700Hz也是通帶，由周期性可知8300～11400Hz也是通帶，等等。因此，如果你想從0～20kHz的信號(hào)中濾出1～4kHz的頻率成分，那么在0～20kHz的頻率范圍內(nèi)，帶通濾波器應(yīng)該只有1～4kHz的通帶。因?yàn)轭l響的周期為采樣頻率f所以在f內(nèi)與1～4kHz相對(duì)稱的通帶f4kHz～f1kHz必須在20kHz的頻率之外，應(yīng)有f4kHz20kHz即f24kHz。此時(shí)帶通濾波器的通帶范圍為1～4kHz、20～23kHz、25～28kHz等，從而保證了在0～20 kHz的頻率范圍內(nèi)，只有1～4kHz的頻率成分可以通過該濾波器。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。也就是說，數(shù)字濾波器處理的頻率應(yīng)該小于f/2。關(guān)于數(shù)字頻率ω，一定要注意它是真實(shí)頻率與采樣頻率之比。說一個(gè)數(shù)字頻率低通的帶通是0～,則時(shí)鐘為1Hz時(shí)是指0～50Hz，時(shí)鐘為2Hz時(shí)是指0～100Hz，時(shí)鐘為100kHz時(shí)是指0～5kHz，是相對(duì)頻率。（4）按同時(shí)處理的變量的個(gè)數(shù)分分為一維和多維濾波器。一維濾波器的輸入、輸出、沖激響應(yīng)和頻響分別是x(n)、y(n)、h(n)、和H(ejω),二維濾波器分別是x(n,m)、y(n,m)、h(n,m)和H(ejω1,ejω2) ,三維和三維以上類推。一位濾波器最常用。二維濾波器主要用于圖象處理，其用途日益廣泛。分類的方法還有很多，比如線性濾波器和非線性濾波器、時(shí)變DF和非時(shí)變DF、純振幅DF和純相位DF、線性相位DF和非線性相位DF等等。 第三章 基于LabVIEW的多功能數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) LabVIEW程序設(shè)計(jì)LabVIEW程序由兩部分組成：前面板和程序框圖程序。LabVIEW的前面板，即交互式界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，在前面板中，使用了各種圖標(biāo)如枚舉、數(shù)值輸入輸出控件、波形圖等來模擬真實(shí)儀器的面板, 并可如同操作實(shí)際儀器一樣方便地調(diào)節(jié)輸入?yún)?shù)和進(jìn)行輸出模式定制。本文中前面板的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了LabVIEW的特長, 即建立了友好的人機(jī)操作界面。本程序?qū)追N典型的IIR 、FIR 以及中值數(shù)字濾波器集成在一個(gè)應(yīng)用程序中, 因此可以根據(jù)實(shí)際需要選擇基于不同逼近準(zhǔn)則的濾波器。用戶可以方便地調(diào)整采樣率, 波紋幅度等濾波參數(shù)而不必要修改框圖程序。由位于上方的輸出波形圖可以直觀地觀察濾波器濾波后的波形以及幅頻與相頻特性，在IIR和FIR數(shù)字濾波器的前面板設(shè)計(jì)中采用了裝飾框, 使整個(gè)虛擬面板變得簡潔、美觀。由于濾波器對(duì)信號(hào)的分析要求循環(huán)進(jìn)行，而整個(gè)過程都希望是人為控制的，因此框圖程序里需要一個(gè)While 循環(huán)結(jié)構(gòu)。所設(shè)計(jì)的濾波器可以進(jìn)行IIR、FIR中值濾波器三種濾波方式，并且最后要在前面板上顯示濾波后的波形、濾波器信息以及濾波后的頻譜信息，因此這里采用了兩個(gè)選擇結(jié)構(gòu)，一個(gè)實(shí)現(xiàn)濾波方式的選擇, 一個(gè)實(shí)現(xiàn)波形顯示的選擇?？梢詫IR 數(shù)字濾波器中的Butterworth、Chebyshev、Bessel、Ellipse、Inverse 和FIR數(shù)字濾波器中的Hamming窗、Hanning窗、Triangular窗、Blackman窗、Exact Blackman窗、Blackman Harris窗、Flat Top 窗和Kaiser Bessel 窗等幾種典型濾波方式集成于一個(gè)應(yīng)用程序中。這幾種典型的濾波方式各有各的優(yōu)勢, 以IIR數(shù)字濾波器中的幾種模擬濾波器原型而言， Butterworth型IIR濾波器具有單調(diào)下降的幅頻特性；Chebyshev型幅頻特性在通帶或者在阻帶有波動(dòng)，可以提高選擇性；Bessel 型通帶內(nèi)有較好的線性相位特性；而Ellipse其選擇性相對(duì)前三種是最好的。由于LabVIEW 高效的編程方式和靈活的編程特點(diǎn)，將他們集成在一起，可以大大的滿足用戶的需要。設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器是把采集來的信號(hào)，進(jìn)行濾波，保存打印。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)板下次選擇信號(hào)處理子選項(xiàng)板，最后在濾波器子選項(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)。虛擬濾波器去除噪聲在信號(hào)傳輸過程中, 經(jīng)常會(huì)混入高頻噪聲, 噪聲的能量甚至?xí)^信號(hào)能量。因此接收端收到信號(hào)后, 通常首先要進(jìn)行低通濾波, 然后才能對(duì)信號(hào)做進(jìn)一步處理。信號(hào)發(fā)生器噪聲信號(hào)顯示模擬實(shí)際信號(hào)虛擬濾波器 設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)包括自選信號(hào)、濾波部分和現(xiàn)實(shí)部分。自選信號(hào)是信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)加上噪聲信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。在信號(hào)發(fā)生器部分應(yīng)用波形生成子選項(xiàng)板中的基本波形子VI產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，噪聲部分我使用了自行選擇的方式，從8中噪聲中選擇一種，然后一起相加生成自選信號(hào)。濾波部分是本程序的核心部分。選用濾波速度快，對(duì)相位沒有要求的IIR 濾波器，本程序采用Butterworth 濾波器和Chebyshev濾波器。顯示部分是本程序面向用戶的一個(gè)關(guān)鍵部分，最終的成果是通過它呈現(xiàn)出來。我們要顯示的波形圖分為濾波前的自選信號(hào)和濾波后的信號(hào)。同時(shí)得到濾波信息，其中包括幅頻信號(hào)和相頻信號(hào)。 開始信號(hào)波形選擇和參數(shù)設(shè)置是否加入噪聲信號(hào)與噪聲疊加噪聲類型選擇及參數(shù)設(shè)置濾波器選擇FIR濾波器IIR濾波器中值濾波器濾波器參數(shù)設(shè)置開始運(yùn)行波形顯示根據(jù)濾波器效果調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到濾波效果結(jié)束YN 整體設(shè)計(jì)流程圖 第四章 多功能數(shù)字濾波器整體程序設(shè)計(jì)各模塊的設(shè)
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