基于LabVIEW的FIR數字濾波器設計
介紹一種基于LabVIEW快速有效地設計常規FIR數字濾波器的方法,并給出了設計實(shí)例。因可以隨時(shí)對比設計要求調整參數,故有利于濾波器設計的最優(yōu)化。
關(guān)鍵詞:FIR數字濾波器;LabVIEW;程序設計
Shanghai 200093, China)
一個(gè)截止頻率為ωc(rad/s)的理想數字低通濾波

由式(1)和(2)可以看出,這個(gè)濾波器在物理上是不可實(shí)現的,因為沖激響應具有無(wú)限性和因果性。為了產(chǎn)生有限長(cháng)度的沖激響應函數,我們取樣響應為h(n),長(cháng)度為N,其系數函數為H(z):

用h(n)表示截取hd(n)后沖激響應,即h(n)=hd(n)W(n),式子中W(n)為窗函數,長(cháng)度為N。當τ=(N-1)/2時(shí),截取的一段h(n)對(N-1)/2對稱(chēng),可保證所設計的濾波器具有線(xiàn)性相位。
一般來(lái)說(shuō),FIR數字濾波器輸出y(n)的Z變換形式Y(z)與輸入x(n)的Z變換形式之間的關(guān)系如下:
實(shí)現結構如圖1所示。
從上面的Z變換和結構圖可以很容易得出FIR濾波器的差分方程表示形式。對式(4)進(jìn)行反Z變換,可得:


由式(1)和(2)可以看出,這個(gè)濾波器在物理上是不可實(shí)現的,因為沖激響應具有無(wú)限性和因果性。為了產(chǎn)生有限長(cháng)度的沖激響應函數,我們取樣響應為h(n),長(cháng)度為N,其系數函數為H(z):

用h(n)表示截取hd(n)后沖激響應,即h(n)=hd(n)W(n),式子中W(n)為窗函數,長(cháng)度為N。當τ=(N-1)/2時(shí),截取的一段h(n)對(N-1)/2對稱(chēng),可保證所設計的濾波器具有線(xiàn)性相位。
一般來(lái)說(shuō),FIR數字濾波器輸出y(n)的Z變換形式Y(z)與輸入x(n)的Z變換形式之間的關(guān)系如下:

實(shí)現結構如圖1所示。
從上面的Z變換和結構圖可以很容易得出FIR濾波器的差分方程表示形式。對式(4)進(jìn)行反Z變換,可得:

LabVIEW 7.1版本中,有兩個(gè)子模板涉及信號處理,分別是Analyze子模板和Mathematics子模板。進(jìn)入Functions模板Analyze中的Signal Processing子模板,見(jiàn)圖2。

VI對于其參數在幫助中都有詳細的說(shuō)明,并且還有相關(guān)的例子。
2.2前面板的設計
結合濾波器的形成原理,把濾波器類(lèi)型分為低通,高通,帶通和帶阻,由于低通和高通只需要求截止頻率,而帶通和帶阻需要上下截止頻率,故把這四個(gè)類(lèi)型分開(kāi)設計。顯示幅值,相位和相關(guān)系數。如果設計的濾波器符合要求,可以把這個(gè)相關(guān)系數存盤(pán),以便寫(xiě)成濾波器的形式。具體的前面板程序見(jiàn)圖5。
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VI對于其參數在幫助中都有詳細的說(shuō)明,并且還有相關(guān)的例子。
2.2前面板的設計
結合濾波器的形成原理,把濾波器類(lèi)型分為低通,高通,帶通和帶阻,由于低通和高通只需要求截止頻率,而帶通和帶阻需要上下截止頻率,故把這四個(gè)類(lèi)型分開(kāi)設計。顯示幅值,相位和相關(guān)系數。如果設計的濾波器符合要求,可以把這個(gè)相關(guān)系數存盤(pán),以便寫(xiě)成濾波器的形式。具體的前面板程序見(jiàn)圖5。
本例中,首先在Filter Type中選擇Bandpass(帶通濾波器);接著(zhù)在Window選項中選取Hamming;在Order項中輸入31;在采樣頻率中輸入1000;由于采用窗函數法設計,只需給出通帶下限截止頻率fl和通帶上限截止頻率fh,輸入fl=100Hz,fh=200Hz。然后回車(chē),即 可得到所設計的FIR濾波器,看到所設計濾波器的幅頻響應、相頻響應、濾波器系數,各種 特征如圖7所示。點(diǎn)擊save,選擇保存的路徑保存文件(后綴為text,也可以默認設置)。
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