引言 LabVIEW編程語言,也被稱為G語言,是一種數(shù)據(jù)流

引言LabVIEW編程語言，也被稱為G語言，是一種數(shù)據(jù)流編程語言。程序員通過繪制導(dǎo)線連接不同功能的節(jié)點(diǎn)，圖形化的程序框圖（LV源代碼）結(jié)構(gòu)決定程序如何執(zhí)行?，F(xiàn)代濾波器理論研究的主要內(nèi)容是從含有噪聲的數(shù)據(jù)記錄（又稱時(shí)間序列）中估計(jì)出信號(hào)的某些特征或信號(hào)本身。一旦信號(hào)被估出，那么估計(jì)出的信號(hào)的信噪比將比原信號(hào)的高。對(duì)于數(shù)字濾波器，從實(shí)現(xiàn)方法上，有IIR濾波器和FIR濾波器之分。這兩類濾波器無論是在性能上還是在設(shè)計(jì)方法上都有很大的區(qū)別。相對(duì)于IIR系統(tǒng)，F(xiàn)IR系統(tǒng)有自己突出的優(yōu)點(diǎn)，其一是系統(tǒng)總是穩(wěn)定的，其二是易實(shí)現(xiàn)線性相位，其三是允許設(shè)計(jì)多通代（或多阻代）濾波器。后兩者都是IIR系統(tǒng)不易實(shí)現(xiàn)的。目前，F(xiàn)IR濾波器的設(shè)計(jì)方法主要是建立在對(duì)理想濾波器頻率特性做某種近似的基礎(chǔ)上的。這些近似方法有窗函數(shù)法、頻率抽樣法及最佳一致逼近法。本文介紹了一種在LabVIEW平臺(tái)下用窗函數(shù)法快速設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的方法。FIR數(shù)字濾波器窗函數(shù)法設(shè)計(jì)原理1）基本設(shè)計(jì)原理考慮理想低通數(shù)字濾波器，其頻率特性為，現(xiàn)假定其幅頻特性%相頻特性，那么，該濾波器的單位抽樣響應(yīng)偵小我匚邳十"如■土（偵小我匚邳十"如■土（2.1.1）心"是以二心’為對(duì)稱的sinc函數(shù)，己心= 。這樣的系統(tǒng)是非因果的，因此是物理不可實(shí)現(xiàn)的。但是，如果將七'嵌截短，例如僅取’一 ：-\并將截短后的心建移位，得A（n）=AI目-苴］m=…出- （2.1.2）… !服-￡泌玲那么二E是因果的，且為有限長，長度為‘-*'，令 可得所設(shè)計(jì)的濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)。即的頻率響應(yīng)將近似三-，且是線性相位的。如果在指定三-'I的相頻響應(yīng)時(shí)，不是令其為0，而是令'=一’,:」，即具有線性相位，那么（2.1.1）式可改為

小 sinIJ- （2.1.3）這樣，心是以為對(duì)稱的，為此，可取—-.".?，.，一〔「，氣以上設(shè)計(jì)的是FIR低通數(shù)字濾波器，若設(shè)計(jì)高通、帶通、帶阻數(shù)字濾波器，只需改變（2.1.3）式積分的上、下限。高通數(shù)字濾波器：帶通數(shù)字濾波器hAnhAn）win（Mr（2.1.5）帶阻數(shù)字濾波器（2.1.6（2.1.6）式（2.1.4），（2.1.5）和（2.1.6）均以對(duì)稱，為此，' ，*。比較（2.1.3），（2.1.4），（2.1.5）和（2.1.6）可以看出，一個(gè)高通濾波器相當(dāng)于用一個(gè)全通濾波器減去一個(gè)低通濾波器；一個(gè)帶通濾波器相當(dāng)于兩個(gè)低通濾波器相減，其中一個(gè)截止頻率在己，另一個(gè)在…'。一個(gè)帶阻濾波器相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器加上一個(gè)高通濾波器，低通濾波器的截止頻率在一5,高通在出。選取一個(gè)合適的窗函數(shù)令■■--*則上即為要設(shè)計(jì)的濾波器

的頻率響應(yīng)。按以上方法設(shè)計(jì)出的濾波器由于滿足的對(duì)稱關(guān)系，因此都具有線性相位。2） 濾波器系數(shù)歸一化3\ 2&田）在按照式（2.1.3）設(shè)計(jì)FIR低通濾波器系數(shù)的時(shí)候直接求出的這些心?-的和，即?一般是不等于一，因此求出的■■■■'=。對(duì)于低通濾波器，我們希望在二'=°處的值為1,... VApt）因此習(xí)慣上要將求出的二0歸一化，即濾波器的每個(gè)系數(shù)都除以渲 。同理，對(duì)于高通、帶通和帶阻濾波器，一般也要將系數(shù)歸一化。3） 窗函數(shù)的設(shè)計(jì)式（2.1.2）將無窮長的心曰僅取長為'[°，等于在n已上施加了長為E—的矩形窗口。加窗的結(jié)果，等于和矩形窗頻譜的卷積。本文所涉及到的窗函數(shù)有矩形窗、三角窗（Bartlett）、漢寧窗（Hanning）、漢明窗（Hamming）和布萊克曼窗（Blackman）。其表達(dá)式如下：t?(jV-?)盟3)=。.42-盟3)=。.42-上5虹5N-\布ravish4）多余元素的刪除線性移不變離散時(shí)間（LSI）系統(tǒng)的線性卷積可記為。若是一個(gè)M點(diǎn)的序列，上0是一個(gè)N點(diǎn)的序列，那么卷積的結(jié)果:?牛將是一個(gè)M+N-1的序列。也就是說序列的長度為M，濾波器的長度知丁-為N，經(jīng)過卷積后得到長度是M+N-1的序列。為了保證序列的長度與原輸入序列一樣，必須刪除邊界上的N-1個(gè)無效元素。具體刪除哪N-1個(gè)元素與卷積運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方式有關(guān)?？紤]到LabVIEW自帶的卷積函數(shù)，本文所設(shè)計(jì)的濾波器采用分別刪除W序列的前（N-1）/2個(gè)元素和后（N-1）/2個(gè)元素。

FIR數(shù)字濾波器的LabVIEW設(shè)計(jì)LabVIEW采用前面板和后面板來編程。前面板用于輸入數(shù)據(jù)和顯示結(jié)果；后面板則為濾波器設(shè)計(jì)的主程序。程序設(shè)計(jì)共分為五部分：信號(hào)產(chǎn)生VI=> 濾戒器VI 窗雨數(shù)粗|站果振示門?！鰟h醵ye]妲J圖3.1濾波器設(shè)計(jì)框圖1）前面板設(shè)計(jì)按濾波器的設(shè)計(jì)要求在前面板放置5個(gè)控件，分別為信號(hào)生成控件、濾波方式及參數(shù)控件、窗函數(shù)選擇控件、采樣參數(shù)控件和波形顯示控件。其中，前四個(gè)控件（如下圖）為用戶自定義控件。&FBNmhCui＜： 心口SFVtih-frdiSFVtih-frdi圖3.2用戶自定義控件2）后面板設(shè)計(jì)按圖3.1分別設(shè)計(jì)各個(gè)子VI（圖3.3）。從LabVIEW函數(shù)面板取出波形生成函數(shù)并與信號(hào)生成控件和采樣參數(shù)控件連接起來構(gòu)成信號(hào)產(chǎn)生VI。將設(shè)計(jì)好的濾波器子VI跟濾波方式及參數(shù)控件連接構(gòu)成濾波器VI。窗函數(shù)子VI跟窗函數(shù)選擇控件連接構(gòu)成窗函數(shù)VI。最后將信號(hào)連接至元素刪除VI經(jīng)波形圖顯示控件顯示。

圖3.3程序框圖濾波結(jié)果顯示設(shè)計(jì)一FIR低通濾波器，截止頻率為1kHz。選取包含100kHz和3kHz兩個(gè)正弦分量的信號(hào)作為輸入信號(hào)，信號(hào)采樣率為10kHz，濾波器系數(shù)為40，窗函數(shù)選用漢寧窗。濾波顯示如圖4.1。結(jié)束語本文介紹了基于LabVIEW的FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。本濾波器可以根