第5章 基于LabVIEW的滤波器设计.ppt

第5章 基于LabVIEW的滤波器设计 本章内容 5.1 数字滤波器概述 5.2 LabVIEW中的数字滤波器 5.3 FIR滤波器设计 5.4 巴特沃斯滤波器 5.5 切比雪夫滤波器 5.6 反切比雪夫滤波器 5.7 椭圆滤波器 5.8 贝塞尔滤波器 5.9 中值滤波器 5.10 自适应滤波器 5.1 数字滤波器概述 5.1.1 数字滤波器的基本概念 数字滤波器是具有一定传输选择特性的数字信号处理装置，它的输入、输出信号均为数字信号，数字滤波器本身是一个线性时不变离散系统。数字滤波器的基本工作原理是利用离散系统特性去改变输入数字信号的波形或频谱，使有用信号频率分量通过，抑制无用信号分量输出。 5.1.2 数字滤波器的分类 如果按照滤波器电路中是否带有有源器件来分，可以分为有源滤波器和无源滤波器； 如果按照通过的频率范围来分，可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器以及其它类型通带的滤波器； 如果按照处理信号的性质来分，可以分为模拟滤波器和数字滤波器。 数字滤波器又可分为有限冲激响应（FIR）滤波器和无限冲激响应（IIR）滤波器两大类，其它还有按照阶次、按照何种方法逼近理想滤波器等进行的分类方法，根据不同场合有其特定含义。 5.1.3 实际（非理想）数字滤波器的类型 FIR数字滤波器 对于FIR数字滤波器的系统只有零点，冲激响应在有限时间内衰减为零，输出只取决于当前和以前的输入值，因此这一类系统不像IIR系统那样容易取得比较好的通带与阻带衰减特性。要想取得好的衰减特性，一般要求系统的单位抽样响应截取的长度要长。其主要的优点是：首先，FIR滤波器的系统是稳定的；其次，FIR滤波器可以做到严格的线性相移；最后，FIR系统允许设计多通带（或多阻带）的滤波器。 2. IIR数字滤波器 对于IIR数字滤波器，冲激响应会无限持续（理论上），输出不仅取决于当前和以前的输入值，还取决于以前的输出值。IIR滤波器的优点在于：它的递归性，可以减少存储需求，具有幅频特性较平坦的特点，但其相位响应非线。 常用的这几种IIR数字滤波器。 （1）巴特沃斯（Butterworth）滤波器 （2）切比雪夫（Chebyshev）滤波器 （3）反切比雪夫（Inverse Chebyshev）滤波器 （4）椭圆（Elliptic）滤波器 （5）贝塞尔（Bessel）滤波器 5.1.4 实际（非理想）数字滤波器的基本参数设置 （1）滤波器类型选择 首先要选择滤波器的通过频带类型，即在低通、高通、带通或带阻滤波器中选择一个类型。 （2）截止频率 对低通滤波只需确定上截止频率，高通滤波只需确定下截止频率，对带通和带阻滤波应确定上、下截止频率。 （3）采样频率 （4）滤波器的阶数 （5）纹波幅度 5.1.5数字滤波器的选择 5.2 LabVIEW中的数字滤波器 LabVIEW 2011中提供了大量的滤波器函数，包括Express VI的滤波器VI、波形调理VI的滤波器VI和函数选板中的滤波器VI三个部分。无论是IIR滤波器还是FIR滤波器都可实现，可传递的信号数据类型也包括波形信号和数组信号两种，可供用户灵活调用。 5.2.1 Express VI的滤波器VI Express VI中的滤波器VI设置了针对所有类型的滤波器选项，位于程序框图窗口中的“函数选板”→“Express”→“信号分析”→“滤波器” 。 5.2.2 波形调理VI的滤波器VI 波形调理VI中的滤波器VI处于“函数选板”→“信号处理”→“波形调理”子函数选板中，包括数字FIR滤波器和数字IIR滤波器。波形滤波器VI和Express 滤波器VI的一个重要区别是两者的参数设置方式不同，波形滤波器VI使用接线端口方式进行设置参数，而Express 滤波器VI使用配置对话框进行设置参数；另一个区别是Express 滤波器VI只能是一个滤波器对一个输入信号进行滤波处理，而波形滤波器VI可以扩展至对个不同特性的滤波器对多个不同的信号进行处理，因此增加了VI的灵活性，在进行信号滤波处理时可以减少程序的大小，增加程序的可读性。 5.2.3 函数选板的滤波器VI 函数选板中的数字滤波器子函数选板提供了多种常用的滤波器，并且提供了设计FIR和IIR滤波器的VI，使用起来非常方便，只需要输入相应的指标参数即可。 5.3 FIR滤波器