数字滤波器的设计原理及软件设计流程

来计算两个滤波器的频率响应函数。

　　模块二：使用低通滤波器提取正弦波模块。通常微机应用系统的输入信号中会不可避免地受到各种噪声的干扰，可以采用数字滤波方法对其予以削弱或滤除。本模块输入信号为一个正弦波，并加入一个白噪声来模拟信号传输中的干扰信号。在设计过程中，使用巴特沃斯低通滤波器滤除噪声分量，从而达到提取正弦波的目的。该模块程序中共有两个巴特沃斯滤波器。首先调用SinePatternvi子程序和UniformWhiteNoisevi子程序产生一个正弦波和均匀分布的白噪声（用来模拟实际混入的干扰信号），干扰信号通过一个巴特沃斯高通滤波器，生成一个高频噪声并与正弦信号叠加，用来模拟含有噪声的采样序列，该信号再经过一个巴特沃斯低通滤波器，进而实现正弦波提取。

图3 模块二程序图

　　通过仿真实验可以证实，当滤波器的阶次较高时，系统的频率响应速度越快，阶次越高就越接近理想特性。本例选用巴特沃斯滤波器，它拥有最平滑的频率响应，在截断频率以外，频率响应单调下降。在通带中是理想的单位响应，在阻带中响应为零。巴特沃斯滤波器的优点是具有平滑的单调递减的频率响应，缺点是通带与阻带之间过渡缓慢。相比之下，切比雪夫滤波器的幅度特性在通带中具有这种等波纹特性，并且阶次越高等波纹也相应增加，同时阻带内衰减也相应增加。基于LabVIEW的数字滤波器设计，使得滤波后噪声得到了有效抑制，滤波效果良好。

4 FIR数字滤波器

FIR数字滤波器设计原理：FIR滤波器就是用-表示的多项式，使其在单位圆上的特性逼近要求的频率特性。FIR滤波器的设计任务就是给定要求的频率特性，按照一定的最佳逼近准则，选取多项式系数h（n），即滤波器的单位抽样响应及阶数N,使得频率特性满足设计要求。通常FIR滤波器设计有三种方法：窗函数加权法、频率采样设计和切比雪夫等波纹逼近法。这里通过窗函数加权法来设计。

图4 程序框图

　　本设计采用窗函数法，利用前面板用于设置输入数值和观察输出量，来模拟真实滤波器的前面板。由于虚拟面板直接面向用户，是虚拟滤波器控制软件的核心。实际中的待测信号可以由数据采集卡实时采集滤波，也可以由数据采集卡采集后保存为LabVIEW所能够识别的文件形式，之后再由LabVIEW进行分析滤波。在这里用基本的信号（正弦波，余弦波，方波）来模拟原始信号。程序采用窗函数法的计算流程，将窗函数与需要滤波的信号进行卷积实现信号的滤波。

图5 程序框图

　　使用者可对原始信号，噪声信号和滤波器参数进行设置。原始信号的波形图，滤波的结果都可得到实时显示。这样，在程序成功的运行后就可以从显示区得到结果，使结果更为直观地反映出来。

　　5 结论

　　数字滤波器可以通过编程实现各种不同系统，满足不同的需要，也可以随时改动系数，调整滤波器参数，选择最佳方案。使用LabVIEW软件平台开发电气参数测量仪等虚拟仪器，实现了更高的效率，节省了更多的硬件开销，方便了系统的维护和减轻了仪器更新的负担。使用虚拟仪器逐步代替传统仪器已经成为测试领域发展的趋势。但是在实际应用中，仍要根据具体情况进行程序的优化和软硬件的结合，使虚拟仪器发挥更高的性能。