1、 . . . 本科畢業(yè)設(shè)計論文題 目 基于LabVIEW軟件的控制界面 設(shè)計 39 / 51畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢

2、業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳荨Ｗ髡吆灻?日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)

3、保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注意事項1.設(shè)計（論文）的容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類

4、設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體與大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開

5、題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它摘要目前LabVIEW是一款領(lǐng)先的圖形化系統(tǒng)設(shè)計軟件，在測試技術(shù)領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用。作為一種圖形化開發(fā)平臺，LabVIEW也提供了相當(dāng)豐富的信號分析處理模塊。本文設(shè)計的就是一款基于LabVIEW軟件的數(shù)據(jù)分析控制界面軟件，該軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取、信號生成、信號分析、信號處理等功能。本文首先介紹了虛擬儀器的組成特點以與LabVIEW的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用，然后介紹了數(shù)據(jù)分析控制界面的幾個模塊，包括數(shù)據(jù)操作模塊、信號FFT變換模塊、信號濾波處理模塊以與具體的Chirp信號分析模塊。本文各個模塊的具體功能在LabVIEW環(huán)境里都得到實際實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：Lab

6、VIEW 虛擬儀器 信號分析ABSTRACTLabVIEW is an advanced graphical system design software at present. It has a very wide range of applications in testing technology.As a graphical development platform，it also provides a wealth of signal analysis and processing module.This paper presents a data analysis control

7、interface based on LabVIEW，for data reading, signal generation, signal analysis, a few signal processing functions. This work first introduces the virtual instrument and the development status and application of LabVIEW. It introduces the data analysis control interface of several modules, including

8、 the data manipulation module, the FFT transform module, the filter processing module and the specific Chirp signal analysis module. In this work, the specific functions of each module have been run successfully in LabVIEW environment.Keywords: LabVIEW virtual instrument signal analysis目錄第一章 緒論11.1

9、虛擬儀器的概述11.1.1 虛擬儀器的概念11.1.2虛擬儀器的組成21.1.3虛擬儀器的特點31.1.4 虛擬儀器的發(fā)展趨勢41.2 LabVIEW的概述41.2.1 什么是LabVIEW41.2.2 LabVIEW的特點與功能51.2.3 LabVIEW的優(yōu)勢51.3 本章小結(jié)與論文容小結(jié)6 第二章 數(shù)據(jù)分析控制界面總體結(jié)構(gòu)設(shè)計72.1 界面設(shè)計原則72.2本文界面模塊設(shè)計8第三章 數(shù)據(jù)操作模塊的設(shè)計93.1文件I/O簡介93.1.1 絕對路徑與相對路徑93.1.2文件引用句柄93.1.3流盤93.2 常用文本類型103.3基于labview的文本數(shù)據(jù)讀取123.3.1 隨機高斯序列的生成

10、與保存123.3.2 labview的數(shù)據(jù)讀取13第四章FFT變換模塊的設(shè)計174.1 DFT的定義174.2 DFT的應(yīng)用174.2.1 用DFT計算線性卷積184.2.2 用DFT對連續(xù)信號進(jìn)行譜分析194.3快速傅里葉（FFT）運算194.3.1 FFT定義194.3.2 FFT的主要應(yīng)用204.4 基于labview的FFT實現(xiàn)21圖4.4.1結(jié)構(gòu)框圖224.4.1 前面板的設(shè)計224.4.2程序框圖設(shè)計234.4.3 運行程序24第五章濾波處理模塊的設(shè)計255.1濾波與濾波器簡介255.2濾波器分類255.3.1 數(shù)字濾波器的基本原理263）IIR數(shù)字濾波器算法275.3.2 數(shù)字濾

11、波器的優(yōu)點285.3.3數(shù)字濾波器技術(shù)要求285.3.4巴特沃斯低通數(shù)字濾波器的特性295.4 基于labview的信號濾波305.4.1前面板設(shè)計305.4.2程序框圖設(shè)計315.4.3運行程序32第六章 線性調(diào)頻信號分析336.1線性調(diào)頻信號336.2 線性調(diào)頻信號的DFT分析346.2.1產(chǎn)生信號346.3 chirp添加高斯噪聲后頻率分析356.4 chirp信號總體設(shè)計376.4.1前面板設(shè)計376.4.2程序框圖設(shè)計37致39參考文獻(xiàn)41第一章 緒論1.1 虛擬儀器的概述隨著電子、計算機技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，這些技術(shù)已經(jīng)深入到測量領(lǐng)域中，儀器技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的變化。從

12、最初的模擬儀器到現(xiàn)在的數(shù)字化儀器、嵌入式系統(tǒng)儀器和智能儀器，新的測試?yán)碚摗y試方法不斷應(yīng)用于實踐，儀器技術(shù)領(lǐng)域的各種創(chuàng)新積累使現(xiàn)代測量儀器的性能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，在此基礎(chǔ)上，儀器的概念和形式慢慢發(fā)生了變化，出現(xiàn)了一種全新的儀器概念虛擬儀器（Virtual Instrumentation,VI）。1.1.1 虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念最早是由美國國家儀器公司（National Instruments，NI）在1986年提出的。從20世紀(jì)80年代中期微軟公司W(wǎng)indows操作系統(tǒng)的出現(xiàn)開始，計算機操作系統(tǒng)的圖形支持功能得到了很大的提升。1986年，NI公司推出了圖形化的虛擬儀器編程環(huán)境LabVIE

13、W，標(biāo)志著虛擬儀器設(shè)計軟件平臺基本成型。虛擬儀器是基于一種計算機的數(shù)字化自動測試儀器系統(tǒng)，它通過軟件將計算機硬件資源（如微處理器、存和顯示器等）與儀器硬件資源（如A/D、D/A、I/O和信號調(diào)理等）結(jié)合起來，使操作人員可以通過友好的圖形界面與圖形化編程語言控制儀器進(jìn)行，完成對被測試量的采集、分類、判斷、顯示、存儲與數(shù)據(jù)生成。VI通過把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合起來，大大縮小了儀器硬件的體積和成本，而且它通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲與分析處理，從而實現(xiàn)各種測量和測試1。1.1.2虛擬儀器的組成虛擬儀器由通用儀器硬件平臺和應(yīng)用軟件兩大部分組成。構(gòu)成虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一

14、般分為計算機硬件平臺和接口設(shè)備。硬件平臺可以是臺式機，筆記本電腦，工作站，嵌入式計算機等。計算機管理著虛擬儀器的軟，硬件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。計算機在顯示，存儲，處理性能，網(wǎng)絡(luò)，總線標(biāo)準(zhǔn)等方面的發(fā)展，促進(jìn)了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展2。I/O接口設(shè)備是為計算機配置的電子測量儀器硬件模塊，主要包括各種傳感器、信號調(diào)理、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）、數(shù)據(jù)采集器（DAQ）等。虛擬儀器的核心思想就是使本來需要硬件或電路實現(xiàn)的技術(shù)虛擬化和軟件化，盡可能地降低系統(tǒng)成本?；谲浖谔摂M儀器系統(tǒng)中的重要作用，虛擬儀器的軟件框架包括三個部分：接口軟件，儀器驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件。接口軟件

15、是為虛擬儀器驅(qū)動層提供信息傳遞的底層軟件，是實現(xiàn)靈活、開放虛擬儀器的基礎(chǔ)。接口軟件就是直接對儀器進(jìn)行控制，完成對數(shù)據(jù)的讀寫操作。由于儀器硬件的種類繁雜，為了確保硬件的實用性，接口軟件需要提供獨立于硬件的I/O接口。儀器驅(qū)動程序是連接虛擬儀器應(yīng)用軟件與接口軟件的橋梁，它的作用是為虛擬儀器應(yīng)用軟件層提供抽象的儀器操作集。對于虛擬儀器應(yīng)用軟件來說，對儀器的操作是通過調(diào)用虛擬儀器驅(qū)動提供唯一的接口實現(xiàn)的；而虛擬儀器驅(qū)動又是通過調(diào)用接口軟件所提供的單一接口來實現(xiàn)的。應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動程序之上，直接面對操作用戶，提供了快捷，友好的操作界面以與豐富的圖形、圖表等數(shù)據(jù)顯示方式。虛擬儀器本身不進(jìn)行任何數(shù)據(jù)處

16、理，它只對虛擬儀器驅(qū)動進(jìn)行調(diào)用。1.1.3虛擬儀器的特點虛擬儀器集傳統(tǒng)儀器與計算機之長，擁有PC技術(shù)的優(yōu)點。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較，具有很多優(yōu)勢，表1.1比較了二者的區(qū)別：表1.1虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較項目虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開發(fā)維護(hù)費用軟件使得其開發(fā)與維護(hù)費用降至最低開發(fā)與維護(hù)開銷高技術(shù)更新周期技術(shù)更新周期短（12年）技術(shù)更新周期長（510年）系統(tǒng)升級因為是軟件，系統(tǒng)性能升級方便，下載升級程序即可因為是硬件，所以升級成本高，而且升級必須上門服務(wù)價格價格低，儀器間資可重復(fù)配置和重復(fù)利用價格昂貴，儀器間一般無法互相利用儀器功能用戶能夠根據(jù)自己的需要定義儀器的功能，可以靈活多變只有廠商能定義儀器功能

17、，功能不能改變，過于單一結(jié)構(gòu)開放性開放式的結(jié)構(gòu)，靈活，可與計算機技術(shù)保持同步，有很多支持廠家封閉、固定，兼容性差互聯(lián)性能與網(wǎng)絡(luò)與其他周邊設(shè)備方便互聯(lián)的、面向應(yīng)用的儀器系統(tǒng)功能單一、互聯(lián)有限的獨立設(shè)備操作界面圖形化界面，操作簡單顯示功能單一，操作不便通用性方便構(gòu)成分布式測試系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷設(shè)備之間通用性差，連接復(fù)雜 通過比較我們可以發(fā)現(xiàn)，虛擬儀器在處理能力、智能化程序、性價比和可操作性等多個方面具有明顯的優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在以下三個方面： 1）更加智能化，處理能力優(yōu)秀。虛擬儀器的智能化程度和處理能力主要由儀器軟件水平?jīng)Q定。我們可以根據(jù)現(xiàn)實中的實際需求，將先進(jìn)的信號處理算法、專家系統(tǒng)、人工智

18、能技術(shù)應(yīng)用于儀器設(shè)計與集成，從而把智能儀器水平提高。 2）復(fù)用性強，系統(tǒng)費用低。根據(jù)虛擬儀器思想，我們可以用一樣的基本硬件來構(gòu)造不同功能的測試分析儀器，設(shè)計出數(shù)字濾波器、計數(shù)器等多種儀器。這些測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、系統(tǒng)費用更低。而且它通過與計算機網(wǎng)絡(luò)連接，還可以實現(xiàn)分布式共享，從而更好的發(fā)揮儀器的使用價值。 3）可操作性強。用戶可以定義虛擬儀器面板，針對不同的應(yīng)用設(shè)計不一樣的操作顯示接口。計算機的多媒體處理能力的更多利用使儀器操作更加直觀、簡便，而且測量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或者通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。1.1.4 虛擬儀器的發(fā)展趨勢 隨著計算機技術(shù)、儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷完善，虛擬儀器技術(shù)也

19、在向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器正在興起，這都得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)的結(jié)合。VI服務(wù)器實際上就是運行了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和VI應(yīng)用的計算機，服務(wù)器收到請求運行相應(yīng)的VI，并將結(jié)果返回到客戶機。使用網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，可以隨時隨地獲取測試數(shù)據(jù)。 虛擬儀器的崛起標(biāo)志著測試儀器技術(shù)的革命性飛躍，是儀器領(lǐng)域嶄新的里程碑。有了虛擬儀器，現(xiàn)代測控系統(tǒng)更靈活、更經(jīng)濟、功能更強。虛擬儀器在我國的研究開發(fā)有著非常重大的意義，廣泛采用虛擬儀器技術(shù)有助于提升我國儀器的整體水平，節(jié)省人力物力。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器將會逐漸取代傳統(tǒng)測試儀器而成為測試儀器的主流。1.2 LabVIEW的概述1

20、.2.1 什么是LabVIEWLabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的縮寫，是一款使用圖形符號來編寫程序的編程環(huán)境。在這方面，它不同于傳統(tǒng)的編程語言，如C、C+或Java，這些語言使用文本方式編程。LabVIEW它不僅是一款編程語言，還是科學(xué)家和工程師等設(shè)計的一種編程開發(fā)環(huán)境和運行系統(tǒng)，編程只占據(jù)這些人員工作的一部分。LabVIEW開發(fā)環(huán)境可以運行在Windows、Linux或Mac系統(tǒng)的計算機上。使用LabVIEW功能強大的圖形編程語言能夠提高編程效率，這種語言叫做G語言，即圖形編程語言。使用傳統(tǒng)的編程語言需要花

21、費幾周甚至幾個月才能編寫好的程序，用LabVIEW僅僅需要幾個小時就能完成。因為LabVIEW是專為測量、數(shù)據(jù)分析并提交結(jié)果而設(shè)計的，且LabVIEW擁有如此功能眾多的圖形用戶界面又易于編程，使得它對于仿真、結(jié)果顯示、通用編程，甚至學(xué)習(xí)基本編程概念也同樣是很理想的語言。LabVIEW提供了很多外觀類似傳統(tǒng)儀器的控件，這些可以用來方便的創(chuàng)造用戶界面。用戶界面在LabVIEW里面稱為前面板。前面板設(shè)計完成后就可以使用VI或圖形化函數(shù)節(jié)點在程序框圖添加源代碼來對前面板上的控件加以控制。1.2.2 LabVIEW的特點與功能LabVIEW是一種圖形化編程語言，它已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)界、學(xué)術(shù)界，稱為一

22、個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、RS-232、VXI和RS-485協(xié)議的硬件與數(shù)據(jù)采集卡通信的所有功能。而且它還擁有便與應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)，LabVIEW功能強大且靈活。利用它可以方便的建立自己的虛擬儀器。G語言也就是圖形化的程序語言，使用G語言編程時，流程圖基本取代了程序代碼。它很大程度利用了人們所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，所以說，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具軟件。它可以增強用戶構(gòu)建自己系統(tǒng)的能力，提供實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的快捷途徑。LabVIEW的出現(xiàn)提高了虛擬儀器的開發(fā)效率，降低了對開發(fā)工作人員的要求。La

23、bVIEW提供的交互式的圖形化開發(fā)環(huán)境是開發(fā)者可以用簡單的操作獲得復(fù)雜的功能。作為基于圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境，LabVIEW自然、簡潔、直觀的程序開發(fā)方式大大的降低了學(xué)習(xí)難度。開發(fā)者可以通過各種交互式的控件、對話框、函數(shù)模塊、菜單進(jìn)行編程。1.2.3 LabVIEW的優(yōu)勢LabVIEW作為一種可視化工具更易被大眾接受，LabVIEW的優(yōu)勢表現(xiàn)在：1）提供了豐富多彩的圖形控件，采用了圖形化的編程方法，這樣我們就可以從復(fù)雜枯澀的文件編程工作中解放出來。2）采用數(shù)據(jù)流模型，實現(xiàn)了自動的多線程，從而能充分利用處理器（尤其是多處理器）的處理能力。3）建有編譯器，能在用戶編寫程序的同時自動完成編譯，因此

24、如果用戶在編寫程序的過程中有語法錯誤，就能立即在顯示器上顯示出來。4）通過DLL、CIN節(jié)點、ActiveX、.NET或MATLAB腳本節(jié)點等技術(shù)，能夠輕松實現(xiàn)LabVIEW與其他編程語言的混合編程。5）建了600多個分析函數(shù)用于數(shù)據(jù)分析和信號處理。 6）通過應(yīng)用程序生成器可以輕松地發(fā)布可執(zhí)行程序、動態(tài)庫或安裝包。 7）提供了大量的驅(qū)動和專用工具，幾乎能夠與任何接口的硬件輕松連接。 8）NI同時提供了豐富的附加模塊，用于擴展LabVIEW在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如實時模塊、PDA模塊、數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控（DSC）模塊、機器視覺模塊與觸摸屏模塊。1.3 本章小結(jié)與論文容小結(jié)本章首先介紹了虛擬儀器的概念、構(gòu)

25、成、特點、發(fā)展趨勢，對比了它與傳統(tǒng)儀器，得出它的相對優(yōu)勢。然后介紹了LabVIEW基本概念、特點、功能、應(yīng)用和它的優(yōu)勢所在。論文其它章節(jié)的容如下：第二章為數(shù)據(jù)分析控制界面總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，介紹了界面的設(shè)計原則、界面的美化、界面的模塊設(shè)計；第三章為數(shù)據(jù)讀取與簡單分析模塊，介紹了文本文件的讀取轉(zhuǎn)換，然后將波形轉(zhuǎn)換成柱狀圖進(jìn)行觀察；第四章為FFT模塊，對生成的信號進(jìn)行傅里葉變換，第五章為濾波處理模塊，對含有噪聲信號進(jìn)行濾波處理，提取波形；第六章為chirp信號分析模塊，對chirp信號進(jìn)行DFT分析、添加噪聲然后頻率分析以與信號疊加然后頻率分析。第二章 數(shù)據(jù)分析控制界面總體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 界面設(shè)計原則界

26、面設(shè)計不像數(shù)學(xué)運算那樣有明確的公式可循，界面設(shè)計本身就是一個關(guān)于藝術(shù)設(shè)計的美感問題。在具體的設(shè)計過程中，不但要掌握用戶的口味，還要注意應(yīng)用的場合。一般在界面設(shè)計時遵循如下原則：41） 界面設(shè)計要符合人們的習(xí)慣設(shè)計界面符合人們的習(xí)慣，這樣當(dāng)軟件交到用戶手里，用戶可以根據(jù)本身已有的經(jīng)驗與知識對新軟件進(jìn)行快速的掌握。2） 界面設(shè)計要簡單明了推薦對控件進(jìn)行分類，功能類似的放在界面的同一區(qū)域，比如將命令和控制按鈕放在一起，狀態(tài)顯示放在一起；布局合理，主次要分明。重要和常用的控件放在界面顯眼的位置。不常用的控件可以使用模塊化，在平常時隱藏，需要用到時再調(diào)用。按閱讀習(xí)慣布局控件。人們的閱讀習(xí)慣一般是從左往右

27、，從上到下。3） 界面配色要適當(dāng)適當(dāng)?shù)慕缑媾渖梢越o人賞心悅目的感覺，但要注意界面的顏色不宜過多，一般在三種顏色左右比較合適。功能相近的元素使用同一色系的顏色，需要重點突出的容用特別的顏色。2.2本文界面模塊設(shè)計本文設(shè)計的數(shù)據(jù)分析控制界面包含一共包含四個個模塊，分別是數(shù)據(jù)操作、FFT變換、濾波處理、chirp信號分析。主界面采用Tab控件控制界面，利用屬性節(jié)點與Tab控件控制界面的顯示實現(xiàn)通過屬性節(jié)點來控制Tab控件標(biāo)簽頁的目的。我們需要創(chuàng)建四個事件結(jié)構(gòu)，每個事件結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個按鈕的單擊事件。當(dāng)單擊按鈕時，選擇相應(yīng)的標(biāo)簽頁。主界面如圖2.2.1所示：圖2.2.1數(shù)據(jù)分析控制界面第三章 數(shù)據(jù)操作模

28、塊的設(shè)計3.1文件I/O簡介 運用LabVIEW編寫程序的過程中，我們經(jīng)常需要存儲數(shù)據(jù)或讀取數(shù)據(jù)，這就需要有文件的I/O過程。LabVIEW中提供了對多種文件類型格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀/寫操作的函數(shù)，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與讀取4。3.1.1 絕對路徑與相對路徑 文件路徑分為絕對路徑和相對路徑。絕對路徑指文件在磁盤中的位置，LabVIEW可以通過絕對路徑訪問在磁盤中的文件；相對路徑指相對于一個參照位置的路徑，相對路徑必須最終形成絕對路徑才能訪問磁盤中的文件。LabVIEW中，路徑可以是有效的路徑名、空值或非路徑。非路徑LabVIEW提供的一種特殊路徑，是路徑操作失敗時的返回值。3.1.2文件引用句柄 句

29、柄是一種標(biāo)識符，文件引用句柄是LabVIEW區(qū)分文件的一種標(biāo)識符，用于對文件進(jìn)行操作。打開一個文件時，LabVIEW會生成一個指向該文件的引用句柄，以后對文件的操作都通過引用句柄來實現(xiàn)。文件引用句柄包含文件的位置、大小和讀寫權(quán)限等信息。3.1.3流盤流盤是一項進(jìn)行多次寫操作時保持文件打開的技術(shù)，可以循環(huán)使用。流盤操作可以減少函數(shù)因打開和關(guān)閉文件而產(chǎn)生的與操作系統(tǒng)交互的次數(shù)，從而節(jié)省存資源。流盤操作還可避免頻繁地打開和關(guān)閉同一文件，可提高VI效率。如果將路徑控件或常量連接至寫入文本文件函數(shù)，寫入二進(jìn)制文件函數(shù)或?qū)懭腚娮颖砀裎募瘮?shù)，則函數(shù)將在每次運行VI時打開、關(guān)閉文件，增加了系統(tǒng)占用。對于速度

30、要求高，時間持續(xù)長的數(shù)據(jù)采集，流盤是一種理想的方案，因其可以在數(shù)據(jù)采集的同時將數(shù)據(jù)連續(xù)寫入文件中。為獲取更好的效果，在采集結(jié)束前應(yīng)避免運行其他VI和函數(shù)（如顯示VI和函數(shù)等）。在循環(huán)之前放置打開/創(chuàng)建/替換文件函數(shù)，在循環(huán)部放置讀或?qū)懞瘮?shù)，在循環(huán)之后放置關(guān)閉文件函數(shù)，即可創(chuàng)建一個典型的流盤操作。此時，只有讀寫操作在循環(huán)部進(jìn)行，從而避免產(chǎn)生重復(fù)打開、關(guān)閉文件的系統(tǒng)占用。3.2 常用文本類型LabVIEW用于測控領(lǐng)域時，通常需要對不同類型的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行實時存儲，以供日后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理、波形回放和生成各種類型的報表。LabVIEW提供了豐富的文件類型用于滿足用戶對存儲格式的需求，常用的文件類型有以

31、下幾種。1） 文本文件 文本文件是最常用的文件類型，LabVIEW提供兩種方式創(chuàng)建文本文件：一種方式就是使用打開/創(chuàng)建/替換文件函數(shù)，另一種方式更簡便的方法是使用文本文件寫入函數(shù)和讀取文本文件函數(shù)，如圖3.2.1和3.2.2所示：圖3.2.1寫入文本文件函數(shù)圖3.2.2讀取文本文件函數(shù)2）電子表格文件 電子表格文件是一種特殊的文本文件，它將文本信息格式化，并在格式中添加了空格、換行等特殊標(biāo)記，以便于被Excel等電子表格軟件讀取。使用LabVIEW提供的電子表格函數(shù)可以方便地實現(xiàn)表格的生成和讀寫操作。電子表格函數(shù)的簡要說明如圖3.2.3和3.2.4所示：圖3.2.3寫入電子表格文件圖3.2.4

32、讀取電子表格文件3）二進(jìn)制文件在眾多的文件類型中二進(jìn)制文件是存取速度最快、格式最緊湊、冗余數(shù)據(jù)最少的文件存儲格式，在高速數(shù)據(jù)采集時常用二進(jìn)制格式存儲文件，以防止文件生成速度大于存儲速度的情況發(fā)生。二進(jìn)制文件函數(shù)的簡要說明如圖3.2.5和3.2.6所示：圖3.2.5寫入二進(jìn)制文件圖3.2.6讀取二進(jìn)制文件3.3基于labview的文本數(shù)據(jù)讀取 本模塊實現(xiàn)的功能是LabVIEW讀取已保存的文本文件數(shù)據(jù)，生成波形和柱狀圖，然后對波形進(jìn)行分析，得到信號的基本參數(shù)。文本數(shù)據(jù)是由Matlab軟件生成的高斯分布序列。3.3.1 隨機高斯序列的生成與保存程序代碼如下y=randn(1,2500); y=y/s

33、td(y); y=y-mean(y); a=0.0128; b=sqrt(0.9596); y=a+b*y;就得到了N(0.0128,0.9596)的高斯序列，然后保存成文本文件如圖3.3.1所示：圖3.3.1高斯序列文件數(shù)據(jù)3.3.2 LabVIEW的數(shù)據(jù)讀取1） 前面板設(shè)計 放置數(shù)值控件、布爾控件、數(shù)組控件與圖形控件。執(zhí)行“控件新式數(shù)組、矩陣和簇數(shù)組”添加一個簇，命名為信號參數(shù)，和“控件新式數(shù)值數(shù)值顯示控件”操作，添加三個控件，分別命名為“算術(shù)平均”、“方差”、“采樣點數(shù)”； 執(zhí)行“控件新式圖形波形圖”操作，添加兩個波形圖控件并分別命名為“原始信號”和“柱狀圖”。前面板設(shè)計圖3.3.2所示

34、：圖3.3.2數(shù)據(jù)操作界面2） 程序框圖設(shè)計 程序框圖如圖3.3.3所示：圖3.3.3數(shù)據(jù)操作程序框圖其中的子VI為數(shù)據(jù)讀取操作，子VI的程序框圖如圖3.3.4所示：圖3.3.4讀取文本文件3） 運行程序 運行程序，觀察到生成的高斯序列波形和其柱狀圖，觀察到波形算術(shù)平均值、方差、采樣點數(shù)以與不同幅值的點數(shù)分布情況。運行結(jié)果如圖3.3.5所示：圖3.3.5數(shù)據(jù)操作運行界面第四章FFT變換模塊的設(shè)計4.1 DFT的定義傅里葉變換是數(shù)學(xué)信號處理中常用的重要數(shù)學(xué)變換，離散傅里葉變換（簡稱DFT）是針對有限長序列的，DFT的實質(zhì)是有限長序列傅里葉變換的有限點離散采樣，這樣開辟了頻域離散化的道路，使得數(shù)字

35、信號處理可以在頻域采用數(shù)字運算的方法來進(jìn)行，數(shù)字信號處理變得更加靈活。另一方面，DFT的多種快速算法使信號的實時處理的設(shè)備的簡化得以實現(xiàn)，因此，時域離散系統(tǒng)的研究與應(yīng)用代替了傳統(tǒng)的連續(xù)時間系統(tǒng)。所以說，DFT在理論和各種信號處理中都有很重的意義。 設(shè)是長度為的有限長序列，其點離散傅里葉變換定義為：， k=0，1,2，.，N-1的離散傅里葉逆變換IDFT（Inverse Discrete Fourier Transform，簡稱IDFT）為 ， n=0,1,2，.，N-1 式中， ,N稱為DFT變換區(qū)間長度，NM。54.2 DFT的應(yīng)用 DFT在數(shù)字通信、仿真、圖像處理、語音信號處理、雷達(dá)理論、

36、功率譜分析、光學(xué)、地震、系統(tǒng)分析以與醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域都有著廣泛地應(yīng)用。此處主要介紹DFT計算卷積和相關(guān)系數(shù)的基本原理以與DFT對連續(xù)信號和序列進(jìn)行譜分析等基本的應(yīng)用。4.2.1 用DFT計算線性卷積 循環(huán)卷積可在時域直接計算，也可以在頻域計算，如框圖所示： DFT DFT IDFT在實際應(yīng)用中，為了分析時域離散線性非移變系統(tǒng)或者對系列進(jìn)行濾波處理等，需要計算兩個序列的線性卷積。假設(shè)和都是有限長序列，長度分別是N和M。它們的線性卷積和循環(huán)卷積分別表示如下： 其中，所以得出由此說明等于以L為周期的周期延拓序列的主值序列。的長度為N+M-1，所以只有當(dāng)循環(huán)卷積長度時，以L為周期進(jìn)行周期延拓才沒有混疊現(xiàn)

37、象。此時滿足。由此證明了循環(huán)卷積等于線性卷積的條件是。4.2.2 用DFT對連續(xù)信號進(jìn)行譜分析信號進(jìn)行頻譜分析就是計算信號的傅里葉變換。計算機不方便對連續(xù)信號與系統(tǒng)的傅里葉分析進(jìn)行計算，而DFT是一種時域和頻域均離散化的變換，非常適合計算機進(jìn)行數(shù)值運算，因此DFT在分析離散信號和系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用。用DFT作頻譜分析，只能處理有限時寬的信號。實際經(jīng)常遇到的連續(xù)信號如圖像、聲音、電壓、電流等，其頻譜函數(shù)也是連續(xù)函數(shù)。數(shù)字計算機難于處理，對模擬信號進(jìn)行處理，必須對作時域采樣以與作DFT，得到。是的傅里葉變換在頻率區(qū)間上的N點等間隔采樣，其中的數(shù)字域頻域采樣間隔為，對應(yīng)的模擬頻域采樣間隔為,F也定義

38、為頻率分辨率。上述分析表明，對連續(xù)頻譜進(jìn)行數(shù)字處理時，即會遇到時域采樣，也要處理頻域采樣，如圖4.2.1所示：時域采樣DFT（頻域采樣）圖4.2.1 用DFT做頻譜分析4.3快速傅里葉（FFT）運算4.3.1 FFT定義快速傅里葉變換（FFT）是計算DFT的一種快速高效的算法，通過FFT可以將信號從時域轉(zhuǎn)換到時域。采樣就是模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號的過程，根據(jù)采樣定理，采樣頻率必須大于2倍信號中最高頻率成分才能保證采樣以后信號頻譜形狀不失真。我們假設(shè)采樣頻率為f，采樣點數(shù)M，那么FFT結(jié)果顯示就是一個M點的復(fù)數(shù)，每一個點就對應(yīng)著相應(yīng)的那個頻率點，某個點m點表示的頻率為：。4.3.2 F

39、FT的主要應(yīng)用作為一種分析信號的方法，它不僅可以分析信號成分，同時也可以利用這些成分合成信號，信號的成分可以是各種各樣的波形，例如方波、正弦波等，由此傅里葉變換的應(yīng)用主要有以下幾個方面：1） 語音信號處理 我們對對語音信號進(jìn)行FFT變換，將其從時域變換到頻域，這樣可以更加直觀地觀察到它的頻譜分布、寬度等信息，同時也有利于接下來設(shè)計各種濾波器、編碼與識別方式、調(diào)制模式。我們生活中可以看到很多FFT在語音信號處理方面的應(yīng)用，例如語音識別（刑偵、防盜門系統(tǒng)）、聲音模擬（候鳥、魚群的遷徙引導(dǎo)等）、話音偽裝（模仿游戲等）。2）圖像處理 FFT在圖像處理中的應(yīng)用主要包括圖像保存、圖像濾波、圖像增強和圖像復(fù)

40、原四個方面。 圖像保存：圖像保存就是通過FFT我們可以將將圖像分解為一組逐漸減小的正交歸一圖像，圖像具有很高的壓縮比能夠在不引入任何失真的情況下將原始數(shù)據(jù)完全恢復(fù)。因此我們可以利用FFT將一幅圖像以一種更緊湊的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼，同時保持?jǐn)?shù)據(jù)的不丟失。 圖像濾波：在進(jìn)行FFT變換后，若在進(jìn)行反變換之前對變換域進(jìn)行選擇，圖像就可以進(jìn)行濾波處理。 圖像增強：FFT正變換將一幅圖像分解為位置、大小和方向都不同的分量，在逆變換之前我們改變域中某些系數(shù)的大小，選擇需要提升的分量，而忽略不需要的分量從而達(dá)到圖像增強。圖像復(fù)原：圖像復(fù)原的目標(biāo)是對退化的圖像進(jìn)行一系列處理，使它復(fù)原成沒有退化之前的理想圖像。例如

41、圖像上的不清晰部分，我們可以通過傅里葉卷積來達(dá)到恢復(fù)數(shù)據(jù)的目的。 3） 雷達(dá)信號處理 雷達(dá)信號處理時經(jīng)常采用FFT方法測量頻率，增加FFT點數(shù)可以提高測頻精度，增加FFT點數(shù)的實質(zhì)是在整個單位圓(即整個距離譜)上均勻增加頻域采樣點數(shù)，從而造成運算量的成倍增加。Chirp-z變換可以實現(xiàn)對回波頻譜中的某段進(jìn)行局部細(xì)化，這樣使得在運算量、采樣點數(shù)增加不多的情況下，極大的提高雷達(dá)的測量精度。 匹配傅里葉變換,檢測反輻射導(dǎo)彈,改進(jìn)地面運動目標(biāo)檢測，機載雷達(dá)的目標(biāo)跟蹤性能,特別是在實際3米SAR數(shù)據(jù)中,應(yīng)用匹配傅里葉變換檢測出了慢速運動目標(biāo)。(匹配傅里葉變換的基本原理是其變換基的相位隨時間變化規(guī)律必須與

42、信號相位隨時間變化規(guī)律一樣。）4）功率譜估計 通常采用基于自相關(guān)函數(shù)的方法來進(jìn)行信號的功率譜估計，而離散傅里葉變換與基于自相關(guān)函數(shù)的功率譜估計的結(jié)構(gòu)非常類似。我們將其頻譜分量所對應(yīng)的參數(shù)加以修改和限制，使其與DFT變換輸出完全一致，然后利用FFT算法來計算功率譜，這樣就可以實現(xiàn)功率譜的快速估計。4.4 基于LabVIEW的FFT實現(xiàn)在數(shù)字系統(tǒng)中使用數(shù)字頻率來測量信號頻率，數(shù)字頻率=模擬頻率采樣頻率，其單位為周期數(shù)采樣數(shù)?；贚abView虛擬平臺，利用“波形生成”和“變換”子選板，分別使用其中的“正弦波”和“FFT函數(shù)”，生成一個正弦信號，將此正弦信號輸入到x端進(jìn)行快速傅里葉變換處理，使時域信

43、號轉(zhuǎn)換為頻域信號，然后經(jīng)過復(fù)數(shù)到極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換后將其顯示出來。結(jié)構(gòu)框圖如圖4.4.1所示： 正弦波FFT變換復(fù)數(shù)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 顯示圖4.4.1結(jié)構(gòu)框圖4.4.1 前面板的設(shè)計 放置數(shù)值控件、布爾控件、數(shù)組控件與圖形控件。1）執(zhí)行“控件新式數(shù)值數(shù)值輸入控件”操作，添加五個數(shù)值輸入控 件并分別命名為“頻率”、“幅值”、“采樣頻率”、“采樣點數(shù)”、“FFT點數(shù)”。2）執(zhí)行“控件新式數(shù)值數(shù)值顯示控件”操作，添加數(shù)值顯示控件并 將 其標(biāo)簽更名為“最大幅值”；控件新式數(shù)組、矩陣和簇數(shù)組”和“控件新式數(shù)值數(shù)值顯示控件”操作，并將數(shù)組顯示控件命名為“頻譜索引”。3）執(zhí)行“控件新式布爾開關(guān)按鈕”操作，添加開關(guān)按鈕

44、并將其命名為“移位”。4） 執(zhí)行“控件新式圖形波形圖”操作，添加兩個波形圖控件并分別命名為“信號波形”和“FFT變換”。設(shè)計完畢后的前面板如圖4.4.2所示：圖4.4.2 FFT變換前面板4.4.2程序框圖設(shè)計（1）打開程序框圖編輯窗口，找到相應(yīng)控件。（2） 放置while循環(huán)、正弦波、FFT、捆綁簇、數(shù)組大小、數(shù)組子集、數(shù)組最大值和最小值、搜索一維數(shù)組、單位轉(zhuǎn)換與倒數(shù)等節(jié)點圖標(biāo)。 1）執(zhí)行“函數(shù)編程結(jié)構(gòu)while循環(huán)”操作，將其所有節(jié)點拖入while循環(huán)中。 2）執(zhí)行“函數(shù)信號處理信號生成正弦波”操作，添加一個“正弦波”函數(shù)節(jié)點；執(zhí)行“函數(shù)信號處理變換FFT”操作，添加一個“FFT”函數(shù)節(jié)點

45、；將“正弦波”函數(shù)節(jié)點和“FFT”函數(shù)的端子與參數(shù)輸入和數(shù)組變換部分連接起來。程序框圖設(shè)計完畢后如圖4.4.3所示：圖4.4.3 FFT變換程序框圖4.4.3 運行程序 運行程序，如圖4.4.3所示，在單邊FFT變換頻譜圖中可以觀察到，頻率為10HZ的正弦波經(jīng)過傅里葉變換后，完成了從時域到頻譜的映射，頻譜上的最大幅值處正好對應(yīng)10HZ，改變幅值、頻率等輸入控件的值，可觀察單邊FFT變換頻譜圖上最大幅值的位置變化情況。單擊“停止”按鈕，程序停止運行。圖4.4.3運行結(jié)果第五章 濾波處理模塊的設(shè)計5.1濾波與濾波器簡介 濾波在信號處理領(lǐng)域占有很大比重。在有用信號的傳輸過程中，通常會受到噪聲以與干擾

46、的污染。利用濾波處理技術(shù)可以從復(fù)雜的信號中提取出我們所需要的信號，同時去除噪聲或干擾信號，從而更有效地利用原始信號。濾波器事實上就是一種選頻系統(tǒng)，它能微弱衰減某些頻率的信號，讓該部分信號順利通過，同時對其它不需要的頻率信號則予以大幅度的衰減，盡可能阻止這些信號通過。 現(xiàn)在計算機和大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，精度高、可靠性強、靈活性高、容易大規(guī)模集成數(shù)字濾波器正在代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬濾波器，因而在通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、雷達(dá)、音響技術(shù)、儀器生物、醫(yī)學(xué)、聲納、遙感遙測、電視、計算機應(yīng)用與控制等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。7數(shù)字濾波在數(shù)字信號處理中占據(jù)重要位置。數(shù)字信號處理主要是研究如何用符號或數(shù)字的序列來表示信號波形

47、，同時用數(shù)字的方式去處理這些序列，把它們轉(zhuǎn)變成在某種意義上我們更希望的形式，以便估計出信號的特征參量，或減弱信號中的多余分量和增強信號中的有用分量。一般來說，用數(shù)字方式對信號進(jìn)行濾波、調(diào)制、變換、解調(diào)、壓縮、均衡、增強、估值、識別、產(chǎn)生等一系列加工處理，都可稱為數(shù)字信號處理。5.2濾波器分類濾波器一般有如下幾種分類：（1） 根據(jù)濾波器所處理的信號不同主要分為數(shù)字濾波器和模擬濾波器。模擬濾波器是指它所處理的輸入信號，輸出信號都為模擬信號，而其本身是一種線性時不變的模擬系統(tǒng)。數(shù)字濾波器是指輸入信號，輸出信號都是數(shù)字信號，通過某種運算關(guān)系改變輸入信號所含頻率成分的相對比重或者濾除某些頻率成分的器件。

48、從數(shù)字濾波器的用途上分分為經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器,經(jīng)典濾波器的特點是輸入信號中可用的頻率成分和希望濾除的頻率成分各自占有不同的頻帶,我們通過一個合適的選頻濾波器即可對其進(jìn)行濾波。現(xiàn)代濾波器例如維納濾波器和自適應(yīng)濾波器也有著廣泛應(yīng)用。 （2）按選擇物理量濾波器可分為頻率選擇、時間選擇、幅度選擇和信息選擇等四類濾波器。 （3）按實現(xiàn)的功能或頻率通帶圍分類，濾波器可分為低通、高通、帶通、帶阻、全通五種濾波，每一種濾波器對信號的作用也是不同的。 5.3數(shù)字濾波器5.3.1 數(shù)字濾波器的基本原理 1）快速傅立葉變換 離散傅立葉變換(DFF)與其快速算法-快速傅里葉變換（FFT）是數(shù)字信號處理領(lǐng)域的重要組

49、成部分。通過傅里葉變換將時域和頻率域聯(lián)系起來，使在時域隱藏的現(xiàn)象和特征在頻率域顯示出來。對于N點的序列。離散傅立葉變換滿足以下關(guān)系：，k=0,1,2,.N-1 (5-3)，n=0,1,2,.N-1 在通常情況下，序列和它的離散傅立葉變換都是復(fù)數(shù)，因此直接計算DFT與離散傅立葉逆變換需要次復(fù)數(shù)乘法和次復(fù)數(shù)加法。做一次離散傅立葉變換總共需要做次實數(shù)乘法和次實數(shù)加法。隨著序列長度的增大，運算量將劇烈的增加。在DFT（5-3）的公式包含了大量的重復(fù)運算：由于的周期性，式5-3中只有N個獨立的值，即等。 這N個獨立的值本身具有一些對稱性。FFT實現(xiàn)的關(guān)鍵是巧妙的利用的周期性和對稱性，通過一些快速的蝶形算

50、法，簡化了DFT公式中的系數(shù)矩陣。與DFT的運算量相比。FFT的運算量下降為次，它巧妙的解決了離散傅立葉變換運算量巨大的問題，從而成為信號處理中最方便的運算。 2）數(shù)字濾波器的基本原理數(shù)字濾波器濾波時，模擬信號量化后，利用數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字運算實現(xiàn)濾波，如圖5.3.1所示： A/D H(z) D/A輸入信號輸出信號 圖5.3.1 數(shù)字濾波器原理框圖 圖中，是數(shù)字濾波器輸入和輸出的數(shù)字量化信號，是系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)。3）IIR數(shù)字濾波器算法 IIR濾波器可以用常系數(shù)微分方程表示為：和有分別表示輸入和輸出信號序列，和是濾波器系數(shù)。IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為的有理分式： 對照模擬濾波器的傳遞函數(shù)：不難看

51、出，數(shù)字濾波器與模擬濾波器的設(shè)計思路相仿，其設(shè)計實質(zhì)也是尋找一組系數(shù)b，a，去逼近所要求的頻率響應(yīng)，使其在性能上滿足預(yù)定的技術(shù)要求。因此數(shù)字濾波器設(shè)計的關(guān)鍵是將H(s)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的H(z)，即把 s平面映射到z平面，S-Z映射的方法有：沖激響應(yīng)不變法、 階躍響應(yīng)不變法、雙線性變換法等?！伴g接法” 是IIR濾波器設(shè)計過程中的常用方法，它是通過模擬濾波器來間接地確定數(shù)字濾波器的系數(shù)。因為模擬濾波器已經(jīng)有一套相當(dāng)成熟的設(shè)計方法，有一些典型的濾波器類型如巴特沃斯(Butterworth)濾波器、切比雪夫 （chebyshev）濾波器、橢圓(Ellipse)、濾波器和貝塞爾( Bessel )濾波器等，

52、它們都有自己的歸一化原型濾波器和現(xiàn)成的設(shè)計公式，還有完善的設(shè)計圖表可查。本文設(shè)計的數(shù)字濾波器就是用LabVIEW中的巴特沃斯濾波器。5.3.2 數(shù)字濾波器的優(yōu)點數(shù)字濾波器較之濾波器有著很多的優(yōu)點，許多情況下數(shù)字濾波器是優(yōu)先選擇。模擬濾波器是由電阻，電感和電容等部件構(gòu)成的電路，因此濾波器的特性跟所用部件的值影響很大，而有些部件的特性很容易波動。反觀之，數(shù)字濾波用軟件實現(xiàn)，對硬件要求不高。濾波相關(guān)軟件只是一系列程序指令，盡管它在硬件平臺上運行，但是硬件不決定濾波器的性能。濾波器的性能由數(shù)字系數(shù)來決定。只要重新確定濾波程序的系數(shù)就可以設(shè)計一個新的數(shù)字濾波器。實際上，數(shù)字濾波器的系數(shù)我們可以在工作時進(jìn)

53、行調(diào)整改變?？偨Y(jié)下來，數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器精度更高、體積更小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配以與能夠?qū)崿F(xiàn)實現(xiàn)模擬濾波器無法實現(xiàn)的特殊濾波功能。就算要處理的是模擬信號，也可通過A/D、D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變信號形式，這樣數(shù)字濾波器就可以對模擬信號進(jìn)行濾波。數(shù)字濾波器主要功能有三個方面：1、用來對獲得的信號作處理運算，并加工構(gòu)建某種預(yù)定的頻率特性； 2、是作抗干擾濾波器，適用于當(dāng)干擾噪聲頻譜與信號頻譜主瓣不重疊時，根據(jù)具體情況采用低通、高通、帶通或帶阻濾波器； 3、是用于各種校正環(huán)節(jié)的反濾波器，當(dāng)信號帶寬大于測量系統(tǒng)帶寬時用來擴展系統(tǒng)的頻帶，改善全系統(tǒng)的動態(tài)特性。本文的虛擬數(shù)字濾波器完成

54、的是第二項功能，在LabVIEW平臺上設(shè)計的巴特沃斯演示儀可分別實現(xiàn)高通、低通、帶通、帶阻的功能的濾波器，其階數(shù)可以任意調(diào)節(jié)（需大于0的整數(shù)）。5.3.3數(shù)字濾波器技術(shù)要求常用的數(shù)字濾波器一般屬于選頻濾波器。假設(shè)數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)用下式表示：式中，為幅頻特性；頻率特性表示信號通過該濾波器后各頻率成分衰減情況，而相頻特性反映各頻率成分通過濾波器后在時間軸上的延時情況。因此，即使兩個濾波器的幅頻特性一樣，而相頻特性不一樣，對一樣的輸入，濾波器輸出的信號波形也不一樣的。選頻濾波器的技術(shù)要求一般由幅頻特性給出，相頻特性一般不作要求。對于各種理想濾波器，必須設(shè)計一個因果可實現(xiàn)的濾波器取逼近。實用帶和阻

55、帶中都允許一定的誤差容限，即通帶不一定是完全水平的，阻帶不一定絕對衰減到零。此外，在通帶與阻帶之間還應(yīng)設(shè)置一定寬度的過渡帶7。5.3.4巴特沃斯低通數(shù)字濾波器的特性所謂低通濾波器，就是只能讓低頻分量通過。在低通濾波器的設(shè)計中，有許多不同的逼近方法：巴特沃斯逼近，切比雪夫逼近，橢圓逼近方法等。其中，最簡單的逼近為巴特沃斯逼近。巴特沃斯低通濾波器的平方幅度響應(yīng)為其中，n為濾波器的階數(shù)，為低通濾波器的截止頻率。 該濾波器具有一些特殊的性質(zhì)：（1） 對所有的n,都有當(dāng)時, ； （2） 對所有的n,都有當(dāng)時, ；（3） 是的單調(diào)遞減函數(shù),即不會出現(xiàn)幅度響應(yīng)的起伏； （4） 當(dāng)時,巴特沃斯濾波器趨向于理想的低通濾波器；（5） 在處平方幅度響應(yīng)的各級導(dǎo)數(shù)均存在且等于0，因此在該點上 取得最大