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1、精品学习资源数字信号处理课程设计报告课题名称 ： 多功能滤波器系别：通信工程系同组同学姓名：张玺，齐冉，白晓指导老师 ： 罗向龙欢迎下载精品学习资源目录摘要 1绪论 2滤波器的总体设计方案2滤波器的各个模块的设计3信号发生模块 3滤波去噪模块 5频域分析模块 12多功能滤波器的仿真17参考文献 22心得体会 22摘 要目前，在电子测量和自动化掌握领域，虚拟仪器技术取得了庞大的进展；虚拟仪器是一种功能意义上的测量和掌握仪器，是具有仪器功能的软件、硬件的组合，从而实现各种传统仪器的功能；本文表达了虚拟仪器开发平台LabVIEW的特点，并给出了软件设计方案；开发了基于LabVIEW的多功能滤波器，重
2、点表达了各个功能模块的软件设计，并利用该滤波器对模拟信号进行了滤波和频谱分析，结果较为满意；在开发虚拟仪器的同时，把握了LabVIEW编程语言，对虚拟仪器的构成、实现手段和开发方法有了肯定的熟悉；该系统操作简洁，界面友好，功能多，并有很好的滤波、分析精度等优点；关键字 ：虚拟仪器 ； LabVIEW；滤波器 ；频率欢迎下载精品学习资源1 绪论LabVIEW 是一种基于“图形”方式的集成化程序开发环境，是目前国际上唯独的编译型图形化编程语言，LabVIEW 开发环境具有一系列优点，从流程图式的编程，不需要预先编译就存在语法检测和调试过程使用的数据指针，到其丰富的函数、数值、信号处理和设备驱动等功
3、能，应用 LabVIEW 进行滤波器设计，效率高，操作简洁，并能对误差精度进行实时调整，把传统仪器利用LabVIEW用软件的方法来实现，开发周期短，易于保护和升级，可以设计出传统仪器所不能比拟的虚拟仪器，“软件就是仪 器”这就是虚拟仪器技术的精髓；虚拟仪器已经为越来越多的人所使 用和接受，由于虚拟仪器系统更快速简捷和便利，也可以节约硬件资源； 通过虚拟滤波器设计，可对虚拟仪器有更深的懂得和领会，也为以后进行 更进一步的讨论供应了基础；我的设计题目是基于LabVIEW的多功能滤波器设计；我们平常所要设计的数字滤波器，阶数和类型并不肯定是完全给定的，很多时候都是要根据设计要求和滤波成效不断的调整，
4、以达到设计的最优化；在这种情形 下，滤波器的设计就要进行大量复杂的运算，单纯的靠公式运算很难在短时间内完成设计；这次利用LabVIEW 设计的滤波器就不需要再靠公式运算，只要通过在前面板通过下拉菜单进行调解就可以设计出最优化的滤波器了；明白LabVIEW 编程所需的基础学问，学习LabVIEW 的基本使用方法，复习数字信号处理的所学学问，运用LabVIEW设计一个虚拟的数字滤波器，使其能产生基本的带有噪声的模拟信号，或是能通过数据采集卡采集信号输入到微机里，并能使用户通过在前面板调剂按钮，变换参数产生想要的滤波器，来对所产生的信号或从外界输入的信号进行滤波，并能对信号进行频域分析；然后通过显示
5、面板来显示滤波前后的信号及频域分析的信号；滤波器的总体设计方案欢迎下载精品学习资源我设计的题目是基于LabVIEW的多功能滤波器设计；如图计方案的示意图；9 为总体设图 9总体设计示意图通过软件 LabVIEW设计一个虚拟的数字滤波器，使其能产生基本的带有噪声的模拟信号，或是能通过数据采集卡采集信号输入到微机里，并能 使用户通过在前面板调剂按钮，变换参数产生想要的滤波器，来对所产生 的信号或从外界输入的信号进行数字滤波，这里的滤波器可以依据用户的需要进行挑选，可以找出最适合的滤波器；我设计的滤波器包括FIR 滤波器， IIR滤波器；其中这两大类滤波器分别有一些参数可调，例如IIR滤波器滤波的窗
6、函数；进行完滤波后仍能对信号进行各种频谱分析；然后通过显示面板来显示滤波前后的信号及频谱分析的信号；滤波器的各个模块的设计我设计的滤波器的模块有信号发生模块，滤波模块，以及频谱分析模块；信号发生模块信号发生模块是信号有两种，一种是通过基本函数发生器产生基本波形，包括 正弦波、方波、三角波、锯齿波四种；然后分别叠加噪声信号， 以此来模拟现实中的信号；其中噪声的类型有匀称白噪声、高斯噪声、周期性随机噪声、泊松噪声；噪声的幅值也可以调剂；如图10 是信号发生模块流程图；欢迎下载精品学习资源图 10信号发生模块流程图其中需要留意的是采样频率的挑选，不然的话会出错，系统不能运行；依据奈圭斯特采样定理，采
7、样频率应大于或至少等于信号截止频率的2 倍，以保证数字化后的信号数据不丢失原信号的特性；但是奈圭斯特采样定理假设有一个抱负的低通滤波器来复原信号，并且被采样的信号的频带范畴有限，这些条件在实际使用中是很难实现的，所以它只在理论上成立；对同一信号以不同的采样率采集得到的结果是不同的，明显采样频率越高，采集信号越接近真实信号，但是高采样频率意味着对储备空间和内存的更高要求，工程上用到的采样频率经常是信号最高频率的 5 10 倍；如图 11 所示为信号发生模块流程图对应的前面板；欢迎下载精品学习资源图 11输入信号参数选板滤波去噪模块欢迎下载精品学习资源图 12滤波去噪模块流程图欢迎下载精品学习资源
8、图 13滤波参数选板滤波去噪模块的流程图如图12 所示，信号的滤波去噪就是通过这个模块来实现的；图13 为滤波参数选板，第一个布尔控件是来挑选是否要进行滤波，当指示灯亮时就进行滤波了；布尔控件下面的叫做菜单下拉列表，是用来挑选滤波器的类型的；再往下的两个框分别是IIR滤波器规欢迎下载精品学习资源范， FIR 滤波器规范，通过调剂文本下拉列表可以搭配出最好的滤波器；频域分析模块在频域，每个数字信号都有典型的特点；比如正弦波仅含有单一频率，而白噪声包含全部频率重量；信号的平稳变化源于它的低频重量，陡峭边缘和急剧变化就源于它的高频重量；信号的频谱具体描述了信号所包含的频率重量；信号的频谱有两部分，即
9、幅度频谱和相位频谱；幅度频谱与每一频率重量的大小或幅度有关，相位频谱反映了不同频率重量之间的相位关系；信号的频域描述是以频率为横坐标变量来描述幅值，相位的变化规律的；信号的频域分析或者说是频率分析，是讨论信号的频率结构， 即求取重量的幅值，相位按频率的分布规律，并建立以频率为横轴的各种谱；信号的频域分析在信号处理领域中占有相当重要的位置；将信号变换到频域中以后，很多包含其中的有用信息就会凸显出来，知道信号的频率成分和幅度有时比仅知道某个时间采样的幅度更有意义；图 18频域分析模块流程图欢迎下载精品学习资源图 19频域分析模块前面板如图 18 所示，为信号的频域分析模块流程图，这里的是输出信号的
10、频域分析，输入的和输出的频域分析模块是一样的；这里的分析有三种， 分别是：信号的功率谱分析，信号的自功率谱分析，快速傅立叶变换频 谱；如图 19 所示为信号的频域分析模块的前面板；通过菜单下拉列表可以挑选以上三种频域分析方法，通过文本下拉列表可以挑选加不同的窗函数；欢迎下载精品学习资源窗函数的主要作用是对截断处的不连续变化信号进行平滑处理，以此来减少频谱泄漏；图 20实数 FFT VI 的流程图信号的功率谱分析反映了信号在频率上的能量分布，突出信号频谱的主频率；这就是本次设计所涉及到的三个模块的具体介绍；把它们用线连接起来就是我所设计的多功能滤波器了；最终整个程序流程图如下欢迎下载精品学习资源
11、欢迎下载精品学习资源录 2；10 / 18欢迎下载精品学习资源多功能滤波器的仿真本设计是对模拟信号来进行滤波仿真的，主要是为了验证该程序设计的是否正确以及对各种滤波器的去噪成效进行比较；现在我们输入一个模拟含有匀称白噪声的正弦信号，信号的频率为“ 5”，幅值为“10” ，匀称白噪声的幅值为“2”；信号的采样频率为“ 1000 ”，采样数为“波形如图 22 所示；1000”；如图21 为输入信号参数选板；输入信号图 21滤波器参数设定欢迎下载精品学习资源图 22输入信号波形显示下面我们采纳不同的低通滤波器对该信号进行滤波去噪，看一下滤波成效如何；一是采纳 FIR 滤波器，它的参数设定如图21 的
12、 FIR 滤波器规范所示 , 拓 扑 结 构 是 “ windowedFIR ” ， 类 型 是 “ lowpass ” ， 最 低 通 带 是“ 12”，滤波成效如图23 所示；欢迎下载精品学习资源图 23 FIR滤波器的滤波成效图二是采纳 IIR 滤波器，它的参数设定如图 21 所示，拓扑结构“ Butterworth ” , 类型是“ lowpass ” , 阶数是“ 7 阶”，低截止频率是“ 8”，通带波纹为“ 1”，滤波成效如图 24 所示；欢迎下载精品学习资源图 24 IIR滤波器的滤波成效图通过图 22、图 23、图 24 进行比较，可以看出： FIR 滤波器， IIR滤波器都可
13、以达到很好的去噪成效；并且相比较而言，IIR滤波器的滤波相对来说要好一些；而且证明该设计正确；前面板如下图欢迎下载精品学习资源图 26频谱仿真参考文献1 杨乐平，李海涛LabVIEW程序设计与应用电子工业出版社, 2005 2 周求湛，等虚拟仪器与LabVIEW7 Express 程序设计北京航空航天高校出版社 , 2004 心得体会在这次设计中，我们充分运用课堂中学习到的学问，虽然是第一次接触 labview ，但是通过这次的设计，让我们在设计的过程中对LabVIEW 软件明白与娴熟；由于学问把握所限，与传统的示波器相比有些功能无法设计与实现，设计出来的虚拟示波器只可以实现示波器的一部分功能；通过这次设计，我更加明白理论与实际的差距，我们应当多动手，多摸索，提高自己的实践动手才能；欢迎下载精品学习资源欢迎下载