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基于LABVIEW的滤波器设计 (2)


南昌大学实验报告
学生姓名:

胡文松

学 号:

6103413007

专业班级:

生医131班

实验类型:□验证□综合■设计□创新 实验日期:

实验成绩:

综合实验二 一.实验目的

滤波器的设计

1.通过本实验,我们可以了解现代仪器科学与技术的发展前沿,了解 LabVIEW 编程所需的基 础知识, 学习 LabVIEW 的基本功能和使用方法, 复习数字信号处理的所学知识, 运用 LabVIEW 设计一个虚拟的可实现带通,带阻,高通,低通数字滤波器系统。 2.并能使用户通过在前面板调节按钮,变换参数产生想要的滤波器,来对所产生的信号进行 滤波,能显示滤波前后的信号、滤波器的幅频特性。 3.掌握 FIR 滤波器的基本原理。

二.实验要求
⑴可正弦实现低通、高通、带通、带阻等基本滤波功能,并图形显示滤波前后波 形; ⑵可调节每种滤波器的上限截止频率或者下限截止频率; (3)给出每种滤波器的幅频特性;

三.实验原理
按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。低通滤波器:它允许信号中 的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声;高通滤波器:它允许信号中的高频分 量通过,抑制低频或直流分量;带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于 该频段的信号、干扰和噪声;带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信 号通过。根据滤波器功能不同,经典滤波器可分为四类:低通滤波器(LPF)、高

通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BSF),他们的理想幅频特 性如图 2-2 所示。 理想幅频特性是指滤波器幅频特性的通带部分和阻带部分是突 变的,没有过渡带。它们的单位脉冲响应均是非因果且无限长的,所以理想滤波 器往往是不可能实现的, 但这些理想滤波器可作为滤波器设计时逼近的准则。另 外, 数字滤波器的幅频特性是以 2? 为周期, 滤波器的低频处于 2? 的整数倍附近,

而高频处于 ? 的奇数倍附近,这与模拟滤波器是有区别的。模拟滤波器的理想幅 频特性如图 2-3 所示。
H (e j? )

低通

?2?

??

0

?
H (e j? )

2?

?

高通

?2?

??

0

?
H (e j? )

2?

?

带通

?2?

??

0

?
H (e j? )

2?

?

带阻

?2?

??

0

?

2?

?

图 2-2 数字低通、高通、带通、带阻滤波器的理想幅频特性

H a ( j ?)

低通
?

0

H a ( j ?)

高通
?

0

H a ( j ?)

带通
?

0

H a ( j ?)

带阻
?

0
图 2-3 模拟低通、高通、带通、带阻滤波器的理想幅频特性

一般对 IIR 数字滤波器而言,通常只用幅频特性来描述设计的技术指标,对 相频特性一般不作要求。若在实际应用中(如语音合成、波形传输、图像信号处 理等)对相频特性有较高要求,可设计 FIR 滤波器。由于图 2-2 所示的理想幅频 特性不可实现, 在设计实际滤波器时,必须设计一个因果可实现的滤波器去逼近 图所示的理想幅频特性。 实际中通带和阻带中都允许一定的误差容限,通带可以 不是完全水平的, 阻带也可以不是绝对衰减到零的,且在通带与阻带之间还应设 置一定宽度的过渡带[7]。下面以数字低通滤波器的幅频特性为例介绍数字滤波器 的技术指标:
H (e j? )
1

1 ? ?1
0.707

通带 过渡带

?2
0

阻带

? p ?c

?s

?

?

四.实验过程
1.原始波形输入部分 分别输入三个不同频率的正弦波,这里依次设成 50HZ,100HZ,150HZ.

2.FIR 滤波器的类型选择和参数设置。

3.实验现象显示部分

分别为合成波,滤波后,幅频特性显示三部分 4.实验程序框图

五.实验现象及分析 1.低通:设置最低通带为 60

可以从幅频特性中看到:高于 100HZ 的部分全部滤除。 2 高通:设置最低通带为 130.

波形和幅频特性如图所示

通过幅频特性可以看到,低于 100HZ 的都被滤去了。 3.带通:设置最低通带为 90,最高通带为 110.

现象如下

根据幅频特性可以看出。低于 50HZ,高于 150HZ 的部分均被滤出。 4.带阻:设置最低通带为 40HZ,最高通带为 150

现象如下

根据幅频特性可以看出:中间部分滤除,只剩下小于 50HZ 和大于 150HZ 两部分。 六。实验总结

在本次滤波器设计过程中, 我收获了很多, 首先, 又重新复习了高通, 低通, 带通,带阻等滤波原理。学习了滤波器的概念和工作原理,重点学习了数字滤波 器,掌握了 FIR 数字滤波器的设计方法,了解了虚拟仪器的组成和工作原理,掌 握了它 LabVIEW 的一些基本的操作方法。


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