【正文】 如圖 XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 30 然后利用條件結(jié)構(gòu)進(jìn)行多個(gè)濾波器的選擇。在后續(xù)處理時(shí)應(yīng)該忽略這一段開(kāi)始的濾波結(jié) 果。 4）濾波器的階數(shù)：濾波器階數(shù)越高，其，幅頻特性曲線過(guò)渡帶衰減越快。 3）采樣頻率設(shè)定：一般軟件中數(shù)字濾波器模板中的頻率都是歸一化的頻率，歸一化的頻率通過(guò)采樣頻率這一參數(shù)和實(shí)際頻率對(duì)應(yīng)起來(lái)。 1)濾波器類型選擇：首先要選擇濾波器的通過(guò)頻帶類型，即在低通，高通，帶通或帶阻濾波器中選擇一個(gè)類型：其次要選擇有限沖擊響應(yīng)濾波器，因?yàn)檫@兩者涉及到完全不同的設(shè)計(jì)模板和 參數(shù) 。下面我們來(lái)了解 LabVIEW 中的濾波器VI。理想濾波器是一個(gè)理想化的模型。濾波器分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器，分別處理模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 圖 濾波器及 labVIEW 實(shí)現(xiàn) 濾波器是一種選頻裝置，可 以使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分。它可以在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí)，保證精確、嚴(yán)格的線性相位。窗函數(shù)法僅僅可以給出窗函數(shù)的計(jì)算公式，但計(jì)算通、阻帶衰減仍無(wú)顯式表達(dá)式、其他大多數(shù)設(shè)計(jì) FIR 濾波器的方法都需要借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 FIR 濾波器可以用非遞歸方法實(shí)現(xiàn)，有限精度的計(jì)算不會(huì)產(chǎn)生振蕩。 (2) 用一個(gè)因果、穩(wěn)定的離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)去逼近這一性能指標(biāo)。并且在數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和濾波效果不斷地調(diào)整，以達(dá)到設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。對(duì)式 (4)進(jìn)行反 z變換，可得： (315) 式 (314)為 FIR 數(shù)字濾波器的時(shí)域表示方法，其中 (n)是在時(shí)間 n的濾波器的輸入抽樣值。為了產(chǎn)生有限長(zhǎng)度的沖激響應(yīng)函數(shù)，我們?nèi)禹憫?yīng)h(n)，長(zhǎng)度為 Ⅳ ，其系數(shù)函 數(shù) 為 H(z)： (313) 用 h(n)表示截取 h (n)后 沖激響應(yīng) ，即 h(n)=h (n)W(n)，式子中 W(n)為窗函數(shù)，長(zhǎng)度為 N。 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。 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。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 則此時(shí)帶通濾波器的通帶范圍為 1～ 4kHz， 20～ 23kHz， 25～ 28kHz，??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(guò)該濾波器。 按頻域特點(diǎn)分 分為低通濾波器（ LP DF）、高通濾波器 (HP DF)、帶通濾波器（ BP DF）和帶阻濾 波器（ BS DF）四種。即將某些輸出量反饋到原輸入點(diǎn)與原輸入量相加。發(fā)展到數(shù)字濾波器后，工程上仍沿用這個(gè)名稱，與單位抽樣響應(yīng)和單位脈沖響應(yīng)的說(shuō)法通用。 傳感器 傳感器部分是跟外界溝通的門戶，負(fù)責(zé)把外界的各種物理信息，如光、壓XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 21 力、溫度、聲音等 物理信號(hào) 變成電信號(hào)。 下列情況使用軟件觸發(fā) ： 用戶需要對(duì)所有采集操作有明確的控制，并且事件定時(shí)不需要非常準(zhǔn)確。硬件觸發(fā)可進(jìn)一步分為外部觸發(fā)和內(nèi)部觸發(fā)。 2） 觸發(fā) (Triggering) 觸發(fā)涉及初始化、終止或同步采集事件的任何方法。 ② 需要連續(xù)采集或產(chǎn)生 AC 數(shù)據(jù) (10 樣本 /秒 )，并且要同時(shí)分析或顯示某些數(shù)據(jù)。需要注意的是 Buffer 與采集操作的速度及容量有關(guān)。在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)?duì)采集板卡初始化，板卡上和內(nèi)存中的 Buffer 是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。出現(xiàn)的混頻偏差是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對(duì)值。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制索引，而不含有任何關(guān)于采樣率 (或△ t)的信息。所有 x(0)， x(△ t)，x(2△ t)都是采樣值。 假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào) x(t)每隔△ t 時(shí)間采樣一次。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。 ③ 便于實(shí)現(xiàn)“測(cè)試集成”和虛擬儀器庫(kù)的思想。設(shè)計(jì)者可把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng) ， 每一個(gè)都可完成一定的功能。這為程序的調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定帶來(lái)諸多的方便。在許多情況下，使用 VI 可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)儀器 ， 不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)儀器 相差無(wú)幾 。 2） 流程圖 ： 流程圖提供 VI 的圖形化源程序。像許多通用的軟件一樣， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、Macintosh OS 等 多種版本 [12]。 目前，在以 PC 機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)試和工控軟件中， LabVIEW 的市場(chǎng)普及率僅次于 C++/C語(yǔ)言。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/PI、 ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)，是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件 。 LabWindows/CVI 是為熟悉 C 語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員準(zhǔn)備的，是在Windows 環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn) ANSIC 開(kāi)發(fā)環(huán)境。除了要花大量時(shí)間進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)外，還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和底層控制程XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 14 序。這些軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供了強(qiáng)大的儀器軟面板設(shè)計(jì)工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件的驅(qū)動(dòng)程序模塊，簡(jiǎn)化了虛擬儀器的設(shè)計(jì) 工作 。 RS232 總線是早期采用的通用串行總線，將帶有 RS232 標(biāo)準(zhǔn) 總線接口的儀器作為 I/O 接口設(shè)備，通過(guò) RS232 串口總線與計(jì)算機(jī)組成虛擬儀器系統(tǒng)目前仍然是虛擬儀器構(gòu)成方式之一，主要適用于速度較低的測(cè)試系統(tǒng)。 PXI 增加了用于多 個(gè) 板 卡 同步的觸發(fā)總線和10MHz 參考時(shí)鐘 、 用于精確定時(shí)的星形觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等，來(lái)滿足實(shí)驗(yàn)和測(cè)量用戶的要求。儀器專用總線在吸收 IEEE488 的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上 ， 增加了 10MHz時(shí)鐘線 ， 模擬和數(shù)字混合總線 ， 星形總線等高速總線 ， 定時(shí)關(guān)系嚴(yán)格 ， 兼有計(jì)算機(jī)總線和儀器總線的優(yōu)點(diǎn)。每臺(tái) GPIB 儀器有單獨(dú)的地址，由計(jì)算機(jī)控制操作。 對(duì)我國(guó)大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)，它具有很高的性能價(jià)格比，是一種特別適合我國(guó)國(guó)情的虛擬儀器方案。在性能上，隨著 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)，濾波技術(shù)和信號(hào)調(diào)理技術(shù)的發(fā)展 ， DAQ 卡的采樣速率已達(dá)1GB/s，精度高達(dá) 24 位，通道數(shù)高達(dá) 64 個(gè)，并具有數(shù)字 I/O， 模擬 I/O和計(jì)數(shù)器PCDAQ GPIB儀器 串口儀器 VXI 模塊 PXI 模塊 被測(cè)信號(hào) 計(jì)算機(jī) XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 12 /定時(shí)器等通道?？筛鶕?jù)實(shí)際情況采用不同的 I/O 接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡 /板 (DAQ)、 GPIB 總線儀器、 VXI 總線儀器、串口儀器 、 USB 等 。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計(jì)日趨模塊化 、 標(biāo)準(zhǔn)化 ， 設(shè)計(jì)工作量大大減小 。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式 [9]。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。 表 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器 開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用低 開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用高 技術(shù)更新周期短（ ～ 1 年） 技術(shù)更新周期短（ 5～ 10 年） 軟件是關(guān)鍵 硬件是關(guān)鍵 價(jià)格低 價(jià)格昂貴 開(kāi)放、靈活與計(jì)算機(jī)同步，可重復(fù)用和重配 固定 XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 10 置 可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊各儀器 只可連有限的設(shè)備 自動(dòng)化、智能化、多功能、遠(yuǎn)距離傳輸 功能單一，操作不便 近年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，己經(jīng)形成了網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器。 5） 虛擬儀器開(kāi)放、靈活，與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。同時(shí)，虛擬儀器的面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受標(biāo)準(zhǔn)元件和加工工藝的限制，由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)用戶的要求和 操作需要來(lái)設(shè)計(jì)儀器面板。 操作系統(tǒng) 虛擬儀器軟件面板 虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) 底層驅(qū)動(dòng)程序 硬件模塊 虛擬儀器開(kāi)發(fā)者 虛擬儀器開(kāi)發(fā)者 XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 9 1） 傳統(tǒng)儀器的面板只有一個(gè)，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。 它功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號(hào)發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測(cè)特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、汽油標(biāo)號(hào)、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù)；它操作靈活，完全圖形化界面，風(fēng)格簡(jiǎn)約，符合傳統(tǒng)設(shè)備的使用習(xí)慣，用戶不經(jīng)培訓(xùn)即可迅速掌握操作規(guī)程。由于 VI 的模塊化、開(kāi)放性和靈活性，以及軟件是關(guān)鍵的特點(diǎn)，當(dāng)用戶的測(cè)試要求變化時(shí)可以XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 8 方便地由用戶自己來(lái)增減硬、軟件模塊，或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測(cè)試要求。 虛擬儀器的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) 虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的功能化硬件模塊和計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成的電子測(cè)試儀器，而軟件是虛擬儀器的核心 ， 如圖 所示 ， 其中軟件的基礎(chǔ)部分是設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件，而這些標(biāo)準(zhǔn)的儀器驅(qū)動(dòng)軟件使得系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與儀器的硬件變化無(wú)關(guān)。虛擬儀器是智能儀器之后的新一代測(cè)量?jī)x器。 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器是把采集來(lái)的信號(hào)，進(jìn)行濾波，保存打印。 基于虛擬儀器技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的提出在一定程度上解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集所面臨的問(wèn)題，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為 當(dāng)今數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。隨著虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及硬件的發(fā)展，基于虛擬儀器的儀器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期更短，費(fèi)用更低，測(cè)量速度、準(zhǔn)確度及可復(fù)用性提高，且更便于相應(yīng)儀器系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展 [3]。制定 PXI規(guī)范的目的是為了將 PC 的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)和 PCI總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴(kuò)展結(jié)合起來(lái)，以期形成 一種主流的虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)。 雖然許多廠家通過(guò)定義新的儀器總線，不斷對(duì)卡式儀器進(jìn)行改進(jìn)，但其大多是在微 機(jī)內(nèi)總線的插槽上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，且各廠家生產(chǎn)的插卡尺寸大小不一，設(shè)備兼容性較差。伯克提出了微機(jī)化儀器的概念，也就是人們現(xiàn)在常提到的卡式儀器。 但是在數(shù)字化儀器、智能儀器階段基本上沒(méi)有擺脫傳統(tǒng)儀器那種獨(dú)立使用、手動(dòng)操作的模式，難以勝任更復(fù)雜、多任務(wù)的測(cè)量需求。伴隨微電子技術(shù)、計(jì)算模擬儀 器 電子儀 器 數(shù)字儀器 智能儀 器 虛擬儀 器 19 世紀(jì) 五十年 代 20 世紀(jì) 70 年代 九十年代 XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 4 機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展及在電工電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，測(cè)量?jī)x器也不斷進(jìn)步和發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀器。模擬儀器主要有模擬式電壓表 、電流表等 ， 這些儀表解決了當(dāng)時(shí)對(duì)某些量的測(cè)量的需求。 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 虛擬儀器是微電子、通信、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的初步發(fā)展階段。主要可分為以下幾個(gè)階段。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在我國(guó)國(guó)防、通信、航天、航空、氣象、環(huán)境監(jiān)測(cè)、制造等領(lǐng)域，要求測(cè)控和 處理的信息量越來(lái)越大、速度越來(lái)越快。因此，這種“監(jiān)控軟件－數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”構(gòu)架的測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并形成了一套完整的理論 [1]。 20世紀(jì) 70 年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)、微電子等技術(shù)迅猛發(fā)展，在其推動(dòng)下，測(cè)控儀器與技術(shù)不斷進(jìn)步，相繼誕生了智能儀器、 PC 儀器、 VXI 儀器、虛擬儀器及互換性虛擬儀器等微機(jī)化儀器及其自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化儀器設(shè)備間的界限日漸模糊，測(cè)控領(lǐng)域和范圍不斷拓寬 [1]。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)字信號(hào)處理；數(shù)字濾波器；虛擬儀器； LabVIEW XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 II Design of FIR Filter Based on LabVIEW Abstract Nowadays we are in the digital time, the technology of digital signal process are paid extensive attention by people. With the development of technology of puter and microelectronics, the theory and arithmetic of digital signal process develop quickly, in some areas such as digital filters which extensively used in audio and video process, digital munications, frequency analysis, autocontrol and so on. Digital filter is one of the most important part of digital signal process, which almost appeared in all digital signal process system. Designing a digital filter could help us u