多功能滤波器课设实验报告.doc

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 同组学生姓名：张玺，齐冉，白晓 指导教师：罗向龙 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控制领域，虚拟仪器技术取得了巨大的发展。虚拟仪器是一种功能意义上的测量和控制仪器，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。 本文叙述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，重点讲述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，掌握了LabVIEW编程语言，对虚拟仪器的构成、实现手段和开发方法有了一定的认识。 该系统操作简单，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 1 绪论 LabVIEW是一种基于“图形”方式的集成化程序开发环境，是目前国际上唯一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能，应用LabVIEW进行滤波器设计，效率高，操作简单，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，易于维护和升级，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，因为虚拟仪器系统更快速简捷和方便，也可以节省硬件资源。通过虚拟滤波器设计，可对虚拟仪器有更深的理解和领悟，也为以后进行更进一步的研究提供了基础。 我的设计题目是基于LabVIEW的多功能滤波器设计。我们平时所要设计的数字滤波器，阶数和类型并不一定是完全给定的，很多时候都是要根据设计要求和滤波效果不断的调整，以达到设计的最优化。在这种情况下，滤波器的设计就要进行大量复杂的运算，单纯的靠公式计算很难在短时间内完成设计。这次利用LabVIEW设计的滤波器则不需要再靠公式计算，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。了解LabVIEW编程所需的基础知识，学习LabVIEW的基本使用方法，复习数字信号处理的所学知识，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节按钮，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 我设计的题目是基于LabVIEW的多功能滤波器设计。如图9为总体设计方案的示意图。 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节按钮，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，这里的滤波器可以根据用户的需要进行选择，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滤波器滤波的窗函数。进行完滤波后还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。其中噪声的类型有均匀白噪声、高斯噪声、周期性随机噪声、泊松噪声。噪声的幅值也可以调节。如图10是信号发生模块流程图。 图10 信号发生模块流程图 其中需要注意的是采样频率的选择，不然的话会出错，系统不能运行。根据奈圭斯特采样定理，采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理想的低通滤波器来恢复信号，并且被采样的信号的频带范围有限，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，显然采样频率越高，采集信号越接近真实信号，但是高采样频率意味着对存储空间和内存的更高要求，工程上用到的采