编号
毕业论文
学生姓名 | |
水溶性抗氧化剂学 号 | |
| 销钉 金纳米颗粒系 部 | 信息工程系 |
专 业 | 传送侦测信息工程 |
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指导教师 | |
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二〇一〇年六月
基于LabVIEW的FIR数字滤波器的设计
摘 要
当前我们正处于数字化时代，数字信号处理技术受到了人们的广泛关注，其理论及算法随着计算机技术和微电子技术的进步得到了飞速的发展，被广泛应用于语音图象处理、数字通信、谱分析、模式识别、自动控制等领域。数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，几乎出现在所有的数字信号处理系统中。设计一个数字滤波器可以有助于我们更好的了解数字信号处理。 本设计所采用的软件是美国NI公司推出的LabVIEW，LabVIEW是一种基于图形化编程语言的开发环境，具有十分强大的数据库。它为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境，是目前应用最广泛的虚拟仪器开发平台软件之一。所以，本文选取LabVIEW作为设计数字滤波器的软件。
数字滤波器是指有完成信号滤波处理的功能，用有限精度算法实现的离散时间线性非时变系统，其输入是一组(由模拟信号取样和量化的)数字量，其输出是经过变换的另一组数字量。相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性。另外其精度较高，容易集成等，这些特点决定了数字滤波器的应用越来越广泛。
关键词：数字信号处理；数字滤波器；虚拟仪器；LabVIEW
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 computer 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, digit
al communications, 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 understand digital signal process more clearly.
The software used in this paper is LabVIEW. LabVIEW is a kind of software based on graphic language, it has a very strong database. It provides a convenient and relaxed designing environment for the VI designer. It is one of the most widely used software. So this paper chooses LabVIEW as designing software.
Digital filter is a discrete LIT system which can accomplish the signal filter using finite precision arithmetic, with a group of digital signal input (which are sampled and measured through analog signals) and another group of changed digital signal output. Digital filter is one of the important contents of digital signal process. Compared with analog filter, the digital filter hasn’t excursion, is able to process low frequency signal, the characteristic of frequency response is close to ideal value, with high precision, and easy to integrated. Digital filter will be more useful in the further..
Key Words：Digital Signal Process; Digital Filter; Virtual Instrument; LabVIEW
摘 要 ⅰ
Abstract ⅱ
引 言 1
第一章 绪 论 2
1.1 课题研究背景 2
1.2 课题研究意义 3
1.3 本论文结构 4
第二章 虚拟仪器介绍 6
2.1 虚拟仪器 6
2.2 LabVIEW简介 6
2.2.1 LabVIEW概述 7
2.2.2 LabVIEW开发环境 7
2.2.3 LabVIEW程序设计 8
2.2.4 LabVIEW程序结构 8
2.2.5 LabVIEW程序运算形式 9室内wifi定位
2.3 发展现状 10
第三章 数字滤波器原理 12
3.1 数字滤波器概述 12
3.2 数字滤波器的定义和分类 14
3.3 数字滤波器的主要技术指标 14
3.3.1 特征频率 14
3.3.2 增益与衰耗 15
3.3.3 阻尼系数与品质因数 15
3.3.4 灵敏度 15
3.3.5 时延函数 16
3.4 数字滤波器实现方法 16
3.5 FIR数字滤波器结构 19
3.6 总结FIR滤波器的优势 21
第四章 软件实现 22
前 言 22
4.1 数字滤波器设计步骤 23
4.2 程序的流程图 24
4.3 程序的结构图 25
4.4 FIR滤波模块处理 25
4.4.1 波形生成 25
4.4.2 数字FIR滤波器 26
4.5 程序的总框图 27
4.6 程序的调试结果 28
第五章 总结与展望 30
参考文献 32
致谢 33
附录 34
引 言
本论文是基于虚拟仪器的FIR数字滤波设计，应用了labview平台，为整个设计提供了便利。通过Labview完成以往复杂硬件处理的工作，这也是就所谓的虚拟仪器。此技术作为新型的构造仪器技术，它可以部分实现甚至全部实现物理仪器功能。比传统仪器对测试量的处理和计算可更复杂且处理速度更快，测试结果的表达方式更加丰富多样，可以方便地存储和交换测试数据，价格低，技术更新快。它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求。
数字滤波器是数字信号分析中的重要组成部分，它实现对信号的滤波、提取、增强信号的有用分量、削弱无用的分量。经典滤波器的特点是输入信号中的有用的频率成分和希望滤除的频率成分各占有不同的频带，通过一个合适的选频滤波器达到滤波目的。但如果信号和干扰的频率相重叠，那么经典滤波器将无能为力，这时需要采用现代滤波器，如维纳滤波器、卡尔曼滤波器、自适应滤波器等。从实现的网络结构或从单位脉冲响应分类，数字滤波器可以分为无限脉冲相应滤波器（Infinite impulse respose，IIR）和有限脉冲相应滤波器（Finite impulse respose，FIR）。与IIR相比，FIR数字滤波器能够被设计成具有线性
相位特性的滤波器。因此，它在要求具有线性相位的应用场合具有广泛的应用。数字滤波器的设计方法很多，其中较为常用的是窗函数设计法和频率采样设计法。本文介绍一种利用窗函数设计的虚拟滤波器。
第一章 绪 论
1.1课题研究背景
数字滤波器是一个离散时间系统（按预定的算法，将输入离散时间信号转换为所 要求的输出离散时间信号的特定功能装置）。应用数字滤波器处理模拟信号时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波器输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即1／2抽样频率点呈镜像对称。为得到模拟信号，数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。
数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。应用最广的是线性、时不变数字滤波器，以及FIR滤波器。
FIR是有限冲激响应(Finite Impulse Response)的简称，它可以很容易地设计线性相位的滤波器. 线性相位滤波器延时输入信号,却并不扭曲其相位。适合于多采样率转换,它包括抽取(降低采样率), 插值(增加采样率)操作. 无论是抽取或者插值, 运用FIR滤波器可以省去一些计算, 提高计算效率。FIR幅频特性精度较之于iir低，但是线性相位，就是不同频率分量的信号经过FIR滤波器后他们的时间差不变。这是很好的性质。有限的单位响应也有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延也小，这对实时的信号处理很重要。
在labview 是基于图形化的一种编程语言，它包含有丰富的数据处理函数，为各类工程计算提供了强大的数据处理功能。如滤波信号处理、各类分析及测量等。同时利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用I/O接口设备完成信号的采集测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机测试系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器一样。因此，虚拟仪器的出现，使测量仪器与计算机的界限模糊了。
1.2课题研究意义
智慧珠拼盘许多工程技术领域都涉及到信号，这些信号包括电的、磁的、机械的、热的、声的、光的及生物体的等等。如何在较强的背景噪声和干扰信号下提取出真正的信号并将其用于实际工程，这正是信号处理要研究解决的问题。众所周知，信号与信号处理是信息科学中近十几年来发展最为迅速的学科之一。信号是信息的载体，所谓信息是指人类对外界事物的感知，人们对信息的处理是通过对信号的处理来实现的。所谓信号处理是指将信号从一种形式变成另一种形式，比如将信号从时域转换到频域，从模拟信号转化为数字信号等。随着21世纪的到来，人类跨入了信息网络时代。从计算机到移动电话，从家用娱乐使用的VCD、HDTV、多媒体电脑到军用雷达、医用CT仪器等设备，无不由各种各样的电子系统组成，在这些电子系统中，数字化技术的应用比比皆是。由于数字技术在处理和传输信息方面的各种优点，数字技术与数字集成电路(微处理器、存储器以及标准逻辑电路等)的使用已成为现代电子系统的重要标志。虽然不能说这个世界已经是一个数字化的世界，因为这个世界本身主要还是由模拟的信息组成的，但毫无疑问，数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)技术的飞速发展极大地提高了人们对模拟世界的把握能力。可以毫不夸张地说，数字信号处理技术是这个时代最核心的技术之一。
