平滑濾波器設(shè)計(jì)應(yīng)用

1、-. z平滑濾波器設(shè)計(jì)與應(yīng)用摘 要虛擬儀器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，即以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)和定義其功能，具有虛擬儀器面板，由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)其測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器一樣，具有信號(hào)采集與控制、信號(hào)分析與處理、結(jié)果表達(dá)與輸出這些根本功能，只是這些功能是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，配以必要的硬件和專用軟件實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)要求使用被工業(yè)、學(xué)術(shù)和研究實(shí)驗(yàn)室普遍承受的儀器控制軟件LabVIEW圖形化的編程軟件實(shí)現(xiàn)。濾波器是非常重要的電子器件，在做實(shí)驗(yàn)、進(jìn)展產(chǎn)品研制和調(diào)試以及系統(tǒng)測(cè)試中都是必不可少的。其作用是消除干擾雜訊，將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純潔的信號(hào)。平滑濾波

2、器是一種低通濾波器，是在空間域?qū)崿F(xiàn)的一種濾波器，通過縮小高頻，擴(kuò)大低頻去除*些噪聲，而且濾波器的階數(shù)越高，值越均勻，濾波效果越好數(shù)?；贚abVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)的濾波器可以通過面向應(yīng)用的系統(tǒng)構(gòu)造，由用戶自行設(shè)定功能，方便的與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、外設(shè)和其它設(shè)備連接。濾波器輸入輸出依據(jù)軟件產(chǎn)生，使用靈活，便于修改，且本錢低廉。關(guān)鍵詞：labview，波形生成，平滑濾波-. z目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc30033 1 虛擬儀器概述 PAGEREF _Toc30033 1 HYPERLINK l _Toc30314 1.1 虛擬儀器的概念 PAGEREF _Toc30314

3、 1 HYPERLINK l _Toc19701 1.2 虛擬儀器的開展 PAGEREF _Toc19701 1 HYPERLINK l _Toc21765 1.3 虛擬儀器的特點(diǎn) PAGEREF _Toc21765 2 HYPERLINK l _Toc3628 2 各元件功能介紹 PAGEREF _Toc3628 2 HYPERLINK l _Toc20830 3 程序制作 PAGEREF _Toc20830 5 HYPERLINK l _Toc21449 2.1 前面板的制作 PAGEREF _Toc21449 5 HYPERLINK l _Toc24757 2.2 程序框圖制作 PAGE

4、REF _Toc24757 5 HYPERLINK l _Toc21716 4 軟件打包 PAGEREF _Toc21716 7 HYPERLINK l _Toc24961 總 結(jié) PAGEREF _Toc24961 9 HYPERLINK l _Toc4945 致 PAGEREF _Toc4945 10 HYPERLINK l _Toc32135 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc32135 11-. z1 虛擬儀器概述在過去的20年中，PC機(jī)應(yīng)用的迅速普及促進(jìn)了測(cè)試測(cè)量和自動(dòng)化儀器系統(tǒng)的革新，其中最顯著的一點(diǎn)就是虛擬儀器概念的出現(xiàn)與開展。虛擬儀器Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱V

5、I是計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)和電子儀器技術(shù)相互結(jié)合、滲透的產(chǎn)物。他是全新概念的儀器，是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破。他的出現(xiàn)促使測(cè)量?jī)x器與計(jì)算機(jī)之間的界限消失，開場(chǎng)了測(cè)量?jī)x器的新時(shí)代，是儀器領(lǐng)域的一次革命。1.1 虛擬儀器的概念所謂虛擬儀器就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義、具有虛擬面板、測(cè)試功能有軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。用來完成傳統(tǒng)儀器的功能。使用者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊虛擬面板，就可以操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，就如同使用一臺(tái)專用的電測(cè)儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)，是測(cè)量?jī)x器與個(gè)人計(jì)算機(jī)的界限模糊了。虛擬儀器是利用PC計(jì)算機(jī)顯示器CRT的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出的

6、檢測(cè)結(jié)果，利用PC計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析、處理，由I/O接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，從而完成各種測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)1。1.2 虛擬儀器的開展電子測(cè)量?jī)x器開展至今，大體經(jīng)歷了四代開展歷程。模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器、虛擬儀器。第一代：模擬儀器，這類儀器是以電磁感應(yīng)根本定律為根底的模擬指針式儀表。如指針式萬用表、晶體管電壓表等。第二代：數(shù)字式儀表，這類儀表目前相當(dāng)普及，如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計(jì)等。這類儀表將模擬信號(hào)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的測(cè)量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應(yīng)和較高準(zhǔn)確度的測(cè)量。第三代：智能儀器，這類儀器置微處理器，既能進(jìn)展自動(dòng)測(cè)試

7、又具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，可取代局部腦力勞動(dòng)，所以習(xí)慣上稱為智能儀器。但是它的功能塊全部以硬件或固化的軟件形式存在的，無論是在開發(fā)還是在應(yīng)用中，都缺乏靈活性。第四代：虛擬儀器，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)。通信技術(shù)和測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它對(duì)傳統(tǒng)的儀器概念進(jìn)展了一次巨大變革，是將來儀器產(chǎn)業(yè)的開展的重要方向之一。1.3 虛擬儀器的特點(diǎn)獨(dú)立的傳統(tǒng)儀器，例如示波器和波形發(fā)生器，價(jià)格昂貴，且被廠家限定了功能，只能完成一件或幾件具體的工作，因此用戶通常都不能對(duì)其加以擴(kuò)展或自定義其功能。儀器的旋鈕和開關(guān)、置電路及用戶所能使用的功能對(duì)這臺(tái)儀器來說都是獨(dú)一無二的，另外開發(fā)這些儀器必須要用專門的技術(shù)和高本錢的原部件，從而

8、使他們身價(jià)頗高且不易更新，而虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的功能可以由用戶根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)軟件來定義或擴(kuò)展，而不是只能由廠家事先定義且固定不可改變。這樣，用戶不必購(gòu)置多種不同功能的傳統(tǒng)儀器，不必購(gòu)置昂貴的集多種功能于一身的傳統(tǒng)儀器，也不必不斷購(gòu)置新的儀器。因?yàn)樘摂M儀器可與計(jì)算機(jī)同步開展，與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互連，用戶只需改變軟件程序就可不斷賦予它或擴(kuò)展增強(qiáng)它的測(cè)試能力。這就是說，儀器的設(shè)計(jì)制造不再是廠家的專利。虛擬儀器開創(chuàng)了一起使用者可以成為儀器設(shè)計(jì)者的時(shí)代，這將給儀器使用者帶來無盡的收益，而且使用儀器解決方案可以大幅降低資金本錢、系統(tǒng)開發(fā)本錢和系統(tǒng)維護(hù)本錢，同時(shí)還為用戶加快產(chǎn)品上市時(shí)間并提高產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬

9、儀器的特點(diǎn)可歸納為：在通用硬件平臺(tái)確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器的硬件來完成儀器的功能。儀器的功能是根據(jù)需要由軟件來定義的，而不是實(shí)現(xiàn)由廠家定義好的。儀器性能的改良和功能擴(kuò)展只需進(jìn)展相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)更新，而不需要購(gòu)置新的儀器。研究周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。2 各元件功能介紹圖1 正弦波信號(hào)的生成圖1是生成正弦波元件，此元件生成一個(gè)正弦波的數(shù)組。圖2 Savitzky-Golay濾波器系數(shù)圖2是【Savitzky-Golay濾波器系數(shù)】，設(shè)計(jì)一個(gè)Savitzky-Golay FIR平滑濾波器，該VI返回Savitzky-Golay濾波器系數(shù)和差分濾波器系數(shù)。圖3 高斯白噪聲圖3是高斯白噪聲，產(chǎn)生一個(gè)高斯

10、分布的偽隨機(jī)信號(hào)，其統(tǒng)計(jì)分布為micro，sigma=0，S，其中S是標(biāo)準(zhǔn)差。圖4 數(shù)組大小圖4是【數(shù)字大小】，用于返回?cái)?shù)組每個(gè)維度的元素個(gè)數(shù)。圖5 數(shù)組子集圖5為【數(shù)組子集】，用于返回?cái)?shù)組的一局部，從索引處開場(chǎng)，包含長(zhǎng)度個(gè)元素。圖6 索引數(shù)組圖6是【索引數(shù)組】，返回n維數(shù)組的索引位置的元素和子數(shù)組。圖7 矩陣A*B圖7是【矩陣A*B】，是兩個(gè)輸入矩陣或一個(gè)輸入矩陣和輸入向量相乘。連接至A乘B輸入端的數(shù)據(jù)類型決定所使用的多態(tài)實(shí)例。圖8 點(diǎn)積圖8是【點(diǎn)積】，計(jì)算*向量和Y向量的點(diǎn)積，連接至*向量和Y向量輸入端的數(shù)據(jù)類型決定所使用的多態(tài)實(shí)例。圖9 FFT功率譜連接線圖9是【FFT功率譜】，兩個(gè)FF

11、T功率譜輸出通過后邊的創(chuàng)立數(shù)組構(gòu)成一個(gè)二維數(shù)組輸出。圖10 創(chuàng)立數(shù)組圖10是【創(chuàng)立數(shù)組】，用于連接多個(gè)數(shù)組或向N維數(shù)組添加元素。圖11 For循環(huán)圖11是【For循環(huán)】，將連接到總數(shù)N接線端的值n作為執(zhí)行循環(huán)次數(shù)子程序框圖的。計(jì)算接線端i提供了當(dāng)前的循環(huán)總數(shù)，其取值在0n-1圍。3 程序制作2.1 前面板的制作在前面板界面，右擊調(diào)出控件面板，選擇【E*press】/【數(shù)值輸入控件】/【數(shù)值輸入控件】。根據(jù)需要選擇個(gè)數(shù)，用編輯文本工具分別命名為單測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)、多項(xiàng)式階數(shù)、采樣。在前面板界面，右擊調(diào)出控件面板，選擇【E*press】/【圖形顯示控件】/【波形圖】。調(diào)整到適宜的大小，如下列圖所示。圖1

12、2 前面板設(shè)計(jì)總圖2.2 程序框圖制作在函數(shù)選板上單擊【編程】/【構(gòu)造】/【For循環(huán)】，并將其拖放在適宜的位置。在函數(shù)選板上單擊【信號(hào)處理】/【信號(hào)生成】/【正弦波】，并將其拖放在適宜的位置。在函數(shù)選板上單擊【信號(hào)處理】/【信號(hào)生成】/【高斯白噪聲】，并將其拖放在適宜的位置。在函數(shù)選板上單擊【信號(hào)處理】/【濾波器】/【Savitzky-Golay 濾波器】，并將其拖放在適宜的位置。在函數(shù)選板上單擊【編程】/【數(shù)組】/【數(shù)組大小】，并將其拖放在適宜的位置。在函數(shù)選板上單擊【編程】/【數(shù)組】/【數(shù)組子集】，并將其拖放在適宜的位置。在函數(shù)選板上單擊【編程】/【數(shù)組】/【索引數(shù)組】，并將其拖放在適宜

13、的位置。在函數(shù)選板上單擊【數(shù)學(xué)】/【線性代數(shù)】/【矩陣A*B】，并將其拖放在適宜的位置。在函數(shù)選板上單擊【數(shù)學(xué)】/【線性代數(shù)】/【點(diǎn)積】，并將其拖放在適宜的位置。在函數(shù)選板上單擊【編程】/【數(shù)組】/【創(chuàng)立數(shù)組】，并將其拖放在適宜的位置。在函數(shù)選板上單擊【數(shù)學(xué)】/【數(shù)值】/【加】，同理添加【加1】，根據(jù)需要添加個(gè)數(shù)并將其拖放在適宜的位置。元件都放置好后，用工具選板上的【進(jìn)展連線】工具進(jìn)展連線。練好后結(jié)果如下列圖3。圖13 程序面板設(shè)計(jì)總圖VI編好后，給前面板賦值。如圖14圖14 賦值后的前面板運(yùn)行結(jié)果如圖15圖15 前面板運(yùn)行結(jié)果圖最后把編寫好的VI進(jìn)展保存。4 軟件打包單擊菜單欄中的文件，選擇

14、新建選項(xiàng)，在新翻開的對(duì)話框中選擇工程，并選擇確定關(guān)閉窗口；在新彈出的工程瀏覽器窗口下，選擇項(xiàng)選項(xiàng)卡，右鍵單擊我的電腦，并在彈出快捷菜單中依次選擇新建、虛擬文件夾9；右鍵單擊2中新建的新文件夾，在彈出的快捷菜單中依次選擇添加、文件，在新翻開的窗口中選擇4 軟件測(cè)試中保存的文件平滑濾波器設(shè)計(jì)與應(yīng)用.vi；右鍵單擊項(xiàng)選項(xiàng)卡下的程序生成規(guī)，在彈出的快捷菜單中依次選擇新建、應(yīng)用程序E*E，單擊保存并命名為平滑濾波器設(shè)計(jì)與應(yīng)用；在新翻開的窗口中，選擇類別下的信息，將目標(biāo)文件名改為平滑濾波器設(shè)計(jì)與應(yīng)用顯示器；在新翻開的窗口中，選擇類別下的源文件，在工程文件下找到文件平滑濾波器設(shè)計(jì)與應(yīng)用.vi；單擊右下角的生

15、成，開場(chǎng)生成E*E文件；如圖16所示，以生成可執(zhí)行文件，且運(yùn)行正常4。圖16 生成E*E文件后的結(jié)果總 結(jié)通過此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多東西。從查資料，整理資料到讀程序，寫程序，改程序，仿真直至通過教師的驗(yàn)收，一切都充滿了刻苦與艱辛，其間充滿了挫折可是同時(shí)又伴隨著歡樂。令我感觸最深的就是教師傾心的幫助，有時(shí)我對(duì)*些知識(shí)點(diǎn)并不是很清楚，可是教師總是不厭其煩的給我一遍又一遍的講解，直到我弄清楚為止！他的知識(shí)閱歷另我翻開眼界，他們的無私精神更另我感動(dòng)不已！另外，在重復(fù)修改與設(shè)計(jì)的過程中，我又重新把虛擬儀器應(yīng)用設(shè)計(jì)這本書仔細(xì)的看了一下，弄懂了一些以前一知半解的東西，進(jìn)一次加強(qiáng)和穩(wěn)固了我的理論知識(shí)。在此次課程設(shè)計(jì)過程中，我把虛擬儀器的理論知識(shí)用于實(shí)踐中，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，使我的理論知識(shí)的到了穩(wěn)固，在查資料翻閱資料的過程中也豐富了我的知識(shí)和閱歷。致 本課題在選題及進(jìn)展過程中得到教師的悉心指導(dǎo)。論文行文過程中，教師屢次幫助我分析思路，開拓視角，在我遇到困難想放棄的時(shí)候給予我最大的支持和鼓勵(lì)。使我可以按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)并使自己的專業(yè)知識(shí)與綜合能力都得到了相應(yīng)的提高。在課程設(shè)計(jì)過程中，教師在百忙中對(duì)我的課程設(shè)計(jì)進(jìn)展了指導(dǎo)。教師首先細(xì)致地為我解題；當(dāng)我迷茫于眾多的資料時(shí)，她又為我提