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1、 毕 业 设 计（论 文）题 目 基于LabVIEW的虚拟滤波器设计 姓 名 学 号 所在学院 专业班级 指导教师 日 期 2013 年 5 月 24 日 摘 要电子技术和计算机技术的快速发展促进了硬件软件化，使基于个人计算机的测控仪器虚拟仪器得到了快速的发展。虚拟仪器利用计算机强大的处理能力，使得其在智能化程度、处理能力和可操作性等方面均具有明显的技术优势，其应用范围也越来越广泛。LabVIEW是一种基于图形化编程语言的开发环境，为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境。本文首先用LabVIEW设计一个信号发生器，信号类型(如正弦波、方波、锯齿波等）、幅值、相位、频率等参数均可调，其次
2、，给信号发生器产生的信号加噪（如高斯白噪声、均匀白噪声、随机噪声等），要求噪声的幅值和采样信息等值均可调，然后，用LabVIEW设计一个虚拟数字滤波器要求滤波器的频带类型（如低通、高通、带通、带阻）、最佳特性逼近方式（巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等）、阶数以及高截止频率和低截止频率等参数均可调，将加噪后的波形通过所设计的虚拟滤波器，将它用波形图显示出来，最后，将原始信号与滤波后的信号进行傅里叶变换，在频域显示幅值和相位。比较加噪后的波形与滤波后的波形，发现噪声很大程度地滤除。关键词：虚拟仪器；滤波器；LabVIEW AbstractWith the rapid development of el
3、ectronic technology and computer technology, the hardware is oriented to software. The control instruments - the virtual instruments based on the personal computer are prompted rapidly. The virtual instruments have obvious advantages in the degree of intelligence, processing power and maneuverabilit
4、y because of the computers strong processing power. And their application is more wide. LabVIEW is a development environment based on the graphical programming. The convenient and relaxed design environment for virtual instrument designers is provided by using LabVIEW.In this paper, a signal generat
5、or is designed by using the LabVIEW at first. The signal generators signal type(sine, square, sawtooth, etc.), amplitude, phase, frequency and other parameters can be adjusted. Secondly, a noise(Gaussian white noise, uniform white noiserandom noise, etc.) is added into the signal. The amplitude of t
6、he noise and the type of the noise and sampling the information equivalents can be adjusted. Then a digital filter is designed by using the LabVIEW. The frequency band(low pass, high pass, band pass, band stop, etc.), the best characteristics of approximation way(Butterworth, Chebyshev, Bessel, etc.
7、), the number of order as well as the frequency of the high cut-off and low cut-off frequencyand other parameters can be adjusted. The wave into which the noise is added is tranferred to the virtual filter and then its displayed in the waveform. Finally, the original signal and the filtered signal a
8、re had the Fourier transform and displayed in the frequency domain concluding amplitude and phase. Comparing the original wave and the wave with the noise, we find that the noise is filtered at a large extent.Keywords: Virtual instrument; Wave filter; Labview 目录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 虚拟仪器的发展趋势11.
9、2 课题的目的及意义11.3 课题内容2第二章 LabVIEW与虚拟仪器32.1 虚拟仪器技术概述32.1.1 虚拟仪器的定义32.1.2 虚拟仪器的分类32.1.3 虚拟仪器与传统仪器比较的优势52.2 虚拟仪器开发平台72.3 LabVIEW中的基本概念82.4 本章小结9第三章 信号发生器103.1 测试信号的基本类型103.2 测试信号的分析处理103.3 在LabVIEW中设计信号发生器113.4 本章小结13第四章 滤波器 144.1 滤波器的概念 144.2 滤波器的分类144.3 理想滤波器174.4 实际滤波器的主要参数184.5 在LabVIEW中设计滤波器204.6 本章
10、小结22第五章 测试信号的频域分析与处理235.1 离散时间傅里叶变换及其LabVIEW实现235.1.1 数字信号处理中存在的误差及其解决办法235.1.2 DFT的快速计算工具FFT245.1.3 时域分析与频域分析的功能比较255.2 测试信号频谱分析及LabVIEW实现255.3 本章小结28第六章 设计实现296.1 设计的基本步骤296.2 在LabVIEW中实现设计总功能33致谢35参考文献36第一章 绪 论1.1 虚拟仪器的发展趋势虚拟仪器是现代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试(CAT)领域的一项重要技术1。虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测控系统硬件
11、资源和虚拟仪器软件资源三者的有效结合。测量仪器发展至今，大体经历了四代发展历程，即模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器和智能仪器。由于现代计算机技术和信息技术的迅猛发展，犹如滚滚长江东流水，冲击着国民经济的各个领域，也引起了测量仪器和测试技术的巨大变革。人们曾为测量仪器从模拟化、数字化到智能化的进步而欣喜，也为自动测试技术的日新月异的发展所鼓舞，当今虚拟仪器技术的出现又使得测量仪器进步入了高科技的殿堂。 与传统的仪器不同，虚拟仪器(Virtual Instrument)是基于计算机和标准总线技术的模块化系统，通常它是由控制模块、仪器模块和软件组成，在虚拟仪器中软件是至关重要的，仪器的功能都要通
12、过它来实现，因此软件是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”，从本质上反映了虚拟仪器的特征。 虚拟仪器应用程序的开发环境主要有两种。一种是基于传统的文本语言的软件开发环境，常用的有Lab Windows/CVI、Visual Basic、VC+等。另一种是基于图形化语言的软件开发环境，常用的有LabVIEW和Hp Vee。其中图形化软件开发系统是用工程人员所熟悉的术语和图形化符号代替常规的文本语言编程，界面友好，操作简便，可大大缩短系统开发周期，深受专业人员的青睐。1.2 课题的目的及意义近年来，以计算机为中心、以网络为核心的网络化测控技术与网络化测控系统得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防科
13、技领域。网络化的测控系统大体上由两部分组成：测控终端与传输介质，随着个人计算机的高速发展，测控终端的位置越来越多的被个人计算机所占据，其中，软件系统是计算机系统的核心，甚至是整个测控系统的灵魂，应用于测控领域的软件系统称为监控软件。传输介质组成的通信网络主要完成数据的通信与采集，这种数据采集系统是整个测控系统的主体，是完成测控任务的主力。因此，这种“监控软件数据采集系统”构架的测控系统结构在很多领域都得到了广泛的应用，并形成了一套完整的理论。现阶段，在雷达、地震、通讯、控制系统等越来越广泛的科学技术领域中都对实际所观察的信号提出了滤波和频谱分析的要求，然而，从测试现场采集到的信号中包含有对数据
14、处理有用的信号同时也包含各种频率的噪声，噪声的能量有时候甚至会超过信号的能量，因此我们迫切地需要一种软件，它可以代替硬件完成所需要的功能，提供一种虚拟滤波器，采集的信号通过滤波器，使特定频率范围的信号（有用信号）通过，而极大地衰减或抑制其他频率的信号（一般为噪声信号），提高信号分析的真实程度，然后才能对信号进行进一步处理。虚拟仪器彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面，以透明的方式把计算机资源和硬件测试能力结合起来，用户可以灵活地用鼠标或按键在计算机显示屏幕上操作虚拟仪器软面板的各种“旋钮”进行测试工作，并可以根据不同的测试要求通过窗口切换不同的虚拟仪器，或通过修改软件来改变
15、、增减虚拟仪器系统的功能与规模，我们可以通过它轻松地配置、创建、维护、修改各种解决方案，它满足了用户多种多样的需求，同时提高了工作效率、节省了硬件资源。随着计算机软硬件技术、通信技术以及网络技术的飞速发展，为虚拟仪器技术的发展提供了广阔的前景。在世界范围内，汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各领域均通过LabVIEW提高了应用开发的效率，其应用涵盖了从研发、测试、生产到服务的产品开发所有阶段2。虚拟数字滤波器的设计在电子测量领域中将会发挥极大的作用。1.3 课题内容1.用LabVIEW设计一个多功能信号发生器，产生正弦波（或者方波、锯齿波等基本波形），保存并显示波形。 要求：信号的类型、幅值、频率、相位和采样信息均可调。2.对信号加噪后显示其波形。 要求：噪声的幅值和采样信息均可
