【導(dǎo)讀】寫過的研究成果，沒有偽造數(shù)據(jù)的行為。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用論文的規(guī)定。并向有關(guān)管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本論文。信號的時(shí)域和頻域之間存在著密不可分的關(guān)系，通常用。數(shù)學(xué)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(shí)域與頻域建立起一個(gè)形象直觀的印象。首先是對原始信號進(jìn)行時(shí)域波形顯示,頻域頻譜顯示。再對濾波后的信號進(jìn)行相關(guān)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(gòu)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(shè)計(jì)思路....

　　

【正文】 數(shù)，因此需要用更多的參數(shù)來描述實(shí)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(zhì)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(shè)置參數(shù)即可方便地用來進(jìn)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(yùn)算關(guān)系改變輸入信號所含頻率成分的相對比例或?yàn)V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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 有限沖擊響應(yīng)（ FIR）和無限沖擊響應(yīng)（ IIR）濾波器的聯(lián)系與區(qū)別 跟 據(jù)沖激響應(yīng)，可將濾波器分為有限沖激響應(yīng)（ FIR）和無 限 沖激響應(yīng)（ IIR）濾波器。 如果濾波器的沖激響應(yīng)在一定時(shí)間之后衰減為 0，那么這個(gè)濾波器被稱為有限沖激響應(yīng)（ FIR）濾波器。但是，如果沖激響應(yīng)一直保持，那么這個(gè)濾波器被稱為無限沖激響應(yīng)濾波器（ IIR）。沖激響應(yīng)是否有限（即濾波器是 IIR 還是 FIR）取決于濾波器的輸出的計(jì)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(dāng)前和以前的輸入值，而對于 FIR 濾波器，輸出不僅取決于當(dāng)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(diǎn)是它的相位響應(yīng)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(yīng)的情況，應(yīng)當(dāng)使用 FIR 濾波器。但是， IIR 濾波器的遞歸性增大了它的設(shè)計(jì)與執(zhí)行的難度。 因?yàn)闉V波器的初始狀態(tài)是 0（負(fù)指數(shù)是 0），所以在到達(dá)穩(wěn)態(tài)之前會出現(xiàn)與濾波器階數(shù)相對應(yīng)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(shí)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(shí)現(xiàn)線性相位、允許設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)，用途也不盡相同。 （ 1） Butterworth 在所有頻率上提供平滑的響應(yīng)，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(diào)衰減，過渡迅速。 （ 3） Inverse Chebyshav 也稱 ChebyshevⅡ 型濾波器，與 Chebyshev 類似，不同時(shí)=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(yīng)用較為廣泛。 （ 5） Bessel 具有最為平坦的幅度和相位響應(yīng)。在通帶中貝塞爾濾波器的相位響應(yīng)近似于線性，必須通過提高階數(shù)來減小誤差，因此應(yīng)用不太廣泛。 Labview提供的 FIR濾波器有基于乘窗設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)部分和執(zhí)行部分是分開的。由于濾波器的設(shè)計(jì)很費(fèi)時(shí)間，而濾波過稱則很快。在含有循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序中，可以將濾波器的設(shè)計(jì)放在循環(huán)外，將設(shè)計(jì)好的濾波器參數(shù)傳遞到循環(huán)內(nèi)，在循環(huán)內(nèi)進(jìn)行濾波，從而提高程序運(yùn)行效率。 在 Labview 中設(shè)計(jì)濾波器 利用 Labview 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字濾波器，可以實(shí)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(diào)。進(jìn)行了濾波器的設(shè)計(jì)。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(gè)信號相加，用到了一個(gè)數(shù)學(xué)公式。然后信號進(jìn)入到一個(gè)選擇結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)中有兩路分支，每路分支均有一個(gè)濾波模塊，其中一個(gè)為 IIR 濾波器，另一個(gè)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(jìn)行調(diào)整，各個(gè)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(biāo)上單擊右鍵選擇快捷菜單中“屬性”項(xiàng)時(shí)，可對 VI進(jìn)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(diào)理】下。 圖中可看出，整個(gè)程序處于一個(gè)大循環(huán)中，這樣在各時(shí)刻，當(dāng)調(diào)整參數(shù)時(shí)，程序也會即時(shí)更新，按停止按鈕時(shí)，濾波器停止工作。 如圖 53所示為濾波器的前面板，四個(gè)波形顯示器分別顯示不同時(shí)刻的波形，而 IIR和 FIR 的濾波參數(shù)調(diào)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(yīng)的濾波器 參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)置選擇對不同頻率的信號進(jìn)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(shè)計(jì)可對任意頻率的信號進(jìn)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(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)即可，經(jīng)過驗(yàn)證，該濾波器可以達(dá)到理想濾波效果。 調(diào)試過程及結(jié)果 現(xiàn)對已設(shè)計(jì)的濾波器的功能進(jìn)行驗(yàn)證，看看其是否能完成相應(yīng)的濾波功能。 現(xiàn)將一路 20Hz的正弦波和一路 100Hz的正弦波進(jìn)行疊加，然后濾除其中一路，并對低通和高通進(jìn)行舉例驗(yàn)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?yàn)橐Ａ?20Hz 的信號，故高截止頻率要設(shè)置在 20Hz 以上，設(shè)置為 30Hz，底截止頻率設(shè)置在 20Hz 以下即可，設(shè)置為 10Hz，調(diào)整階數(shù)為 10 階，其余參數(shù)不用設(shè)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(dá)到設(shè)計(jì)要求。 圖 56 FIR 低通濾波效果 在運(yùn)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(shè)置為如圖，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為 Windowed FIR，抽頭數(shù) 100，最低通帶 10Hz，最高帶通 30Hz。也可以達(dá)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 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(shè)置為 70，階數(shù)設(shè)置為 14階，濾波效果如圖 58。 圖 58 IIR 高通濾波器 在運(yùn)行的前面板中按下滑動選擇按鈕，同理選用 FIR 進(jìn)行高通濾波，其參數(shù)為最低通帶 70Hz，抽頭數(shù)調(diào)到 61。也能實(shí)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(dá)到設(shè)計(jì)目的，利用 Labview實(shí)現(xiàn)的濾波器，采用圖像語言編程，框圖程序可讀性強(qiáng)，界面友好，操作方便，仿真結(jié)果表明， Labview設(shè)計(jì)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(shí)間，開發(fā)效率很高。 本文實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器，充分發(fā)揮了 Labview軟件設(shè)計(jì)的靈活性，濾波參數(shù)調(diào)節(jié)方便，可直觀地進(jìn)行頻譜分析和顯示，效果良好。 仿真結(jié)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。可見， Labview為設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器提供了一個(gè)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(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的通用性，程序響應(yīng)速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)較窄的過渡帶 ， 本設(shè)計(jì)經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展和豐富，可以廣泛用于教學(xué)、預(yù)研等領(lǐng)域。 致 謝 37 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在潘玉恒老師親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，老師工作認(rèn)真，犧牲了節(jié)假日甚至是中午寶貴的午休時(shí)間下堅(jiān)持給我指導(dǎo)，給我們這一組的同學(xué)都留下了深刻的印象，也更加激勵我們必須把畢業(yè)設(shè)計(jì)做好。在我畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)遇到瓶頸之時(shí)給予我鼓勵。藉此完成之際，謹(jǐn)向尊敬的老師和同學(xué)致以最衷心的感謝 ! 在美麗的濱海城市天津，我四年的大學(xué)生活就要結(jié)束了，回想起美好的大學(xué)時(shí)光不禁嘴角露出會心的微笑。學(xué)校的老師、同學(xué)、設(shè)施等等都是我人生最可寶貴的資源，我用了四年時(shí)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(xué)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(xué)們學(xué)業(yè)、事業(yè)有成，也衷心感謝核自院的領(lǐng)導(dǎo)和老師的關(guān)懷，他們?yōu)槲覍W(xué)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(xiàn)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(shè)想的支持者表示感謝。 參考文獻(xiàn) 38 參考文獻(xiàn) [1] 劉蕓，李宗伯，劉芳 .引導(dǎo)學(xué)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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