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基于LabVIEW 8.5 的数字滤波器的设计 广东药学院 医药信息工程学院 生物医学工程05 作者：梁刚毅 指导老师：李洪波 一 相关技术指标 数字滤波器的相关技术指标主要有：采样频率（fs）、通带截止频率、阻带截止频率、带宽、通带允许的最大衰减（Ap）、阻带应达到的最小衰减（As）、阶数（N）、波纹等。因为本设计并不是针对某种信号而设，所以各个技术指标的设定需要以具体的输入信号为依据。 在采样频率与各个截止频率的设定中我们主要是要满足奈奎斯特（Nyquist）定理，即：采样定理。 信号采样定理指出，只要采样频率是信号最高频率的两倍以上就可以根据离散的、等分的样本还原一个时域连续的信号。即：当采样频率fs大于信号中最高频率的2倍时，则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般取2.56-4倍的信号最大频率Lowpass）和高通（Highpass）类型时，数字滤波器的低截止频率（Low cutoff freg：fl）必须要满足Nyquist准则。根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率的两倍。反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做奈奎斯特频率，它是采样频率的一半，所以0＜fl＜0.5fs 。如果数字滤波器为带通（Bandpass）和带阻（Bandstop）类型时，则要满足：0＜fl＜fh＜0.5fs （fh：高截止频率）。 通带允许的最大衰减（通带衰减）和阻带应达到的最小衰减（阻带衰减）的计算就以公式（2.1）和（2.2）为依据。 （2.1） （2.2） 阶数（N）的计算如公式（2.3）： （2.3） （注：N应向上取整） 由于以上的计算都比较复杂，所以在实际应用中，通常都是以 MATLAB 进行计算。 二 开发环境 本设计是以LabVIEW 8.5 简体中文版为设计平台对数字滤波器进行了实验性的设计与仿真。 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Work-bench）即实验室虚拟仪器工程平台，是由美国国家仪器NI（Na-tional Instrument）公司推出的世界上第一个采用图形化编程技术的面向仪器的32位编译型程序开发系统。它的目标就是简化程序的开发工作，提高编程效率。是目前应用范围最广，功能最为强大的虚拟仪器平台。LabVIEW的高级软件库具有强大的数据处理能力，包括信号的产生、数据信号处理、测量、数据滤波、概率统计、线性代数、曲线拟合、数值分析等多种软件分析功能。LabVIEW使用可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。由于虚拟仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，任何使用者都可通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能和规模，这充分体现了软件就是仪器的设计思想。 LabVIEW的运行机制从宏观上讲已经不再是传统上的冯·诺伊曼计算机体系结构的执行方式了。传统的计算机语言（如C）中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替。从本质上讲，它是一种带有图形控制流结构的数据流模式（DataFlow Mode），这种方式确保了程序中的函数节点（FunctionNode）只有在获得它的全部数据后才能够被执行。也就是说，在这种数据流程序的概念中，程序的执行是数据驱动的，它不受操作系统、计算机等因素的影。LabVIEW支持多种操作系统平台，在任何—个平台上开发的LabVIEW应用程序可直接移植到其它平台上。 三 虚拟滤波器的设计 数字滤波器简介 数字滤波是数字信号分析中重要的组成部分。数字滤波器是在现代数字采样和信号处理技术基础上发展起来的。数字滤波器可以用各种编程软件编写而成，具有稳定性高，不会因温度、湿度的影响而产生误差，不需要精度组件，性价比高等优点。数字滤波是数字信号处理基本内容之一。其本质就是对离散的数字量进行适当的运算处理，从频率域实现信号分离的功能。与模拟滤波器相比，数字滤波器具有准确度高、稳定性好、系统函数容易改变等许多优点。此外，数字滤波器不存在阻抗匹配问题，便于大规模集成，还可以实现多维滤波。因此，数字滤波器在工程中得到广泛的应用。 根据频率特性的不同，数字滤波器分为高通、低通、带通和带阻四种类型；按冲激响应的宽度，数字滤波器又可分为有限冲激响应滤波器（FIR）和无限冲激响应滤波器（IIR）两大类。FIR滤波器系统总是稳定的、易于实现线性相位、允许设计多通带或多阻带滤波器。IIR滤波器则可以用较低的阶数获得较高的选择性，在相同门级规模和相同时钟速度下可以提供更好的带外衰减特性。 数字滤波器的基本原理 数字滤波器(digital filter)是由数字乘法器、加法