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基于labview的FIR数字滤波器设计课程设计.rar

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    编号:20180825165141172    类型:共享资源    大小:1.64MB    格式:RAR    上传时间:2018-08-25
      
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    基于 labview FIR 数字滤波器 设计 课程设计
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    沈阳理工大学课程设计专用纸0摘要现代数字系统开发设计中,可编程逻辑器件的使用越来越普遍。传统的数字滤波器设计主要依靠理论公式推导,从而得到相关参数,而对利用这些参数设计的数字滤波器的真实效果并没有一个感性的认识,从而无法对参数进行进一步的优化。 针对上述主要情况,以 LabVIEW 为平台,利用 LabVIEW 软件设计出具有去噪波功能的有限和无限脉冲响应滤波器,可据滤波器特性随时调整参数,界面直观简便,并对所设计的滤波器进行滤波仿真,对于含有噪声的信号进行去噪处理,滤波效果良好。 关键词:数字滤波器 labview 噪声沈阳理工大学课程设计专用纸1目 录1 目的及基本要求 .................................................21.1 设计目的 ...........................................................................................................................21.2 设计要求 ..........................................................................................................................22 数字滤波器的基本原理 ...........................................22.1 基本原理 ...........................................................................................................................22.2 流程图 ..............................................................................................................................32.3 设计步骤 ..........................................................................................................................33 数字滤波器的设计和仿真 .........................................53.1 总体程序设计 ..................................................................................................................53.2 各功能模块详细设计 ......................................................................................................64 结果及性能分析 .................................................74.1 运行结果 ..........................................................................................................................74.2 性能分析 ..........................................................................................................................9参考文献 ........................................................10沈阳理工大学课程设计专用纸21 目的及基本要求1.1 设计目的数字滤波在语音和图像处理、HDTV、模式识别、谱分析等应用中经常用到。与模拟滤波相比,有准确度和稳定性高, 系统函数容易改变, 灵活性高, 不存在阻抗匹配问题, 便于大规模集成, 可实现多位滤波等优点。且数字滤波可以满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求,可以避免模拟滤波所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题。有限长冲激响应(FIR) 滤波器,由于 FIR 系统只有零点、系统稳定,便于实现 FFT 算法、运算速度快、线性相位的特性和设计更为灵活等突出优点而在工程实际中获得广泛应用。1.2 设计要求数字滤波器可分为 IIR(无限脉冲响应)和 FIR(有限脉冲响)应两大类。本此设计介绍窗函数法的 FIR 滤波器设计。要求使用矩形窗、三角窗、巴特利特窗、汉明窗、汉宁窗和布莱克曼窗等,设计出标准响应的高通、低通、带通FIR 滤波器。通过在面板上切换滤波器的类型, 可以观测到各种类型的低通、高通、带通和带阻滤波器的幅频特性和相频特性。 2 FIR 数字滤波器的基本原理2.1 基本原理FIR 滤波器的基本结构可以理解为一个分节的延时 线,把每一节的输出加权累加, 得到滤波器的输出。FIR 的 冲激响应 h(n) 是有限长的。数学上 M 阶 FIR 可以表示为: y(n) = E M- 1 k= 0 h(k)x(n- k) 其系统函数为: H(z)= E M- 1 n= 0 h(n)z – n 它的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序 列或脉冲响应的常数问题, 设计方法主要有窗函数法、频 率采样法和等波纹最佳逼近法等。窗函数法是从时域出 发的一种设计方法,它通过截短和计权使无限长非因果序 列成为有限长脉冲响应序列, 工程实际中常用的窗函数有 5 种,即矩形窗、三角窗、汉宁窗、海明窗和凯泽窗。频率 采样法是先在频域修改滤波器的预期频率特性, 然后直接 用它的傅里叶反变换作为滤波器系数, 这种方法要用到 IDFT ,预期频率特性不是以连续函数的形式, 而是在一组 离散的频点上给出它的样本值。沈阳理工大学课程设计专用纸32.2 流程图图 1 FIR 设计流程图 2.2 设计步骤(1)建立新 VI 程序要求:启动 NI LabVIEW 程序,选择新建(New)选项中的 VI 项,建立一个新VI 程序。图 2 新建一个 vi 沈阳理工大学课程设计专用纸4(2)在前面板摆放控件要求:根据实验设计在前面板选择合适的控件并修改其属性 图 3 选取合适的控件3)框图程序设计要求:使用连线工具,将所有函数连接起来。图 4 程序框图及连线图沈阳理工大学课程设计专用纸53 数字滤波器设计和仿真3.1 总体程序设计LabVIEW 程序由两部分组成: 前面板程序和框图程序。整个程序是基于多线程设计, 即前面板和框图程序各占用一个线程。LabVIEW 的前面板, 即交互式界面, 用于设置输入数值和观察输出量, 在前面板中,使用了各种图标如开关, 实时趋势图等来模拟真实仪器的面板, 并可如同操作实际仪器一样方便地调节输入参数和进行输出模式定制。本文中前面板的设计,充分发挥了 LabVIEW 的特长, 即建立了友好的人机操作界面。滤波器前面板如图 5 所示,后面板如图 6.图 5 主程序前面板沈阳理工大学课程设计专用纸6图 6 主程序后面板3.2 各功能模块详细设计(1)冲激函数图 7 冲激函数(2)FIR 滤波器高通,低通,带通切换图 8 滤波器种类(3)这里经过相当于从坐标轴的原点开始显示波形以及快速傅里叶变换图 9 补零和 FFT 变换沈阳理工大学课程设计专用纸7(4)上一步输出是复数数组,通过一个图 10 得到信号的幅度分量图 10 复数转换(5)最后是显示部分图 11 显示部分4 结果及性能分析4.1 运行结果通过上面的设计,实现了预期的实验结果,通过切换矩形窗、三角窗、巴特利特窗、汉明窗、汉宁窗和布莱克曼窗等,观测各种类型的低通、高通、带通和带阻滤波器的幅频特性和相频特性。 实验结果如图所示: 图 12 汉宁窗下 FIR 带通滤波器沈阳理工大学课程设计专用纸8图 13 布莱克曼窗下 FIR 高通滤波器图 14 汉明窗下 FIR 低通滤波器沈阳理工大学课程设计专用纸94.2 性能分析不同的窗函数设计的滤波器,最小阻带衰减和过渡带的宽度有所不同。矩形窗与哈明窗相比,幅频特性其过渡带变窄,最小阻带衰减仅有 21dB 左右,为哈明窗的一半左右,所以哈明窗效果更好。矩形窗函数设计的滤波器在通带内有波动,所以上面第二图中信号经滤波后 1000Hz 对应的幅值变大。虽然两个滤波器都有滤波作用,可以调节滤波器的截止频率或窗函数的长度获得更好效果,但可以通过调节窗函数长度从而调节过渡带带宽,但不能增大最小阻带衰减。
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