LabVIEW技术大作业
题目：基于LabVIEW的巴特沃斯窗函数滤波器的设计学院：信息与通信工程学院
专业：通信工程
班级：通信081班
学号：2008026121
姓名：王美玲
一、 虚拟仪器及LabVIEW 的相关介绍
虚拟仪器（virtual instrument ）是基于计算机的仪器。计算机与仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。这种结合有两种方式，一种方式是将计算机装入仪器，典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能日益强大以及体积的日益减小，这类仪器的功能也越来越强大，目前已经出现含有嵌入式系统的的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机，以通用计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器的功能。虚拟仪
主要是这种方式。常见的虚拟仪器组建方案：
二、虚拟仪器的特点
（1）尽可能采用通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。
（2）可以充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出强大的仪器。
（3）用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。
虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统，其研究中涉及的基础理论主要是数据采集和数字信号处理。在这领域中使用比较广泛的计算机语言和开发环境就是美国NI 公司的LabVIEW 。
三、LabVIEW 的简介
LabVIEW （laboratory virtual instruments engineering workbench ）是一种图形化的编程语言环境，它广泛的被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认是标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 不仅提供了与遵从GPIB ，VXI ，RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能，还内置了支持TCP/IP ，ActiveX 等软件标准的数据库函数，而且其图形化的编程界面使编程变得生动有趣。LabVIEW 是一个功能强大且灵活的软件。
以LabVIEW 为代表的图形化语言程序，又称为“G ”语言。使用这种语言编程时，基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。LabVIEW 尽可能利用工程技术人员所熟悉的术语、图标和概念，因而它是一种面向最终客户的开发工具，可以增强工程人员构建自己的科学和工程系统的能力，可以实现仪器编程和数据采集系统提供便捷途径。
利用LabVIEW ，可以产生独立运行的可执行文件。LabVIEW 的真正的32位编译器，像其他软件一样，LabVIEW 提供了Windows 、UNIX 、Linux 和Macintosh 等多种版本。
四、基于LabVIEW 的巴特沃斯传函数滤波器的设计的系统原理介绍
数字信号处理现在已经发展到各个领域都需要的程度，医学、军事、以及工业设计等方面都应用很广泛。在数字信号处理的理论基础上最重要的是滤波的功能。滤波器的种类有许多，根据幅频特性分为低通滤波、高通率波、带通滤波和带阻滤波根据信号不同可以分为数字滤波器和模拟滤波器。根据种类不同，有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、模拟滤波器和巴塞尔滤波器等。滤波器设计的理论和设计方法已经相当发展的相当成熟，而且有多种典型的模拟滤波器供我们选择，根据自己掌握的知识本次试验采用的是巴特沃斯滤波器，可以实现高通、低通、带通和带阻的滤波的功能。选择巴特沃斯被
测
对
象 信号调理 数据采集
卡 数据处理 虚拟仪器面板
滤波器的原因在于具有单调下降的幅度特性。滤波器都有严格的设计公式、现成的曲线和图表供我们使用，而且所设计的系统函数都满足LabVIEW软件实现条件。试验中试将通过输入的数据与单位脉冲信号通过一个case语句进行巴特沃斯滤波器子VI的处理，再将输出信号进行傅里叶变换，经过数据处理将结果写成实部与虚部结合的形式，其中实部通过case语句中的log函数变换，经过簇的整合输出正确的经过滤波的波形，而虚部则是通过函数经过处理后输出相位波形。通过编入数据存储功能可以使输出滤波波形的数据存储为excel表格的形式表现出来。
五、系统各部分的具体分析
1、信号滤波过程
上图所示的是巴特沃斯滤波器的子VI图标，试验中使用的就是这个VI模块。
其中“T”符号代表filter type，是滤波类型，因为是设计的巴特沃斯滤波器的设计，所以实验中输入的是“Butterworth”
“X”符号代表输入信号，即滤波的信号。在这里选择的是单位脉冲信号，单位脉冲信号是较为简单的适合做这个实验的信号输入选择。
“fl”符号代表的是frequency low，即是最低截止频率。可以自主选择最低截止频率的大小，一般选择在100~200Hz之间。
“fh”符号代表的是frequency high，即是最高截止频率，本次试验选择在300~500之间。但是“fl”和“fh”的选择范围是很广泛的，为了分析方便，故选择这连个频率范围。
“order”符号代表的是阶次。阶次的大小影响着输出的图形的幅度的下降速度，根据数字信号处理的学习和本次的实验的验证可得出结论：阶次越大，通带越平坦，过渡带越窄，过渡带与阻带幅度下降的速度越快，总的频响特性和理想低通滤波器的误差越小。
“filtered X”符号代表的是输出的滤波信号。即是我们需要求的信号数据。
在case语句中还加入了“单调衰减”和“波纹幅值”两项符合巴特沃斯滤波器的数据输入。
2、实部与虚部的确定
滤波X是通过上示三个VI实现确定实部与虚部的。首先滤波X通过子VI实
现傅里叶换，再通过VI实现数据分段的，经过重排后再通过第三个VI实现将实部与虚部的分开。再将数据输入下一模块。
3、幅度谱数据的形成
图示指出了实部数据输出后通过case语句，再通过簇的整合，簇和数组有相同的地方，但具有更强大的优势，在这里就是利用簇较数组更为优势的地方，就是它不要求它的数据类型都是一样的。将数据输入到波形图中，实现了幅度谱的表示。重点说明一下case语句的内容。它是将实部数据进行log函数的处理，使其变成dB的形式。这样，
在显示的图形中，形成的就是幅度谱形式了。dB就是最后幅度谱图形中纵坐标的单位。
4、
实验的存储部分是有上面三部分共同构成的。它们分别放置在while循环的内部
或是外部。其中是采集数据的部分，黑色线是连接数据端的连接线。将
连接到while循环的中断部分，代表运行后将数据存储即中断程序的运行。
六、系统性能分析
此次的设计系统在通过运行后，可以得出预期的结果，能实现巴特沃斯滤波器的高通、低通、带通和带阻的滤波功能。在运行程序后得到存储的数据，并且符合题目要求，达到了实验的目的（结果如下图所示）。但也存在一些不足。有些模块的运用使其复杂化了，可以使用更简单的方法；其次是实现的功能不够强大，有待提高功能实现的模块，这样，使设计出的系统更加具有实用性。
