智化测控技术课程设计
第二章 基Labview虚拟滤波器设计
21 labview简介
LabVIEW NI（National INSTRUMENT美国国家仪器）公司推出种基G 语言虚拟仪器（virtual INSTRUMENTVI）开发工具LabVIEW 编程图形化语言非计算机专业员工具设计者提供便捷轻松设计环境LabVIEW 世界范围众领域航空航天通信电力汽车化学等领域广泛应
LabVIEW 两基窗口：前面板窗口流程图窗口编译环境显示两窗口前面板放置控制象显示象控制象相常规仪器控制调节钮前面板显示程序运行结果相常规仪器显示屏幕指针流程图窗口编写显示程序图形源代码相语言编程中行行语句种完成定功模块通连线连接成编写LabVIEW 程序调试误程序编译成应程序时设计虚拟仪器脱离LabVIEW 开发环境户需通前面板进行控制观测
22 基labview数字滤波器设计
数字滤波器传统设计程纳三步骤：
(1)实际需确定滤波器性求
(2)果稳定系统函数(传递函数)逼性求函数分两类：IIR 传递函数FIR 传递函数
(3)限精度运算实现传递函数
FIR 滤波器设计实质确定满足求转移序列脉响应常数设计方法窗函数法频率采样法等波纹佳逼法等目前FIR 滤波器设计没封闭设计公式然窗函数法窗口函数出计算公式计算通带阻带衰减计算公式FIR 滤波器设计计算程序循计算工具求较高计算机编程般难实现
IIR 滤波器设计源模拟滤波器设计通低通滤波器进行模拟频率变换常IIR 滤波器巴特沃斯滤波器切雪夫滤波器切雪夫Ⅱ滤波器椭圆滤波器贝塞尔滤波器目前IIR 滤波器设计助模拟滤波器成果封闭形式设计公式计算工具求高
IIR 滤波器设计然简单脱离模拟滤波器设计模式设计低通高通带通带阻滤波器FIR 滤波器设计灵活尤频率采样设计法更易适应种幅度特性相位特性求
电力系统滤波器电力信号中需频段信号提取出干扰信号滤衰减利LabVIEW 设计出满足电力系统需滤波器利LabVIEW 设计IIR 数字滤波器前面板前面板参数设置波形显示两区域参数设置区域六设置项：滤波器选择滤波器类型截止频率截止频率采样频率阶次纹波衰减选择滤波器时需设置项波形显示区域显示滤波前波形区域直观出滤波效果
利LabVIEW 实现数字滤波采图形语言编程采文语言编程相缩短40～70开发时间硬件仪器相具容易调整滤波器类型降低成滤波效果直观等优点基LabVIEW 编写程序作子程序虚拟仪器系统中调增强程序通性
23 数字滤波器选择步骤
LabVIEW 设计者提供FIR IIR 滤波器VI起非常方便需输入相应指标参数需进行复杂函数设计量运算滤波器VI 位LabVIEW 流程图面Function>>Analyze>>SignalProcessing>>Filters 滤波器VI 滤波时均特点途异利LabVIEW 实现滤波功时选择合适滤波器关键选择滤波器时参滤波器特点考虑滤波实际求选择合适滤波器种滤波器特点选择滤波器步骤见图
图21 数字滤波器选择步骤
第三章 软件设计
31前面板设计
Labview环境开发应程序称VI（Virtual Instrument）VILabview核心机交互界面——前面板相源代码功菜单框图程序——面板组成前面板程序界面界面控制量显示量两类象前面板中控制量模拟仪器输入装置数提供VI框图程序例开关旋钮等显示量模拟仪器输入装置显示框图程序获产生数例显示波形窗口等面板称代码窗口流程图VI图形化源程序流程图中VI编程控制操定义前面板输入输出等功流程图中包括前面板没编程必须象函数结构连线等[2]
前面板图31示部分组成：参考信号参数设置处理信号参数设置滤波结果实时显示原始信号波形图滤波结果波形图设置参考信号幅值频率3路正弦信号设置频率幅值相位程序成功运行滤波实时显示区滤波结果频率幅值初相位时波形显示区中相应波形结果更直观反映出
数字滤波器前面板图示前面板设置输入数值观察输出量模拟真实滤波器前面板虚拟面板直接面户虚拟滤波器控制软件核心设计部分时考虑界面美观操作简洁户通面板种钮开关等控键控制虚拟滤波器工作实际中测信号 数采集卡实时采集滤波数采集卡采集保存LabVIEW够识文件形式LabVIEW进行分析滤波里基信号(正弦波余弦波方波锯齿波)模拟原始信号程序采窗函数法计算流程窗函数需滤波信号进行卷积实现信号滤波者原始信号 噪声信号滤波器参数进行设置原始信号波形图滤波结果实时显示样程序成功运行显示区结果结果更直观反映出
图31 前面板设计
32 流程图设计
数字滤波器面板程序代码框图图32示框图程序节点端点图框连线四种元素构成节点类似文语言程序语句函数者 子程序框图中象端点前面板象(控制显示)应线型代表数类型彩显种数类型颜色予强调面板图32示面板中控件前面板中控件相应通连线添加程序加入种信号等措施进行编程实现相关滤波功时通前面板设置种参数成功运行程序实现求目标实现功笔者添加激励信号源滤波器加法器法器等种运算器运行程序测试结果显示够实现包含种频率成分信号中提取出需单频率信号功相实现滤波种滤波思路相关函数定义出发成相关滤波器
里仿真信号发生器模拟测信号实际中测信号通常数采集卡采集输入测信号3路正弦信号叠加需中检测出20Hz信号测试VI实现相关滤波程动态显示循环结构
图32 滤波器面板
附录
图1 数字滤波器输入输出信号波形
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第二章 基Labview虚拟滤波器设计
21 labview简介
LabVIEW NI（National INSTRUMENT美国国家仪器）公司推出种基G 语言虚拟仪器（virtual INSTRUMENTVI）开发工具LabVIEW 编程图形化语言非计算机专业员工具设计者提供便捷轻松设计环境LabVIEW 世界范围众领域航空航天通信电力汽车化学等领域广泛应
LabVIEW 两基窗口：前面板窗口流程图窗口编译环境显示两窗口前面板放置控制象显示象控制象相常规仪器控制调节钮前面板显示程序运行结果相常规仪器显示屏幕指针流程图窗口编写显示程序图形源代码相语言编程中行行语句种完成定功模块通连线连接成编写LabVIEW 程序调试误程序编译成应程序时设计虚拟仪器脱离LabVIEW 开发环境户需通前面板进行控制观测
22 基labview数字滤波器设计
数字滤波器传统设计程纳三步骤：
(1)实际需确定滤波器性求
(2)果稳定系统函数(传递函数)逼性求函数分两类：IIR 传递函数FIR 传递函数
(3)限精度运算实现传递函数
FIR 滤波器设计实质确定满足求转移序列脉响应常数设计方法窗函数法频率采样法等波纹佳逼法等目前FIR 滤波器设计没封闭设计公式然窗函数法窗口函数出计算公式计算通带阻带衰减计算公式FIR 滤波器设计计算程序循计算工具求较高计算机编程般难实现
IIR 滤波器设计源模拟滤波器设计通低通滤波器进行模拟频率变换常IIR 滤波器巴特沃斯滤波器切雪夫滤波器切雪夫Ⅱ滤波器椭圆滤波器贝塞尔滤波器目前IIR 滤波器设计助模拟滤波器成果封闭形式设计公式计算工具求高
IIR 滤波器设计然简单脱离模拟滤波器设计模式设计低通高通带通带阻滤波器FIR 滤波器设计灵活尤频率采样设计法更易适应种幅度特性相位特性求
电力系统滤波器电力信号中需频段信号提取出干扰信号滤衰减利LabVIEW 设计出满足电力系统需滤波器利LabVIEW 设计IIR 数字滤波器前面板前面板参数设置波形显示两区域参数设置区域六设置项：滤波器选择滤波器类型截止频率截止频率采样频率阶次纹波衰减选择滤波器时需设置项波形显示区域显示滤波前波形区域直观出滤波效果
利LabVIEW 实现数字滤波采图形语言编程采文语言编程相缩短40～70开发时间硬件仪器相具容易调整滤波器类型降低成滤波效果直观等优点基LabVIEW 编写程序作子程序虚拟仪器系统中调增强程序通性
23 数字滤波器选择步骤
LabVIEW 设计者提供FIR IIR 滤波器VI起非常方便需输入相应指标参数需进行复杂函数设计量运算滤波器VI 位LabVIEW 流程图面Function>>Analyze>>SignalProcessing>>Filters 滤波器VI 滤波时均特点途异利LabVIEW 实现滤波功时选择合适滤波器关键选择滤波器时参滤波器特点考虑滤波实际求选择合适滤波器种滤波器特点选择滤波器步骤见图
图21 数字滤波器选择步骤
第三章 软件设计
31前面板设计
Labview环境开发应程序称VI（Virtual Instrument）VILabview核心机交互界面——前面板相源代码功菜单框图程序——面板组成前面板程序界面界面控制量显示量两类象前面板中控制量模拟仪器输入装置数提供VI框图程序例开关旋钮等显示量模拟仪器输入装置显示框图程序获产生数例显示波形窗口等面板称代码窗口流程图VI图形化源程序流程图中VI编程控制操定义前面板输入输出等功流程图中包括前面板没编程必须象函数结构连线等[2]
前面板图31示部分组成：参考信号参数设置处理信号参数设置滤波结果实时显示原始信号波形图滤波结果波形图设置参考信号幅值频率3路正弦信号设置频率幅值相位程序成功运行滤波实时显示区滤波结果频率幅值初相位时波形显示区中相应波形结果更直观反映出
数字滤波器前面板图示前面板设置输入数值观察输出量模拟真实滤波器前面板虚拟面板直接面户虚拟滤波器控制软件核心设计部分时考虑界面美观操作简洁户通面板种钮开关等控键控制虚拟滤波器工作实际中测信号 数采集卡实时采集滤波数采集卡采集保存LabVIEW够识文件形式LabVIEW进行分析滤波里基信号(正弦波余弦波方波锯齿波)模拟原始信号程序采窗函数法计算流程窗函数需滤波信号进行卷积实现信号滤波者原始信号 噪声信号滤波器参数进行设置原始信号波形图滤波结果实时显示样程序成功运行显示区结果结果更直观反映出
图31 前面板设计
32 流程图设计
数字滤波器面板程序代码框图图32示框图程序节点端点图框连线四种元素构成节点类似文语言程序语句函数者 子程序框图中象端点前面板象(控制显示)应线型代表数类型彩显种数类型颜色予强调面板图32示面板中控件前面板中控件相应通连线添加程序加入种信号等措施进行编程实现相关滤波功时通前面板设置种参数成功运行程序实现求目标实现功笔者添加激励信号源滤波器加法器法器等种运算器运行程序测试结果显示够实现包含种频率成分信号中提取出需单频率信号功相实现滤波种滤波思路相关函数定义出发成相关滤波器
里仿真信号发生器模拟测信号实际中测信号通常数采集卡采集输入测信号3路正弦信号叠加需中检测出20Hz信号测试VI实现相关滤波程动态显示循环结构
图32 滤波器面板
附录
图1 数字滤波器输入输出信号波形
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