基于LABVIE的虚拟数字滤波器实验报告教程.docx

虚拟数字滤波器的设计 一．选题摘要 虚拟实验作为传统实验的一个有益的补充,已成为当前研究的热点之一,虚拟滤波器就是应用范围比较广泛的一种虚拟仪器。针对建立虚拟实验平台的需求,设计了基于LABVIEW的虚拟滤波器,该虚拟滤波器是通过图形化语言编程来实现仪器的滤波、分析及显示功能。该虚拟滤波器主要信号采集、幅值测量、时域分析及存储与显示等模块组成,与传统仪器相比有许多优点,如可以随时记录分析过程和结果、开发时间短、成本低廉,可以根据需要灵活的进行功能扩展等。实验证明,该虚拟滤波器滤波性能良好、运行快速、结果可靠,能够达到实验要求。 二、 设计原理 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。同样在测试VI中，也可以利用Lab VIEV提供的滤波器VI对信号进行去噪或提取特定频率信号。 一个理想的滤波器应在所需的带通内幅频特性为常直，相频特性为通过原点的直线；在带通外幅频特性应为零，这样才能使带通内输入信号的频率成分得以不失真地传输，而在带通外的频率成分全部衰减掉。实际滤波器的特性曲线没有明显的转折点。通频带中幅频特性也并非常数，因此需要用更多的参数来描述实际滤波器的性能，而Lab VIEV中提供了许多现成的滤波器模板，合理设置参数即可方便的用来进行信号滤波。Lab VIEV中的滤波器VI也分成了Express VI，波形VI和基本功能VI3个层次。其中Express VI中的滤波器VI设置了针对所有类型的滤波器的选项，波形VI则分成了IIR滤波器和FIR滤波器两个VI，而在基本功能VI的子模板中，主要根据滤波器的最佳逼近特性提供了比较丰富的滤波器VI。 三．设计步骤 1.打开Lab VIEV，创建一个VI，在前面版上单击右键，在图形显示控件中找出波形图表并放置在前面板上，设置为原始信号波形图表，继续放置逐点滤波信号的波形图表和基于数组的滤波信号的波形图表，最后放置停止按钮。设置幅值间隔和时间间隔。如下图所示： 2.左键单击窗口上的显示程序框图，根据所要实现的的滤波器功能，在程序框图面板上放置各个控件，并连接成完整的程序框图。如下图所示： 3.若程序框图面板上运行按钮不完整，则说明框图连接不完整，重新检查线路，运行按钮完整后，单击后出现下图运行框图： 四．VI内容 1.后面板程序框图设计： 设定信号波动时间为250ms，波动间隔时间为10ms,在for循环框图内设置正弦波的时间和均匀白噪声幅值，生成模拟的原始信号，经过逐点Butterworth滤波器低截止频率端后，输出高频的逐点滤波信号。信号设置和显示程序图如下： 在for循环外while循环内部，将原始信号和设置好的低截止频率接入Butterworth滤波器，输出信号在层叠式顺序结构的控制下，得到基于数组的滤波信号。其程序框图如下所示： 2．各元器件功能简介： 种子大于0时，可使噪声采样发生器更换种子。默认值为-1。 LabVIEW为重入VI的每个实例单独保存内部的种子状态。对于VI的每个特定实例，如种子小于等于0，LabVIEW不更换噪声发生器的种子，噪声发生器可继续生成噪声的采样，作为之前噪声序列的延续。 2.前面板测试及结果： 试验中采用的是正弦信号与均匀白噪声叠加，白噪声的幅值设定为0.1，叠加后的信号波形和滤波后的信号波形如下图所示。由图可以看出，滤波前信号毛刺较多，滤波后的信号比较平滑，滤波效果良好，能够达到设计要求。 五．实验小结 虚拟滤波器通过计算机来完成滤波过程，Lab VIEV简单而灵活地图形化语言编程使其可以方便的调整设计参数，形象的前面板使实验操作简单，效果真实图像清晰，并且能随时保存分析过程和结果，与传统的滤波器相比其成本更低，使用效果更好。具体表现为以下几个方面： 开发时间短。虚拟滤波器是基于Lab VIEV的图形化编程语言来实现的，简单易懂，编程人员不需要专业的编程知识，大大缩短了系统的开发时间。 方便灵活。虚拟滤波器整个系统可以由几个不同的子VI来组成，用户可以根据设计需要任意调整系统的参数以适应不同实验的需求。 可靠性高。虚拟滤波器通过计算机来完成滤波过程，程序响应更快，误差更小，结果更可靠，可以随时保存分析过程。 通用性强。Lab VIEV的图形化编程语言使程序可读性更强，能适应不同领域专业人员的需要，提高了系统的通用性。 成本低廉。虚拟滤波器开发简单，升级方便，与传统滤波器相比大大减少了维护和维修费用，并且同一计算机可用于各种不同的实验，降低了实验成本。