基于LabVIEW的IIR 数字滤波器的设计

行行的语句，它由各种能完成一定功能的模块通过连线连接而成。当编写的LabVIEW 程序调试无误后，可将程序编译成应用程序（EXE 文件）。此时，设计的虚拟仪器可以脱离LabVIEW 开发环境，用户只需通过前面板进行控制和观测。

2.2 LabVIEW 中的数字滤波器

利用文本软件设计实现的滤波器在使用过程中往往出现难以调整波形系数，与硬件接口程序复杂，开发周期长等问题。而使用LabVIEW 设计的滤波器不仅设计简单，而且使用起来要比利用文本文件实现的滤波器方便得多。

LabVIEW 为设计者提供了FIR 和IIR 滤波器VI，使用起来非常方便，只需要输入相应的指标参数即可，不需要进行复杂的函数设计和大量的运算。滤波器VI 位于LabVIEW 流程图面板的Function>>Analyze>>Signal Processing>>Filters 上。

不同滤波器VI 滤波时均有各自的特点，因此它们用途各异。在利用LabVIEW 实现滤波功能时，选择合适的滤波器是关键，在选择滤波器时，可参照不同滤波器的特点，考虑滤波的实际要求来选择合适的滤波器[5]。各种滤波器的特点及选择滤波器的步骤见图1。

图1 滤波器选择步骤

3 基于LabVIEW 的数字滤波器设计实例

电力系统滤波器可以从电力信号中将所需频段的信号提取出来并将干扰信号滤除或大大衰减。利用LabVIEW 可以设计出满足电力系统需要的滤波器，图2为利用LabVIEW 设计的IIR 数字滤波器前面板，前面板上有参数设置、波形显示两个区域。在参数设置区域有六个设置项：滤波器选择、滤波器类型、下截止频率、上截止频率、采样频率、阶次、纹波、衰减；选择的滤波器不同时，需要设置的项也不同。波形显示区域用于显示滤波前后的波形，在此区域可直观地看出滤波效果。

图2 数字滤波器前面板

滤波器的输入信号是从电力系统中采集的，信号中含有频率为50Hz，有效值为220V 的基频分量，和频率为100Hz、150Hz、200Hz 的二次、三次、四次谐波。现欲提取出基频分量，滤去高次谐波，采用低通滤波方式滤波，滤波阶次为8 阶，纹波为0.1，衰减为60，下截止频率为50Hz，分别采用巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、切比雪夫Ⅱ滤波器、椭圆滤波器和贝塞尔滤波器滤波，滤波器的输入信号与不同滤波器的输出波形如图3 所示。由图3 可以看出采用不同的滤波器滤波，滤波效果是不同的。在此实例中，巴特沃思滤波器和切比雪夫滤波器的滤波效果相对较好；而切比雪夫Ⅱ滤波器的滤波延迟时间较长；贝塞尔滤波器滤波的衰减较大。因此，要根据不同的工况要求来选择合适的滤波器滤波。

　　4 结论

利用LabVIEW 实现的数字滤波，采用了图形语言编程，与采用文本语言编程相比，能缩短40%～70%的开发时间；与硬件仪器相比，又具有容易调整滤波器类型、降低成本、滤波效果直观等优点。基于LabVIEW 编写的程序还可以将其作为子程序在其他虚拟仪器系统中调用，大大增强了程序的通用性。