【導(dǎo)讀】數(shù)字濾波器分為無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器和有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器，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(jī)領(lǐng)域信號處理中有著廣泛的應(yīng)用。論文主要研究在Labview環(huán)境中實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計。切比雪夫逼近法等幾種常用的設(shè)計方法。分別采用窗函數(shù)法、頻率取樣法、切比雪夫逼近。函數(shù)法下設(shè)計的FIR數(shù)字濾波器進(jìn)行了仿真，得出了正確的仿真圖形。設(shè)計的FIR數(shù)字濾波器能有效地對含噪信號進(jìn)行濾波處理。

　　

【正文】 圖 419 切比雪夫?yàn)V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(shí)際頻響會有較大區(qū)別。如：加 漢 明窗的頻響曲線的帶通和帶阻特性比矩性窗好。 要產(chǎn)生以上 5 種方式濾波器，就要運(yùn)用到 LabVIEW 里的 Force , Triangle , Hanning , Hamming 和 Blackman 。如圖 420： 第 18 頁 共 27 頁 圖 420 窗函數(shù)濾波器的子 VI 示例圖 輸入信號通過各種窗口進(jìn)行濾波，然后通過輸出端口，傳輸?shù)斤@示模塊和幅頻、相頻響應(yīng)模塊。窗函數(shù)濾波器的設(shè)計也要調(diào)用條件循環(huán)，以減少資源調(diào)用，降低工作量等目的。 數(shù)字濾波器的前面板設(shè)計 數(shù)字濾波器的最主要顯示手段就是一個時域信號顯示窗口。這個窗口可以看出濾波器的濾波效果，同時制作了一個開關(guān)來選擇顯示輸入波形還是顯示輸出波形。同時為了能調(diào)節(jié)顯示 的時間軸，還設(shè)計了一個 時標(biāo)旋鈕。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。 而調(diào)節(jié)數(shù)字濾波器的參數(shù)，比如高端截止頻率 fh、低端截止頻率 fl、階數(shù)和波紋系數(shù)就需要用到如圖 423按鈕： 第 19 頁 共 27 頁 圖 423 濾波參數(shù)調(diào)節(jié)按鈕的設(shè)計 同時程序還附加設(shè)計了一個幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)顯示窗口，查看幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)，以檢驗(yàn)濾波效果 。如圖 424： 圖 424 幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)顯示窗口的前面板設(shè)計 數(shù)字濾波器的程序設(shè) 計 作為重要的數(shù)字濾波模塊，依然需要條件循環(huán)來選取濾波器，并通過調(diào)節(jié)設(shè)計的參數(shù)按鈕來達(dá)到調(diào)節(jié)濾波方式的目的。如圖 425： 第 20 頁 共 27 頁 圖 425 數(shù)字濾波器的程序設(shè)計 而輸入、輸出顯示模塊也通過條件循環(huán)和控制按鈕來選擇顯示波形是輸入信號還是輸出信號，值得一提的是這里用到一個捆綁，它可以將 3個變量捆綁成 1個簇向顯示模塊輸入。如圖 426： 圖 426 輸出顯示模塊設(shè)計 圖 427 幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)的設(shè)計 第 21 頁 共 27 頁 幅頻、相頻響應(yīng)則主要通過 Transfer 來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同樣使用一個捆綁來變量 形成一個簇，從而實(shí)現(xiàn)幅頻、相頻響應(yīng)的顯示。 為了驗(yàn)證程序設(shè)計的正確性和嚴(yán)謹(jǐn)性，我選取了濾波器中最典型的巴特沃斯濾波器作為檢測對象，同時選用低通濾波進(jìn)行測試。輸入信號，采用雙通道信號源。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。 輸入通道 1的參數(shù)設(shè)置： 圖 428 輸入通道 1 的參數(shù)設(shè)置 輸入通道 2的參數(shù)設(shè)置 ： 圖 429 輸入通道 2 的參數(shù)設(shè)置 輸入時域信號的波形見下圖： 第 22 頁 共 27 頁 圖 430 輸入信號波形 選用的濾波器種類和類型 ： 圖 431 濾波器的選擇 濾波參數(shù)設(shè)置： 圖 432 濾波參數(shù)設(shè)置 輸出時域信號的波形： 第 23 頁 共 27 頁 圖 433 輸出信號的波形 幅頻響應(yīng)： 圖 434 幅頻響應(yīng) 相 頻 響應(yīng)： 第 24 頁 共 27 頁 圖 435 相頻響應(yīng) 巴特沃斯濾波器的低通濾波整體圖形： 圖 436 巴特沃斯濾波器低通濾波的效果圖 濾波顯示如圖 436，通過圖 430和圖 433可以看出噪聲信號在通過低通濾波器后被濾除 ,頻譜發(fā)生變化，幅值隨著頻率的增大而減小。 435圖中可觀察到相位是線性的 ,即該濾波器是一線性相位濾波器。 本 章介紹了我所設(shè)計的數(shù)字濾波器的各功能模塊，并將設(shè)計思想和設(shè)計方法都相應(yīng)的進(jìn)行了介紹，同時對設(shè)計出的數(shù)字濾波器進(jìn)行了驗(yàn)證，證明設(shè)計是成功的。 在這一章中，重點(diǎn)介紹了以下兩個模塊： (1)信號發(fā)生模塊； (2)數(shù)字濾波模塊。 同時，數(shù)字濾波模塊還分為濾波模塊，波形顯示模塊和幅頻、相頻響應(yīng)顯示模塊進(jìn)行介紹。 本設(shè)計的主 要成果總結(jié)具體如下： (1)經(jīng)過長時間摸索得出的一整套 LabVIEW的使用的方法與技巧。其中包括：熟悉了 LabVIEW 的程序開發(fā)方法，并可以運(yùn)用 LabVIEW開發(fā)簡單的程序設(shè)計。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。 (2)開發(fā)出的可演示的數(shù)字濾波器程序。包括信號發(fā)生器和數(shù)字濾波器模塊，并可以調(diào)節(jié)發(fā)生的信號參數(shù)和濾波參數(shù)，實(shí)際運(yùn)行效果不錯，有一定的實(shí)用價值。 (3)通過對本課題的研究，自己從中取得了一些成績，理論水平也得到了一定的提高，同時也暴露了一 些問題。首先，對一個課題必須要閱讀大量的文獻(xiàn)和書籍來獲得一定的感性認(rèn)識，然后才能有自己的想法，這是一條必經(jīng)之路。其次，理論基礎(chǔ)知識很重要，論文設(shè)計用了很多基礎(chǔ)知識，如果用的時候再去學(xué)會浪費(fèi)時間。 最后，要有信心，遇到困難要向別人請教，這樣可以大大加快研究進(jìn)程。以上是我做論文的一些心得體會，這些對我以后的工作會有很大的幫助。 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(shí)現(xiàn)及應(yīng)用三個方面迅速發(fā)展起來的，它以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)，其成果又滲透到多個學(xué)科，成為理論與實(shí)踐并重，在高新技術(shù)領(lǐng)域中占有重要地位的新興學(xué)科。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器以其良好的性能被廣泛使用，屬于數(shù)字信號處理的基本模塊之一?，F(xiàn)在絕大多數(shù)的電子設(shè)備中都具有數(shù)字濾波模塊。 而虛擬儀器是隨著計算機(jī)技術(shù)、電子測量技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā) 展起來的一種新型儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)是是測量儀器領(lǐng)域的一個突破，從根本上更新了測量儀器的概念。虛擬儀器技術(shù)不僅可以簡化儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且能有效的降低生產(chǎn)成本和縮短開發(fā)時間。 本文以 LabVIEW為應(yīng)用背景，圍繞數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)技術(shù)展開研究，該技術(shù)是設(shè)計與實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)最重要的技術(shù)之一。 本文主要分為 LabVIEW，數(shù)字濾波器理論知識和數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)技術(shù)三個部分。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(diǎn)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?yàn)V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(shí)現(xiàn)低通，高通，帶通，帶阻濾波的方法。 文中所討淪的設(shè)計方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)對數(shù)字信號處理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)具有重要的實(shí)用價值。 本文所設(shè)計的數(shù)字濾波器是我們階段性的研究成果，同時由于本人的時間和能力有限，無疑，本設(shè)計尚存在許多未盡人意的地方，誠懇希望各位評閱 老師批評指正 ，本人不勝感激。 第 26 頁 共 27 頁 參考文獻(xiàn) [1]邵朝，陰亞芳，盧光躍 .數(shù)字信號處理 [M].北京郵電大學(xué)出版社 ,. [2]門愛東，蘇菲，王雷等 .數(shù)字信 號處理 [M].北京科學(xué)出版社 ,. [3]樊玲，何光普 .FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計及應(yīng)用 [J].樂山師范學(xué)院學(xué)報 ,. [4]顧文奕 .FIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化與驗(yàn)證 [J].電子測量技術(shù) ,. [5]丁碩 .基于 LabVIEW的虛擬數(shù)字濾波器的設(shè)計 [J].鞍山師范學(xué)院學(xué)報 ,. [6]魏瑞 .FIR數(shù)字濾波器的仿真與實(shí)現(xiàn) [J].科技廣場 ,. [7]楊永昌，李晨輝，王凱 . FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計方法 [J].桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報 , . [8]蘇興，孫錫紅 .基于 LabVIEW的 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計 [J]. 儀表技術(shù)， . [9]姜碧瓊，盧博友，雷永鋒，史穎剛 .基于 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計 [J].微計算機(jī)信息， . 3336 . [10]張志田，何其文 .基于窗函數(shù)法的 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計 [J].湖南科技學(xué)院學(xué)報 ,. 2026 [11]張賢達(dá) .現(xiàn)代信號處理 .2版 [M].北京：清華大學(xué)出版社， . [12]申焱華，王汝杰，雷振山 .LabVIEW入門與提高范例教程 [M].北京 :中國鐵道出版社 ,. [13]陳錫輝，張銀鴻 . [M].清華大學(xué)出版社， . 第 27 頁 共 27 頁 致 謝 在本論文的寫作過程中，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個環(huán)節(jié)中嚴(yán)文娟老師都給予了我細(xì)心的指導(dǎo)。這幾個月以來，嚴(yán)老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在 思想給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向嚴(yán)老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。同時我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。給我提供了大量數(shù)據(jù)資料和建議，告訴我應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)問題，細(xì)心的給我指出錯誤，修改論文。在此，我再一次真誠地向幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝！