探微多功能数字滤波器的设计与应用

谭 静（内蒙古工业大学机械学院，呼和浩特 010051）

探微多功能数字滤波器的设计与应用

谭 静
（内蒙古工业大学机械学院，呼和浩特 010051）

在滤波器的生产过程中，数字滤波器的设计和应用是重点部分，也是一个难点部分。所以，为了使人们能够更好的知道与掌握数字滤波器的原理，促使更多的人对数字滤波器的认识，提高数字滤波器的生产质量。本文主要研究了数字滤波器的多功能设计以应用，从其工作原理的角度出发，深入分析设计者在设计该产品时的方法，从系统功能到系统软件的设计来考虑LabVIEW软件系统在数字滤波器当中的实际应用，期待通过笔者的阐述能够为数字滤波器的研究提供些许借鉴意义。

多功能数字滤波器；设计；应用

0　前言

数字滤波器的作用是用于对不同数字信号的处理。即使是专业学习信息方面知识的学生也应该很好的掌握数字滤波器的原理。而我国中对于数字滤波器的研究，多为抽象的公式计算，很难形象而又客观的对其进行分析与研究。使很多设计人员在对数字滤波器的学习过程中，很难掌握与理解数字滤波器的设计过程与工作原理。而利用LabVIEW软件系统对其进行实际演示，可以使设计人员更加直观与深刻的对数字滤波器进行理解与掌握。文章就针对LabVIEW软件为数字滤波器提供了设计的平台，将所有属于数字滤波器的功能都归拢到新开发的多功能型滤波器当中，以此设计来为学习滤波器设计的设计人员进行演示，帮助其加强对滤波器的了解和认知。

1　数字滤波器的工作原理

数字滤波器的主要功能是将输入的数字信号通过一定的公式运算将其变成输出的数字信号。通过使用数字信号，使数字滤波器与传统的模拟滤波器相比较，具有准确性高、灵活性好、便于集成和实现多维滤波等优点，还可避免出现因阻抗而产生的一系列问题。数字滤波器能够形成大规模的集成也有利于多维滤波的实现，其可靠性比虚拟滤波器更加稳定。而且数字滤波器不仅能够实现模拟滤波器的功能，还能完成模拟滤波器由于自身局限性而难以实现的功能。

数字滤波器根据特性的不同能够划分为不同类型的滤波器。根据频率特性可划分为高通、低通、带通和带阻等不同的数字滤波器。而按照冲击响应的不同则可分为有限冲激响应、无限冲激响应两种滤波器。有限冲激响应数字滤波器（FIR）的冲击响应是一个在一定时间内持续衰减的。无限冲激响应数字滤波器（IIR）的冲击响应则是一个理论上无限持续的［1］。

有限冲激响应滤波器（FIR）的设计方法是利用一个理想的滤波器去设计一个无限接近于它的数字滤波器，利用傅里叶变换我们可得到一个函数公式：sa（n）=sin（n∩）/n∏，再通过加窗的方法，最后可得到数字滤波器的脉冲响应。

无限冲激响应滤波器（IIR）的设计方法是在模拟滤波器设计的基础上利用双线性变换法来进行设计的。

2　多功能数字滤波器的设计方法

2.1多功能数字滤波器的系统功能

无限冲激响应滤波器（IIR）和有限冲激响应滤波器（FIR）的类型均可分为高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

无限冲激响应滤波器（IIR）可根据输入波形的不同，设置不同的信号参数，进而选择所需要的滤波器类型、不同波形参数IIR滤波器的波形输出变化和逼近准则（如巴特沃斯法，切比雪夫法等准则）。

有限冲激响应滤波器（FIR）在输入波形不同的情况下，选择所需要的滤波器类型、不同波形参数时FIR滤波器的波形输出变化和设计方法（如窗函数法、等波纹法等）［2］。

2.2多功能数字滤波器的系统软件设计

本文分析利用LabVIEW软件研究数字滤波器的工作原理。LabVIEW软件是一种由美国开发出来十分常用的虚拟仪器软件，它不仅仅拥有完整的驱动程序和函数库，还能够实现对仪器的控制、数据的采集、分析和显示等功能。LabVIEW的编程方式放弃了传统的文字编程方式，而是采用了基于图形的框图编程。使用这种编程方式最大的优点就是使得系统的编程更加简单、调试更加方便，更有利于对信号的实际处理，也是到现在为止发展速度最快、使用范围最广、功能性最强的图形软件。

LabVIEW的设计程序主要包括能够完成滤波器内部程序设计的框图程序和实现仪器面板功能的前面板程序［3］。其中框图程序是LabVIEW设计程序的核心。前面板的程序上分为原始信号参数区域、滤波参数区域和结果显示区域。在前面板程序上利用人机交互的系统界面，设置原始的信号参数，再选择不同的类型的数字滤波器与波形参数，最后观察经过滤波器过滤后的波形与原始波形的变化，分析并将所得到的数据进行存盘。框图程序包括原始信号的输入、信号的频率响应、滤波和显示四个部分。信号的输入可采用预先设置的信号和手动输入信号两种方式。信号的频率响应主要是用来区分不同滤波器的频率特性。滤波是LabVIEW软件设计的核心部分，其框图程序分为最外层和里层两个部分，最外层部分是用来对FIR滤波器和IIR滤波器进行类型的选择，里层则是包含巴特沃斯、切比雪夫等五种拓扑结构。显示程序部分主要是用来显示信号在被滤波器滤波前后波形和频率的变化。

3　总结

总之，在学习数字滤波器的知识过程中根据培训状态以及社会发展的情况，本文选择利用LabVIEW软件的操作简单、结果具体等特点辅助设计人员在培训过程当中对多功能滤波器进行客观具体的了解。使设计人员能够利用实验对多功能数字滤波器有更深刻的理解与认识，调动其探索的兴趣，避免出现一味的理论公式化枯燥的培训方式，能够更好的提高培训效果和设计者的知识接收效果。

［1］谢启，刘妍，陆建明，李智超.多功能数字滤波器的设计与应用［J］.实验科学与技术，2008，09（02）：18.

［2］田浩，段丽君.基于LabVIEW的多功能数字滤波器设计［J］.电子测量技术，2011，05（03）：66.

［3］王怡，陈燕东.新型虚拟多功能数字示波器的设计与实现［J］.湖南工程学院学报（自然科学版），2007，04（02）：43.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.121

谭静（1963-），女，内蒙古锡林浩特人，本科，高级实验师，研究方向：计量与测试。