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基于LabView的FIR滤波器设计
作者：宋健
来源：《中国科技博览》2015年第05期
[摘 要]利用LabView开发平台，完成了对FIR数字滤波器的设计和初步仿真研究，并通过设计的数字滤波器，进行模拟信号处理，对输入模拟信号进行限带，抽样和数模转换，并进行了研究，分析滤波器结构和参数对滤波器性能指标的影响。 [关键词]FIR数字滤波器；LabView；频率采样法
中图分类号：TN713+.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0362-01 很多情况下，在信号处理过程中，往往会有不需要的信号成分混叠在有用信号之中，比如电子系统中的噪声和干扰，经常需要滤除，这一过程就是滤波。滤波是根据有用信号和噪声的不同特性，提取有用信号的过程，实现滤波功能的系统称为滤波器。
软件上的滤波器设计主要用仿真软件完成，开发环境主要有两种：一种是基于传统的文本语言的软件开发环境，常用的有Matlab、Visual Basic、VC++等。另一种是基于图形化语言的软件开发环境，常用的有LabView和HpVee。
LabView类似于C和BASIC开发环境，但LabVIEW使用的是图形化编辑语言编写程序，产生的程序是框图的形式。LabView主要包括四个模块：数据采集、显示记录、数据处理。可以方便的选择滤波器类型及其设置各种参数。本文主要用LabView进行滤波器设计。 1 数字滤波器基本概念
滤波器有不同的分类方法，可以按照滤波器的单位冲激响应是否有限，将滤波器分为IIR滤波器和FIR滤波器，由于IIR滤波器的传递函数存在0之外的极点，所以单位冲激响应是无限持续的。按频率选择功能分类，有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、另外，在全频带幅频特性固定的滤波器称全通滤波器，可用于改善滤波器的相频特性。FIR滤波器的设计主要方法有窗函数法、频率采样法、等波纹切比雪夫逼近法等等。 1.1 幅频特性
设采样周期为，令，从变换理论即可得到的频率特性，可表示为
表示数字滤波器的幅频特性，、表示相频特性。另外，是数字滤波器的频率特性。假定，可表示为
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由于是周期为的周期函数，在或的范围内求，既可以确定数字滤波器的频率特性。如果有，所以设计滤波器时，只需考虑的部分就可以了。 1.2 相频特性
设计数字滤波器时候，要考虑它的幅频特性和相频特性。由于在线性相位滤波器中，相位的延迟不会造成失真，在波形的要求就很高，滤波器具有线性相位是十分重要的。为了分析FIR滤波器的相频特性，设传递函数为 如果，即为线性相位。 2 信号源的设计与实现
信号源的设计是所有数字信号处理设计的根本，由于是滤波器的设计，所以信号源必须是多通道，至少双通道信号源，本次设计就采用双通道信号源。其中通道1可以产生：正弦波，方波，三角波，均匀白噪声以及脉冲函数，通道2则在通道1的基础上增加冲击函数以供使用。
通过条件循环，可以将信号发生器组合到一起，然后通过加法器，产生偏置，通过加法器将双通道的信号合成。其中运用到一个选择器，来选择最后输出的是信号发生器1产生的波形信号，还是双通道产生的合成信号。如图1所示：
这样，就完成了双通道信号源的设计，这为以后的数字滤波模块设计打下了基础。 3 FIR滤波器的设计
在设计完双通道信号源后，通过使用LabVIEW的滤波器子VI，设计出数字滤波器。采用巴特沃斯滤波器并进行加窗函数。同时每个滤波器都有低通，高通，带通和带阻的滤波方式。 巴特沃斯滤波器的特点是带通内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在带阻内则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波得图上，从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷大。巴特沃斯滤波器主要采用LabVIEW中的Butterworth Filter.vi的子VI。
数字滤波器的最主要显示手段就是一个时域信号显示窗口，这个窗口可以看出滤波器的滤波效果。为了验证程序设计的正确性和严谨性，选取巴特沃斯滤波器作为对象，选用低通滤波进行测试。输入信号，采用双通道信号源。分别是，幅值为5，频率为500的正弦信号；幅值为5，占空比为80%，频率为2500的方波信号。系统输入与输出结果如图3所示。 4 结论
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利用Labview进行了滤波器的仿真研究，完成了FIR数字滤波器的设计方法和完成的程序，并对一个具体应用进行实例仿真。用软件来实现滤波器优点很多，随着滤波器参数的改变，很容易改变滤波器的性能，用软件来设计滤波器研究将会越来越深入。 参考文献
[1] Robert H.Bishop.LabVIEW实用教程[M].北京：电子工业出版社，2004.
[2] 陈锡辉，张银鸿.LabVIEW程序设计从入门到精通[M].北京；清华大学出版社，2007. [3] 姚天任.数字信号处理（简明版）[M].北京.清华大学出版社.2012.
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