基于labview的低通滤波器设计
基于Labview的IIR数字滤波器设计
华北电力大学本科毕业设计（论文）来自毕 业 设 计(论文)
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题
目
基于 LABVIEW 的 IIR 数字滤波 器设计
院
系
自动化系 测控技术与仪器 1201 班 加桑扎西 白康
专业班级 学生姓名 指导教师
二○一六年六月
1
华北电力大学本科毕业设计（论文）
基于 LabVIEW 的 IIR 数字滤波器设计
摘要
Ⅱ
华北电力大学本科毕业设计（论文）
目
录
摘要.................................................................................................
labview编程滤波器
基于LabVIEW的多功能数字滤波器的设计摘要:虚拟仪器技术被越来越多地引入到日常教学活动中来，数字滤波器的设计就是其中１个主要的应用领域。
通过一学期的学习，提出了１种基于Butterworth 滤波、Chebyshev滤波、反Chebyshev滤波原理，设计带通、带阻、高通和低通四种类型的滤波器，并实现对带有噪声的信号的滤波还原验证.测试结果表明，该系统可操作性强，响应速度快，精度高，显示直观，能准确反映滤波效果，是一种实用有效的解决方案。
关键词:LabVIEW软件；多功能；数字滤波器目录1 引言 (3)1.1 虚拟仪器简介 (3)1.2 基于LabView的多功能数字滤波器 (3)2 总体设计思路 (4)3 系统设计 (4)4 系统测试 (4)5 总结 (7)参考文献 (7)1 引言1.1 虚拟仪器简介最近几年，虚拟仪器技术不断发展，新生代的仪器技术彻底改变了以往仪器可操作性弱、价格过高的要求。
虚拟仪器的实质是通过[C端与仪器进行通讯端口的交互，达到理想的标准化测试过程，方便简洁，得到答案的标准唯一性，不需要投入过多的人力物力就能实现完成各种测试分析功能。
简单易懂的编程语言，数据流以及数据这些方面的东西都能非常直观的显示出来。
虚拟测量仪器的概念被美国国家仪器公司NI提出来，导致了一场在传统仪器领域大的改革，因而让计算机和网络技术能够迅速进入仪器方向，同时与仪器技术联合起来，提出”软件即是仪器的概念”。
构造一个虚拟仪器系统，基本硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。
软件是虚拟仪器系统的关键。
目前流行的虚拟仪器软件开发工具有两类文本式编程语言有C、C++、VB、VC、Labwindows/CVI等；图形化编程语言有LabVIEW、AgilentVEE等。
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台 ) 是美国 NI 公司推出的一种基于G 语言 ( Graphics Language，图形化编程语言 ) 的虚拟仪器软件开发工具。
基于LabVIEW的低通数字滤波器设计
基于LabVIEW的低通数字滤波器设计孙长海;金志明;李维江;郑薇;李希元【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2014(000)005【摘要】介绍了一种基于LabVIEW的虚拟低通数字滤波器的设计方法，实现了对滤波前后信号的时域和频域进行分析；并以真空断路器真空度检测中存在的直流信号滤波问题为例，对不同类型的常用低通滤波器的滤波性能进行了比较分析，选择出效果最佳的滤波器类型，为真空断路器真空度检测电路设计中低通滤波器类型的选用提供了参考。
%This paper introduces a design method for a virtual low-pass digital filter based on LabVIEW and realizes the time and frequency domain analysis of the signals before and after thefiltering.Furthermore,taking DC signal filtering problem in vacuum degree measurement of the vacuum circuit breaker as an example,it makes a comparative analysis on the filtering performance of common low-pass filters of different types and chooses the best filter type,thus providing reference for the selection of low-pass filters in the design of vacuum degree measurement circuitry for the vacuum circuit breaker.【总页数】4页(P27-29,43)【作者】孙长海;金志明;李维江;郑薇;李希元【作者单位】大连理工大学电气工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学电气工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学电气工程学院，辽宁大连 116024;辽宁省电力有限公司营口供电公司，辽宁营口 115002;辽宁省电力有限公司营口供电公司，辽宁营口 115002【正文语种】中文【中图分类】TN713+.7【相关文献】1.基于单片机PIC18F87J11的FIR数字低通滤波器设计与实现 [J], 纪峰;林郁兆2.基于VHDL的FIR低通数字滤波器设计与仿真 [J], 王建彬;李响;何东钢3.基于Hamming窗的数字低通滤波器设计 [J], 王艳文;杨楠4.基于切比雪夫I型低通滤波器设计IIR数字带通滤波器 [J], 陈绍荣;刘郁林;王开;徐舜5.基于VHDL的FIR低通数字滤波器设计与仿真 [J], 王建彬;李响;何东钢因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第5章基于LabVIEW的滤波器设计
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5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。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.3 FIR滤波器设计
FIR数字滤波器的设计方法主要是建立在对理想滤波器 频率特性作某种近似的基础上，这些近似方法有窗函数法、 频率抽样法及最佳一致逼近法等。前面第一节的相关内容已 经讲述过设计FIR滤波器的方法主要有两种，一种方法是定义 好需要的幅度响应，然后求其FFT逆变换，再将所得的时域 信号加窗。这种方法的优点是简单，但是效率不高，定义困 难。另一种方法是使用Parks-McClellan算法将加权后的纹波 均匀分配到通带和阻带中，并且频率响应拥有陡峭的过渡带。 这种方法的缺点方法复杂，设计周期长。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.4 巴特沃斯滤波器
巴特沃斯滤波器是一种著名的滤波器，可以设置为高通、 低通、带通和带阻四种类型，并且可以为每一种类型设置其 截止频率。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.5 切比雪夫滤波器
切比雪夫滤波器也是一种常见的滤波器，与巴特沃斯滤波 器类似，也可以设置为高通、低通、带通和带阻四种类型，
两种，可供用户灵活调用。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
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” 。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.2.2 波形调理VI的滤波器VI
5.9 中值滤波器
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
5.10 自适应滤波器
使用LabVIEW进行信号处理与滤波
使用LabVIEW进行信号处理与滤波信号处理是一种重要的技术，它可以将原始信号转化为具有特定特征的信号，以满足实际应用的需求。
LabVIEW是一款强大的图形化编程环境，在信号处理方面具有广泛的应用。
本文将介绍如何使用LabVIEW进行信号处理与滤波。
一、LabVIEW简介LabVIEW是一款由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的可视化编程语言和开发环境。
它以图形化的方式呈现程序流程，用户可以通过拖拽和连接图形化模块来构建程序。
LabVIEW支持多种硬件平台和操作系统，具有强大的数据采集和处理能力，被广泛应用于自动化控制、数据采集、信号处理等领域。
二、信号处理基础在进行信号处理之前，我们需要对信号进行采集。
LabVIEW提供了多种方法来进行数据采集，包括使用传感器、采集卡等硬件设备。
一旦信号被采集到LabVIEW中，我们就可以开始进行信号处理。
信号处理的一种基本方法是滤波。
滤波可以将信号中的部分频率成分去除或减弱，以实现对信号的改变。
LabVIEW提供了多种滤波器模块，可以满足不同的滤波需求。
下面将介绍几种常见的滤波器。
1. 低通滤波器低通滤波器可以通过削弱高频成分，使得信号中的低频成分保留下来。
在LabVIEW中，我们可以使用“Lowpass Filter”模块来实现低通滤波。
该模块需要设置截止频率，只有低于该频率的信号成分才能通过滤波器。
2. 高通滤波器高通滤波器可以通过削弱低频成分，使得信号中的高频成分保留下来。
在LabVIEW中，我们可以使用“Highpass Filter”模块来实现高通滤波。
同样，该模块也需要设置截止频率，只有高于该频率的信号成分才能通过滤波器。
3. 带通滤波器带通滤波器可以将位于一定频率范围内的信号成分通过，而削弱其他频率范围内的信号成分。
在LabVIEW中，我们可以使用“Bandpass Filter”模块来实现带通滤波。
该模块需要设置带通范围的上限和下限，只有在该范围内的信号成分才能通过滤波器。
基于labview的FIR滤波器的设计(含VI程序)
基于labview的滤波器的设计一、实验名称基于labview声卡的数据采集精品实验二、实验类型设计性试验三、实验内容运用数字信号处理及相关专业知识设计一个基于LabVIEW的虚拟仪器，采集一个信号，对其进行FIR滤波，将滤波后的波形输出并分析结果。
四、.课题的依据和意义随着信息技术和计算机技术的高速发展，数字信号处理作为一门新兴的学科，其重要性逐渐在各个应用领域中体现出来。
本课题是采用虚拟仪器的设计方法对离散信号与系统进行分析与处理，利用LABVIEW这一强大的虚拟仪器开发工具，设计相关的虚拟仪器，实现相关的功能。
在虚拟仪器软件平台LABVIEW上构建的虚拟仪器滤波器实现系统充分发挥了虚拟仪器的优势。
其设计思想有广泛的应用范围。
虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，给用户一个充分发挥自己才能想象力的空间。
用户可以根据自己的要求，设计自己的仪器系统，满足多样的应用需求。
虚拟仪器是全新概念的最新一代测量仪器。
自1987年诞生以来，这一技术与前几代测试仪器相比，以前所未有的速度迅猛发展。
虚拟仪器的功能与计算机技术同步发展。
这是因为计算机是虚拟仪器的核心设备，该仪器的功能是通过软件仿真实现的。
它将传统仪器由硬件电路实现的数据分析处理与显示功能，改由功能强大的计算机来执行。
当计算机与适当的I/O接口设备完毕，虚拟仪器的硬件平台就被确定，此后软件就成为仪器的关键，也就是“软件就是仪器”之说的来由。
这意味着只要按照测量原理，采用适当的信号分析技术与处理技术，编制某中测量功能的软件就可构成该种功能的测试仪器。
虚拟仪器发展的特点是它的队伍宏大，规模壮阔。
如果建立了虚拟仪器平台，那么只要按照测量原理，借助信号分析与处理技术编制软件程序，就能自己设计建造自己的测试仪器。
五、虚拟仪器和LabVIEW技术的介绍本文所选的软件LABVIEW是美国NI仪器公司的创新软件产品，LABVIEW是应用最广泛发展最快功能最强的图形化软件开发环境。
基于LabVIEW的数字滤波器设计
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实用第一 智慧 密集
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基于 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 的数字滤波器设计
徐晓 龙 ，党楠
（ 商洛学院 电子信 息与 电气工程学院 ，陕西 商洛 ７ ２ ６ ０ ０ ０ ）
摘
要 ：数 字滤波器相比模拟 滤波器更具有 灵活性 ，使 用 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 编 写数 字滤 波器，滤 波器的参数 可以通过
叠加噪声 。
Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 可利用运算 功能强大的计算 机 ，节省软件 程 序 的运行 时间 ；并且 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 具有 多种滤波 函数 ，因此数 字滤波 器的设计 开发 也就更便 利 。因此具 有基于虚拟仪 器 技术 的设计思想 的数 字滤波器 很有效德避 免传统滤波器 中 滤 波参 数难改 变 、开 发周期 长 、软硬件 接 口复杂 等问题 ， 给数字信号处理提供 了快捷方式翻 。
人手 ，从控件选板 中选择控件拖放到前面板上并设计放置的
言 。软件开发过 程 ，不必 写繁杂 的程序 代码 ，而是 使用程 序框图，是数据流的编程思路 。Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 作为 自动化测试 、 测量领 域 的专业软 件 ，其 内部集成 了 ６ ０ ０多个分 析 函数 ，
位置 ，要求是前面 板美观整齐 。 （ １ ）要显示 波形需 要在
信号处理等各种数据分析应用 。数学分析 ｖ Ｉ 函数最底层是 通过 Ｃ语言实现 的 ，具有很高 的运行效 率 ，因此通过 Ｌ ａ ｂ —
基于Labview的虚拟滤波器设计_课程设计
可见，只要进行二次FFT,一次IFFT就可完成线性卷积计算.计算表明,L>32时,上述计算线性卷积地方法比直接计算线卷积有明显地优越性,因此,也称上述圆周卷积方法为快速卷积法
不同地窗函数对信号频谱地影响是不一样地，这主要是因为不同地窗函数，产生泄漏地大小不一样，频率分辨能力也不一样.信号地截断产生了能量泄漏，而用FFT算法计算频谱又产生了栅栏效应，从原理上讲这两种误差都是不能消除地，但是我们可以通过选择不同地窗函数对它们地影响进行抑制.(矩形窗主瓣窄，旁瓣大，频率识别精度最高，幅值识别精度最低；布莱克曼窗主瓣宽，旁瓣小，频率识别精度最低，但幅值识别精度最高)
（2）.学生应撰写地内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等.课程设计论文地结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行.应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐.
（3）.论文要求打印，打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》地要求进行打印.
（4）.课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献.
4.4.2
想要得到选择滤波器地相关性能，则需在有限长单位冲激函数地激励下，显示器相应地幅值，相位情况，计算幅值是用20log DB作为显示，计算相位是用虚拟仪器中地展开相位功能进行显示，通过对输入波，滤后波，及窗滤波器本身地幅值，相位特性地显示，便于观察，计算和比较.
五 程序设计
5.1
5.1.1
使用信号发生器及DAQ,输入一个正弦波信号，选用高斯白噪音作为噪音信号
4.3 IIR
4.3.1
按所通过信号地频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种.
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基于LabVIEW的低通滤波器设计
学号： ************ *名：***
班级： 1221202 专业：测控技术与仪器
课程教师：方江雄
2015年6月14 日
目录
一．设计思路 (2)
二．设计目的 (2)
三．程序框图主要功能模块介绍
1.测试信号生成模块 (3)
2.滤波功能模块.................................................................. .3
3.频谱分析模块 (4)
4.While循环模块 (5)
四．进行频谱分析.................................................................6、7五．主要设计步骤..................................................................8、9六．运行结果.. (10)
七．设计心得 (11)
低通滤波器是指对采样的信号进行浦波处理，允许低于截至频率的信号通过，高于截止频率的信号不能通过，提高有用信号的比重，进而消除或减少信号的噪声干扰。
一．设计思路
本VI设计的低通滤波器主要是先将正弦信号和均匀白噪声信号叠加，利用Butterworth低通滤波器进行滤波处理，得到有用的正弦信号:再对经过低通滤波器处理后的信号及信号频谱与滤波前的进行比较分析，检测滤波后的信号是否满足用户的要求。
二．设计目的
基于LabVIEW虚拟平台，将“正弦波形”函数和“均匀白噪声”函数产生的信号进行叠加以产生原始信号，让其先通过一个高通滤波器，滤除白噪声的带外杂波，以便在后续程序中低通滤波器可以输出正弦波；然后经过低通滤波器滤波处理，对滤波前后的信号和信号频谱进行比较，从而对低通滤波器的滤波效果进行检验。
三．程序框图主要功能模块介绍
如图1-0为低通滤波器设计实例的程序框图。
它共分为4个主要的功能块:测试信号生成模块、滤波功能模块、频谱分析模块、while 循环模块(详见线框标识)，接下来将对侮个功能块实现的具休处理功能和任务进行详细介绍。
1.测试信号生成模块
测试信号由“正弦信号”函数节点和“均匀白噪声”函数节点产生的信号叠加生成。
如图，信号生成子选板位于“函数—信号处理”中。
“正弦信号”.函数可借助输入的样本参数输出一个存储正弦信号的数组，其调用路径为“函数—信号处理—信号生成—正弦信号”。
2.滤波功能模块
这个功能块实现的功能是：对输入信号进行此波处理，提高有用信号的比重，消除或减少信号的噪声干扰。
如图所示，滤波器子选板位于“函数—信号处理—滤波器”中。
本设计中需采用“Butterworth 滤波器”，函数进行低通滤波设计，其调用路径是“函数—信号处理—滤波器—Butterworth滤波器”。
3.频谱分析模块
在信号分析和处理过程中，有时仅对信号进行时域分析并不能完全揭示出信号的全部特征，为了便于观察处理，除了对低通滤波前后的信号进行对比分析外，还需要对滤波前后的信号进行频谱分析。
频谱分析功能模块是通过FFT快速傅里叶变换将时域信号变换到频域上的。
如图所示，变换子选板位于“函数—信号处理—变换”中，其中“FFT”函数的调用路径是“函数—信号处理—变换—FFT”。
4.While循环模块
该模块的功能是通过控制循环条件，实现波形参数的实时调节与输出显示。
如图，While循环的条件接线端接入的是一个布尔变量(停止控件)，当布尔值为“真”，.即在前面板按下“停止”按钮时，循环停止；否则循环一直进行，从而实现了波形参数的波形参数的实时调节与输出显示。
产生信号源的程序框图
四．进行频谱分析
1，创建双边频谱转换单边频谱子VI。
2，切换到程序框图设计窗口下，在设计区放置一个“数组大小，函数节点、一个“数组子集”函数节点、一个“替换数组子集”函数节点、一个“商与佘数”函数节点、一个“加法”函数节点和一个“乘法”函数节点。
3，根据各数组节点的端口创建相应的输入/输出控件及相应的常量，然后按图1-1所示完成程序框图的设计。
4，切换到前面扳设计窗口下，对控件进行排列布局和美观设计。
在前面板窗口的右上角右键单击LabVIEW 8.2图标，对子VI的连线板进行编辑(如图1-2所示)。
5，将设计好的子VI保存后退出。
图1-2双边频谱转换单边频谱子VI程序框图
图1-1
五．主要设计步骤
1，首先在程序框图上放一个while循环；,
2，在while里放置一个正弦信号，一个均匀白噪声两个FFT，两个ButteWorth滤波器，两个复数至极坐标的转换和一个等待时间的图标，同时放置放入两个数组，三个除法运算，一个乘法运算和一个加法运算，这些可以在程序框图上右击鼠标右键，在搜索中输入找到并拖拽到程序框图上。
3、在程序框图中放置数值常量，右击鼠标单击“转换为输入控件”，再右击鼠标将表示法变为DBL格式。
同理放置标签为lfSample, Sine Frequency (Hz), error的数值常量，但error控件不用“转换为输入控件”
4、在前面板搜索，“滑动杆”，选择“垂直填充滑动杆”，放置两个，将其中一个的标
签改为“截止波数”，另一个的标签改为“滤波器阶数”。
5、在前面板上放置布尔“停止按钮”，同时将其连线到while循环的停止端。
6、至此所有的图标控件己全部放置完毕，可以开始连线。
(连线时注意找好均匀白噪声，正弦信号，FFT和Butterworth滤波器图标的接线端数值常量可以右键单击创建常量即可)同时设置等待时间为50。
7、在前面板上放置四个波形图，在程序框图上右击“显示为图标”，作为输出控件连线。
8、在前面板上放置修饰上凸框
前面板
完整程序框图图1-0
六．运行结果
单击运行按钮，如图所示，在低通滤波器运行界面上可以观察到“仿真信号”、“滤波后信号”、“仿真信号频谱”和“滤波后信号频谱”控件中的图形显示。
改变各输入控件中的值，可以观察到各个“波形图”控件中的波形随之变化。
七．设计心得
这学期的课程设计，主要讲授了一些LabVIEW的基本操作和编程技巧，LabVIEW作为一门新式的以图形化编程的语言，不仅提供了简单易学的编程方法，而且提供了海量的可调用的模块，子vi，涉及到各个方面。
我对这一门高效简单的编程语言产生很大的兴趣，且从图书馆中借了一些相关应用的书，也在网上搜过教程。
从中学到了大量的技巧。
也越来越感到， LabVIEW入门很容易，如果要深入做下去，完成一个像样的工程，就必须懂得各方面的知识，
这是一门实践性很强的课，很多知识是从书上看来的，而且看完之后，自己还觉的不错，觉得自己已经掌握的很好，但真到实际做东西的时候，就会觉得困难重重，这时再去查书，便有了对知识的更深层次的理解。
而且我们能感受到老师对这门课的重视，通过让学生自己讲课的方式来，我们对LabVIEW有了更深的掌握。
学以促用,用以促学，我们感觉这也是这门课教给我们的重要知识带着问题学习才能学到真正的知识。