基于LabVIEW的IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

　　1.2 數(shù)字濾波器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

　　數(shù)字濾波器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程可歸納為以下三個(gè)步驟：

　　(1)按照實(shí)際需要確定濾波器的性能要求。

　　(2)用一個(gè)因果穩(wěn)定的系統(tǒng)函數(shù)(即傳遞函數(shù))去逼近這個(gè)性能要求。此函數(shù)可以分為兩類：即IIR 傳遞函數(shù)和FIR 傳遞函數(shù)。

　　(3)用一個(gè)有限精度的運(yùn)算去實(shí)現(xiàn)這個(gè)傳遞函數(shù)。

　　FIR 濾波器設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是確定能滿足要求的轉(zhuǎn)移序列或脈沖響應(yīng)的常數(shù)，設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。目前，F(xiàn)IR 濾波器設(shè)計(jì)沒(méi)有封閉的設(shè)計(jì)公式。雖然窗函數(shù)法對(duì)窗口函數(shù)可給出計(jì)算公式，但計(jì)算通帶與阻帶衰減仍無(wú)計(jì)算公式。FIR 濾波器的設(shè)計(jì)只有計(jì)算程序可循，因此對(duì)計(jì)算工具要求較高，不用計(jì)算機(jī)編程一般很難實(shí)現(xiàn)。

　　IIR 濾波器的設(shè)計(jì)源于模擬濾波器設(shè)計(jì)，它通過(guò)對(duì)低通濾波器進(jìn)行模擬頻率變換得到。常用的IIR 濾波器有巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、切比雪夫Ⅱ?yàn)V波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器。目前，IIR 濾波器的設(shè)計(jì)可以借助模擬濾波器的成果，有封閉形式的設(shè)計(jì)公式，對(duì)計(jì)算工具的要求不高。

　　IIR 濾波器的設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但脫離不了模擬濾波器的設(shè)計(jì)模式，主要用于設(shè)計(jì)低通、高通、帶通及帶阻濾波器。而FIR 濾波器的設(shè)計(jì)要靈活得多，尤其是頻率采樣設(shè)計(jì)法更易適應(yīng)各種幅度特性和相位特性的要求。

　　2 基于LabVIEW 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)

　　2.1 LabVIEW 簡(jiǎn)介

　　LabVIEW 是NI（National INSTRUMENT，美國(guó)國(guó)家儀器）公司推出的一種基于G 語(yǔ)言的虛擬儀器（virtual INSTRUMENT，VI）開(kāi)發(fā)工具。LabVIEW 編程使用圖形化語(yǔ)言，它是非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員使用的工具，它為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)便捷、輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境，因此，LabVIEW 在世界范圍內(nèi)的眾多領(lǐng)域如航空、航天、通信、電力、汽車、化學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[4]。

　　LabVIEW 有兩個(gè)基本窗口：前面板窗口和流程圖窗口。編譯環(huán)境下顯示兩個(gè)窗口，前面板用于放置控制對(duì)象和顯示對(duì)象，控制對(duì)象相當(dāng)于常規(guī)儀器的控制和調(diào)節(jié)按鈕；前面板用于顯示程序運(yùn)行結(jié)果，相當(dāng)于常規(guī)儀器的顯示屏幕或指針。流程圖窗口用于編寫(xiě)和顯示程序的圖形源代碼，它相當(dāng)于語(yǔ)言編程中一行行的語(yǔ)句，它由各種能完成一定功能的模塊通過(guò)連線連接而成。當(dāng)編寫(xiě)的LabVIEW 程序調(diào)試無(wú)誤后，可將程序編譯成應(yīng)用程序（EXE 文件）。此時(shí)，設(shè)計(jì)的虛擬儀器可以脫離LabVIEW 開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶只需通過(guò)前面板進(jìn)行控制和觀測(cè)。

　　2.2 LabVIEW 中的數(shù)字濾波器

　　利用文本軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的濾波器在使用過(guò)程中往往出現(xiàn)難以調(diào)整波形系數(shù)，與硬件接口程序復(fù)雜，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。而使用LabVIEW 設(shè)計(jì)的濾波器不僅設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且使用起來(lái)要比利用文本文件實(shí)現(xiàn)的濾波器方便得多。