毕业设计（论文）-基于Labview的FIR数字滤波器的设计.doc

1、摘 要数字滤波器分为无限脉冲响应数字滤波器(IIR)和有限脉冲响应数字滤波器(FIR)，FIR数字滤波器在语音、图像、数字通信系统和计算机领域信号处理中有着广泛的应用。论文主要研究在Labview环境中实现FIR数字滤波器的设计。论文重点描述了FIR数字滤波器的原理、方法、设计过程及窗函数法、频率取样法、切比雪夫逼近法等几种常用的设计方法。分别采用窗函数法、频率取样法、切比雪夫逼近法设计FIR数字滤波器，通过对几种设计方法的比较，得出了各自的优缺点。最后对在窗函数法下设计的FIR数字滤波器进行了仿真，得出了正确的仿真图形。 通过对实验的分析，说明论文在几种方法下有效地实现了FIR数字滤波器的设计，所设计的FIR数字滤波器能有效地对含噪信号进行滤波处理。关键词：FIR数字滤波器；Labview；窗函数法；频率采样法；等波纹切比雪夫逼近法AbstractDigital filter are divided into infinity impulse response digital filter (IIR) and finite impulse response digital filte

2、r (FIR), FIR digital filters in phonetics, image, digital communication system and in the field of computer signal processing in a wide range of applications. Thesis mainly realize Labview environment in the design of FIR digital filters. The paper describes the principle of FIR digital filters, methods, design process and window function method, frequency sampling method, chebyshev approximation method of several common design method. The author window function method were used in several diffe

3、rent window function including rectangular window, han ning window, Kaiser window, Blake mann window and frequency sampling method, chebyshev approximation method realizes the FIR digital filters and the conclusion that various methods of FIR digital filters the frequency response of graph, through the comparison of several design method, it is concluded that the respective advantages and disadvantages. Finally in window function method to design of FIR digital filters under simulated, obtained

4、the correct the simulation. Through the analysis of experiment in that paper, several methods efficiently implemented under the design of FIR digital filters, the design of FIR digital filters can effectively to signal with noise filtering processing. Keywords: FIR digital filters; Labview; window function method; frequency sampling method ; corrugated chebyshev approximation method I目 录第1章 绪 论11.1研究意义11.2 研究现状及内容11.3 本文章节安排2第2章 虚拟仪器介绍32.1虚拟仪器的介绍及发展现状32.2 Labview简介42.3使用 LabVIEW程序设计滤波器的优点42.4 小结

5、4第3章 数字滤波器原理53.1 数字滤波器的概念53.2数字滤波器的定义和分类53.3 数字滤波器的设计方法63.4 FIR数字滤波器的设计原理63.5窗函数法73.6 频率采样法83.7等波纹切比雪夫逼近法83.8小结10第4章 基于LabVIEW的数字滤波器的设计114.1前言114.2双通信号源的设计114.3数字滤波器的设计174.4程序测试224.5小结与心得体会26第5章 总结27参考文献28致 谢29长江师范学院本科毕业设计基于L abview的FIR数字滤波器的设计1 绪论1.1研究意义目前，数字滤波器广泛应用于各种数字信号处理系统中如在通信、图像编码、语音编码、雷达等众多领域中有着广泛的应用。在传统的教学方法中关于数字滤波器设计内容的讲授比较注重理论，因其公式繁多而变得较为抽象，枯燥，不宜理解；数字滤波器设计是教学中的主要内容之一，同时也是教学中的一个难点。为了更好的增加我们的感性认识，本文利用LabVIEW软件开发平台设计一种集各种数字滤波器为一体的数字滤波器系统1。利用LabVIEW可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真，这都是由于G语言编程具有诸多优点，因此

6、基于LabVIEW设计的数字滤波器具有高效、灵活、界面友好、集成性强、费用低、用户自定义功能强等诸多优点2。本课题的主要目的意义是运用虚拟仪器对FIR数字滤波器的设计，掌握FIR数字滤波器的设计方法，并通过应用数字滤波器处理模拟信号时，对输入模拟信号进行限带，抽样和数模转换，分析滤波器结构和参数对滤波器性能指标的影响，最终在LabVIEW开发平台上完成对FIR数字滤波器的仿真。1.2 研究现状及内容自从1917年出现LC滤波器以来，滤波器的发展从来没有停止过。尤其是近年来，伴随着虚拟仪器技术的发展，出现了很多关于基于虚拟技术的滤波器设计。目前，虚拟仪器软件开发环境大致可以其分为两类：一类是文本式语言如Matlab、visual C+等；另一类是图形化编程语言，具有代表性的是LabVIEW，所以虚拟数字滤波器便有使用各种语言编写的版本，如Matlab编写的虚拟数字滤波器，其编写程序对编程开发人员的编程能力要求很高，而且工作量较大、开发周期较长，且编程基础的人难对其修改3。然而LabVIEW使用的G语言，是非常实用的开发软件3。现在也有很多基于LabVIEW的数字滤波器设计，但其滤波器类型

7、一般比较单一，功能不够完善。如一般并没有把有限冲击响应（FIR）滤波器和无限冲击响应（IIR）滤波器放在同一个面板上供用户选择使用，还有的只能模拟系统内部信号进行仿真，并没有采集实时信号进行仿真实验。而具有数据采用功能的设计大部分采用数据采集卡采集数据。由于采集卡其价格比较高，并不利于推广使用4。本课题是基于LabVIEW的数字滤波器设计，通过研究分析现有虚拟数字滤波器，依据数字滤波器工作原理和应用特点，本课题提出一种虚拟数字滤波器系统的设计方案。该系统主要是基于声卡对外部数据的采集，设计多功能数字滤波器对含有噪声的正弦波、方波、三角波进行滤波处理得到较好的波形，并且可以在前面板选择各种滤波器，如选择IIR、FIR并设置滤波类型，选用IIR时可以选择最佳逼近类型，选用FIR时可以选择不同的窗函数。1.3 本文章节安排第1章 绪论部分。介绍本文的研究意义、研究现状和研究内容，概述了当前国内外基于labview的FIR滤波器设计的研究现状。第2章 虚拟仪器简介第3章 FIR滤波器基本理论.主要介绍滤波器的设计方法。第4章 FIR滤波器的仿真。第5章 全文总结。2 虚拟仪器介绍2.1虚拟仪器

8、的介绍及发展现状所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可集成于自动控制、工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。它由计算机、应用软件和仪器硬件组成。无论哪种虚拟仪器系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑、台式PC或工作站等各种计算机平台(甚至可以是掌上电脑)加上应用软件而构成的。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器。由于计算机性能以摩尔定律(每半年提高一倍)飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面。并给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的硬件软件化的发展趋势，因而常被称作软件仪器。它功

9、能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据；它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训即可迅速掌握操作规程；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统5。在仪器计量系统方面，示波器、频谱仪、信号发生器、逻辑分析仪、电压电流表是科研机关、企业研发实验室、大专院校所必备的测量设备。随着计算机技术在测绘系统的广泛应用，传统的仪器设备缺乏相应的计算机接口，因而配合数据采集及数据处理十分困难。而且，传统仪器体积相对庞大，多种数据测量时常常感到捉襟见肘，手足无措。我们常见到硬件工程师的工作台上堆砌着纷乱的仪器，交错的线缆和繁多待测器件。然而在集成的虚拟测量系统中，我们见到的是整洁的桌面，条理的操作，不但使测量人员从繁复的仪器堆中解放出来，而且还可实现自动测量、自动记录、自动数据处理。其方便之极固不必多言，而设备成本的大幅降低却不可不提。一套完整的实验测量设备少则几万元，多则几十万元。在同等的性能条件下，相应的虚拟仪器价格要低二分之一甚至更多。虚拟仪器强大的功能和价格优势，使得它在仪器计量领域具有很强的生命力和十分广阔的前景。2.2 LabVIEW简介LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。Lab

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