【導讀】寫過的研究成果，沒有偽造數(shù)據(jù)的行為。本畢業(yè)設計（論文）作者完全了解學校有關保留、使用論文的規(guī)定。并向有關管理部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱?？s印或掃描等復制手段保存和匯編本論文。信號的時域和頻域之間存在著密不可分的關系，通常用。數(shù)學公式及其平面圖形來表示。但是，公式抽象且難以理解，而教科書上分散的平面圖。形也很難讓人們對信號的時域與頻域建立起一個形象直觀的印象。首先是對原始信號進行時域波形顯示,頻域頻譜顯示。再對濾波后的信號進行相關分析,除掉干擾信號，研究諧波疊加。虛擬儀器是一種高效用于構建數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)圖形化編程語言。形象的二維圖形變化，色彩鮮艷，層次分明。Keywords：Labview；VirtualInstrument；Blockdiagram；Harmonics；多功能雙路信號發(fā)生器的設計思路....

　　

【正文】 數(shù)，因此需要用更多的參數(shù)來描述實際濾波器的性能，主要參數(shù)有紋波幅度，截子頻率，寬帶，品質等因素。 和其他編程語言一樣， Labview 中提供了許多現(xiàn)成的濾波器模板，合理設置參數(shù)即可方便地用來進行信號慮波。 數(shù)字濾波是數(shù)字信號分析中重要的組成部分，數(shù)字濾波器嗍是指輸入、輸出均為數(shù)字信號，通過一定運算關系改變輸入信號所含頻率成分的相對比例或濾除某些頻率成分的器件。擬濾數(shù)字濾波器相比模擬濾波器有處理靈活、精度高、穩(wěn)定性強等優(yōu)點。 有限沖擊響應（ FIR）和無限沖擊響應（ IIR）濾波器的聯(lián)系與區(qū)別 跟 據(jù)沖激響應，可將濾波器分為有限沖激響應（ FIR）和無 限 沖激響應（ IIR）濾波器。 如果濾波器的沖激響應在一定時間之后衰減為 0，那么這個濾波器被稱為有限沖激響應（ FIR）濾波器。但是，如果沖激響應一直保持，那么這個濾波器被稱為無限沖激響應濾波器（ IIR）。沖激響應是否有限（即濾波器是 IIR 還是 FIR）取決于濾波器的輸出的計算方法。 第 5 章 信號濾波器 30 IIR 濾波器和 FIR 濾波器之間最基本的差別是，對于 IIR 濾波器，輸出只取決于當前和以前的輸入值，而對于 FIR 濾波器，輸出不僅取決于當前和以前的輸入值，還取決于以前的輸出值。簡單地說， FIR 濾波器需要使用遞歸算法。 IIR 濾波器的缺點是它的相位響應是非線形的。在不需要相位信息的情況下，例如簡單的信號監(jiān)控，那么 IIR 濾波器就符合需要。而對于那些需要線形相位響應的情況，應當使用 FIR 濾波器。但是， IIR 濾波器的遞歸性增大了它的設計與執(zhí)行的難度。 因為濾波器的初始狀態(tài)是 0（負指數(shù)是 0），所以在到達穩(wěn)態(tài)之前會出現(xiàn)與濾波器階數(shù)相對應的過渡過程。對于低通和高通濾波器，過渡 過程或者延遲的持續(xù)時間等于濾波器的階數(shù)。 綜上所述， FIR濾波器系統(tǒng)總是穩(wěn)定的、易于實現(xiàn)線性相位、允許設計多通帶或多阻帶濾波器， IIR濾波器則可以用較低的階數(shù)獲得較高的選擇性，在相同門級規(guī)模和相同時鐘速度下可以提供更好的帶外衰減特性。 Labview 中數(shù)字濾波器分類 Labview提供的 IIR濾波器類型有 Butterworth、 Chebyshaev、 Inverse Chebyshave、Elliptic 和 Bezel。它們都有各自的特點，用途也不盡相同。 （ 1） Butterworth 在所有頻率上提供平滑的響應，但過渡帶下降較為緩慢，陡峭程度同階數(shù)成正比。 （ 2） Chebyshev 在通帶中是等副的紋波，阻帶中單調衰減，過渡迅速。 （ 3） Inverse Chebyshav 也稱 ChebyshevⅡ 型濾波器，與 Chebyshev 類似，不同時=是 ChebyshevⅡ 型濾波器將誤差分散到阻帶中，而且擁有最平穩(wěn)的通帶。 （ 4） Elliptic 橢圓濾波器將峰值誤差分散到通帶和阻帶中，與 Butterworth 和Chebyshev 相比具有更陡峭的過渡帶，因此橢圓濾波 器的應用較為廣泛。 （ 5） Bessel 具有最為平坦的幅度和相位響應。在通帶中貝塞爾濾波器的相位響應近似于線性，必須通過提高階數(shù)來減小誤差，因此應用不太廣泛。 Labview提供的 FIR濾波器有基于乘窗設計的濾波器 FIR Windowed 于 ParksMcClellan 算法的優(yōu)化濾波器 EquiRipple Band pass、 EquiRipple Band stop、 EquiRipple High Pass、 EquiRipple Low pass。此外， Labview 還提供了高級 IIR 和 FIR 濾波器的子面板。 在高級面板中，濾波器的設計部分和執(zhí)行部分是分開的。由于濾波器的設計很費時間，而濾波過稱則很快。在含有循環(huán)結構的程序中，可以將濾波器的設計放在循環(huán)外，將設計好的濾波器參數(shù)傳遞到循環(huán)內，在循環(huán)內進行濾波，從而提高程序運行效率。 在 Labview 中設計濾波器 利用 Labview 設計一個數(shù)字濾波器，可以實現(xiàn) IIR、 FIR 等數(shù)字濾波功能，參數(shù)可第 5 章 信號濾波器 31 調。進行了濾波器的設計。將兩路不同頻率的信號先疊加，然后通過濾波，將一路信號濾除，而保留有用信號。 疊加作用即將兩個信號相加，用到了一個數(shù)學公式。然后信號進入到一個選擇結構，選擇結構中有兩路分支，每路分支均有一個濾波模塊，其中一個為 IIR 濾波器，另一個為 FIR 濾波器，通過滑動選擇按鈕可選擇 IIR 或是 對其參數(shù)進行調整，各個過程的波形都用波形圖顯示出來。 如圖 51 所示為數(shù)字濾波器的程序框圖。 (a) (b) 圖 51 (a) 選擇 FIR 濾波器程序框圖 （ b）選擇 IIR 濾波器程序框圖 第 5 章 信號濾波器 32 圖中的仿真信號選擇程序框圖中右鍵“函數(shù)”菜單中【信號處理】【波形生成】【仿真信號】，在圖標上單擊右鍵選擇快捷菜單中“屬性”項時，可對 VI進行配置。配置框圖如圖 52。 圖 52 仿真信號參數(shù)配置框圖 程序框圖中添加的 “ 數(shù)字濾波器 .VI” 位于右鍵函數(shù)選板【信號處理】【波形調理】下。 圖中可看出，整個程序處于一個大循環(huán)中，這樣在各時刻，當調整參數(shù)時，程序也會即時更新，按停止按鈕時，濾波器停止工作。 如圖 53所示為濾波器的前面板，四個波形顯示器分別顯示不同時刻的波形，而 IIR和 FIR 的濾波參數(shù)調整按鈕 都在顯示在面板上，還可以選擇濾波器的類型。 通過 IIR 和 FIR 滑動選擇按鈕可先選擇所需用的濾波器，然后對相應的濾波器 參數(shù)進行設置。拓撲結構設置表示 選擇濾波器類型， 濾波效果選擇如低通或高通，截止頻率設置選擇對不同頻率的信號進行濾除 。 第 5 章 信號濾波器 33 圖 53 數(shù)字濾波器前面板 該設計可對任意頻率的信號進行濾波，只須濾波前弄清楚待濾波信號的各參數(shù)，然后選擇合適的濾波器并設置適當?shù)膮?shù)即可，經過驗證，該濾波器可以達到理想濾波效果。 調試過程及結果 現(xiàn)對已設計的濾波器的功能進行驗證，看看其是否能完成相應的濾波功能。 現(xiàn)將一路 20Hz的正弦波和一路 100Hz的正弦波進行疊加，然后濾除其中一路，并對低通和高通進行舉例驗證。 低通濾波功能 用低通濾波器將 100Hz 的信號濾除，保留 20Hz 的信號。采用 IIR 巴特沃斯濾波器。 因為要保留 20Hz 的信號，故高截止頻率要設置在 20Hz 以上，設置為 30Hz，底截止頻率設置在 20Hz 以下即可，設置為 10Hz，調整階數(shù)為 10 階，其余參數(shù)不用設置，則濾波的波形如圖 54所示。 第 5 章 信號濾波器 34 圖 54 IIR 低通濾波效果 由圖 54 觀察可知，濾波后的波形跟疊加前的 20Hz 信號波形一致，即濾波效果比較理想， 20Hz 被完全保留，而 100Hz 被完全濾除，達到設計要求。 圖 56 FIR 低通濾波效果 在運行的前面板中，按下滑動選擇按鈕，選用 FIR 濾波第 5 章 信號濾波器 35 器，濾波器的參數(shù)設置為如圖，拓撲結構為 Windowed FIR，抽頭數(shù) 100，最低通帶 10Hz，最高帶通 30Hz。也可以達到理想的效果，如圖 46 所示。 高通濾波功能 用高通濾波器將 20Hz 的信號濾除，保留 100Hz 的信號。仍然選用 IIR 巴特沃斯濾波器拓撲結構， 先選擇 IIR 的巴特沃斯低通濾波器，其參數(shù)有低截止頻率設置為 70，階數(shù)設置為 14階，濾波效果如圖 58。 圖 58 IIR 高通濾波器 在運行的前面板中按下滑動選擇按鈕，同理選用 FIR 進行高通濾波，其參數(shù)為最低通帶 70Hz，抽頭數(shù)調到 61。也能實現(xiàn)比較理想的濾波效果，如圖 49 所示。 第 5 章 信號濾波器 36 圖 59 FIR 高通濾波器 由此可見，該濾波器可以達到設計目的，利用 Labview實現(xiàn)的濾波器，采用圖像語言編程，框圖程序可讀性強，界面友好，操作方便，仿真結果表明， Labview設計的虛擬濾波器包括了傳統(tǒng)濾波器的功能，但比傳統(tǒng)方式節(jié)省了大梁的開發(fā)時間，開發(fā)效率很高。 本文實現(xiàn)的數(shù)字濾波器，充分發(fā)揮了 Labview軟件設計的靈活性，濾波參數(shù)調節(jié)方便，可直觀地進行頻譜分析和顯示，效果良好。 仿真結果表明該濾波器能夠有效地按照要求濾出信號中的干擾成分?？梢?， Labview為設計數(shù)字濾波器提供了一個可靠而有效的途徑。基于 Labview的數(shù)字濾波器采用并行的程序流設計，具有很強的通用性，程序響應速度快，能夠實現(xiàn)較窄的過渡帶 ， 本設計經過適當?shù)臄U展和豐富，可以廣泛用于教學、預研等領域。 致 謝 37 致 謝 本次畢業(yè)設計是在潘玉恒老師親切關懷和悉心指導下完成的，老師工作認真，犧牲了節(jié)假日甚至是中午寶貴的午休時間下堅持給我指導，給我們這一組的同學都留下了深刻的印象，也更加激勵我們必須把畢業(yè)設計做好。在我畢業(yè)設計期間，和宿舍的舍友互相探討中，我得到了很大的啟發(fā)和鼓勵，他們提出了 許多寶貴的建議，在設計遇到瓶頸之時給予我鼓勵。藉此完成之際，謹向尊敬的老師和同學致以最衷心的感謝 ! 在美麗的濱海城市天津，我四年的大學生活就要結束了，回想起美好的大學時光不禁嘴角露出會心的微笑。學校的老師、同學、設施等等都是我人生最可寶貴的資源，我用了四年時間完成了整合。要畢業(yè)了，花園般的校園、尊敬的老師、可愛的同學都給我留下了最美好的回憶。在此祝愿我的母校越辦越好，祝愿老師工作順利、身體健康，希望同學們學業(yè)、事業(yè)有成，也衷心感謝核自院的領導和老師的關懷，他們?yōu)槲覍W業(yè)的完成提供了有力的保障。 感謝論文中參考的參考文獻的作者，對于提供論文中隱含的上述提及的支持者以及研究思想和設想的支持者表示感謝。 參考文獻 38 參考文獻 [1] 劉蕓，李宗伯，劉芳 .引導學生理解信號頻譜的概念和意義 [J]. 理工高教研究 ,20xx,26（ 5） :119121. 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