混疊現(xiàn)象的驗證程序.

1、 虛擬儀器 課程設計任務書2摘要隨著計算機技術，電子技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，上個世紀 80 年代由美國儀 器公司提出的虛擬儀器概念橫空出世。虛擬儀器的出現(xiàn)給電子測量技術與儀器領 域注入了新的力量，使得許多需要傳統(tǒng)儀器解決的問題都得到了簡化。虛擬儀器 是利用計算機顯示器模擬傳統(tǒng)儀器控制面板，以多種形式輸出檢測結果，利用計 算機軟件實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用 I/O 接口設備完成信號的采 集、測量與調(diào)理，從而完成各種測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。本次課程設計 是利用虛擬儀器中的信號處理函數(shù)來完成對頻率混疊現(xiàn)象的驗證。頻率混疊是數(shù) 字信號處理中的一個重要概念，它是數(shù)字信號處理中的特有現(xiàn)象

2、，是數(shù)字信號中 離散采樣引起的。凡是等步長離散采樣一定會產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象。頻率混疊會產(chǎn) 生假頻率、假信號、會嚴重的影響測量結果。采樣頻率小于模擬信號中所要分析 的最高分量的頻率的 2 倍，就會發(fā)生。本次課程設計，通過欠采樣和正常采樣時 域和頻域圖的對比分析，完成對混疊現(xiàn)象的驗證，最終計算出混疊頻率。 關鍵詞： 虛擬儀器、頻率混疊、數(shù)字信號、模擬信號、欠采樣、混疊頻率。目錄一 虛擬儀器設計課程簡介 1 二 設計內(nèi)容與要求 1（1）設計內(nèi)容 1（2）設計要求 2三 實驗儀器 .2四 實驗過程 .2（1）設計思路框圖 . 。2（2）實驗原理 .4（3）程序簡介 .4五 實驗數(shù)據(jù) .5A 混疊程序框圖

3、 .5A-1 正弦波的混疊現(xiàn)象 .5A-2 方波的混疊現(xiàn)象 .6A-3 三角波的混疊現(xiàn)象 .7B 混疊現(xiàn)象的驗證程序 .7B-1 正弦波的混疊現(xiàn)象 .7B-2 方波的混疊現(xiàn)象 .8B-3 三角波的混疊現(xiàn)象 .9六 結果分析 .10 七 實驗心得 .11 八 參考文獻 .122 一虛擬儀器設計課程簡介 隨著計算機技術，電子技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，上個世紀 80 年 代由美國儀器公司提出的虛擬儀器概念橫空出世。虛擬儀器是利用計算 機顯示器模擬傳統(tǒng)儀器控制面板，以多種形式輸出檢測結果，利用計算 機軟件實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用 I/O 接口設備完成信號 的采集、測量與調(diào)理，從而完成各種測

4、試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。 本次課程 設計的設計內(nèi)容是在 LABVIEW 開發(fā)平臺下，結合測試與信號 處理理論設計混疊現(xiàn)象的驗證程序，要求輸出正弦波、方波、三角波，波 形可選擇，要求畫出欠采樣時的時域波形，畫出欠采樣時的頻域波形以及 計算混疊頻率。在前面板上有文本輸入框和輸出框，用于輸入和顯示傳 輸?shù)臄?shù)據(jù)。二 設計內(nèi)容與要求（1） 設計內(nèi)容在 LABVIEW 開發(fā)平臺下，綜合測試與信號處理理論來完成以下設計內(nèi) 容：21 畫出欠采樣時的時域波形；2 畫出欠采樣時的頻域波形；3 計算混疊頻率。（2） 設計要求1 前面板上設置采樣頻率和信號頻率； 2 前面板上顯示欠采樣時的時域波形； 3前面板上顯

5、示欠采樣時的頻域波形；4 前面上顯示混疊頻率值。三 實驗儀器1 計算機一臺。2 LabVIEW 軟件一套四 設計過程（1）設計思路框圖信號發(fā)生器：2混疊頻率計算公式： 式中 程序框圖：為了實現(xiàn)常用波形的混疊現(xiàn)象的驗證，程序框圖中用了一個選擇結構，分別將正 弦波，方波，三角波的信號發(fā)生器設計在程序框圖中以便選擇常用波形來驗證混 疊現(xiàn)象。2（2）實驗原理混疊現(xiàn)象：當用采樣頻率 SF對一個信號采樣時，信號中 SF/2 以上的頻率成分不 是消失了，而是對稱的映射到了 SF/2 以下的頻帶中，并且和 SF/2以下的原有頻 率成分疊加起來，這個現(xiàn)象假造 “混疊 ”。根據(jù)混疊的原理，可得出分析信號的混疊頻率

6、計算公式，設實際信號頻率為f ，采樣頻率為 SF，并且 SF<2f,經(jīng)過采樣分析得到的混疊頻率為，則有如下公式： 混疊頻率式中（3）程序簡介本實驗我們可以用三角波，正弦波，方波三種基本波設計和觀察信號混疊程序。 把三種波的發(fā)生器通過選擇結構連在一起，這樣就方便我們可以快速地對每一種 波進行操作（在前面板上選擇對話框，可以方便選擇），再根據(jù)混疊頻率計算公 式可以算出混疊頻率，而時域信號通過傅里葉變換得到頻域信號。這樣，我們就 可以用數(shù)組把時域和頻域的信號分別顯示在兩個示波器當中。然后，就可以在前 面板上通過選擇波形，輸入頻率，來計算混疊頻率和顯示對應波的混疊圖像。2五 實驗數(shù)據(jù)A 混疊程序

7、框圖A-3 三角波信號的混疊圖2B 混疊現(xiàn)象的驗證程序圖B-1 正弦波混疊現(xiàn)象程序驗證 試驗參數(shù) 固有頻率： 80HZ 欠采樣頻率： 140HZ 2正常采樣頻率： 1000HZ 采樣點數(shù) ：50 實驗波形圖由圖可以看出 混疊頻率： 60HZ。B-2 混疊現(xiàn)象程序驗證試驗參數(shù) 固有頻率： 80HZ 欠采樣頻率： 140HZ 正常采樣頻率： 1000HZ 采樣點 數(shù) ：50 實驗波形圖由圖可以看出 混疊頻率： 60HZ。B-3 三角波混疊現(xiàn)象程序驗證試驗參數(shù) 固有頻率： 140HZ 欠采樣頻率： 220HZ 正常采樣頻率： 3600HZ 采樣點 數(shù) ：40 實驗波形圖由圖可以看出 混疊頻率： 60

8、HZ。六 結果分析 從圖中可以看出，我設計的混疊程序圖基本上完成了混疊現(xiàn)象的驗證。圖中紅線 表示的正常采樣顯示的波形，白線表示的是欠采樣情況下的混疊波形。從兩種圖 對比可以看出，紅線基本上能夠呈現(xiàn)出原模擬信號的波形包絡，而白色部分，由 于采樣頻率過低，采樣后波形失真，不能顯示出原模擬信號的包絡。2七 實驗心得本次實驗主要任務是基于 labview 開發(fā)平臺設計波形的混疊驗證程序，通過設計 正弦波，方波和三角波來觀察和驗證波形的混疊情況，并且要計算出混疊頻率的 數(shù)值。通過在圖書館查閱資料和上網(wǎng)查閱相關資料，我系統(tǒng)地了解了虛擬儀器在信號處 理方面所發(fā)揮的作用。從信號發(fā)生器到信號參數(shù)設置，再到波形顯

9、示，最后計算 混疊頻率?？梢哉f這一過程不但是一個設計的過程，更是一個系統(tǒng)學習和探究的 過程。在使用 LABVIEW 的過程中，先理清程序思路框圖，然后分模塊地進行探 究。信號發(fā)生器的每個端口的作用，如何設置，從查看本身自帶的幫助外，我還 查閱了網(wǎng)上的一些設計應用。在這個過程中有因為一個難題困惑的痛苦也有因為 困惑得到解決的快樂。這不僅是一種思維模式，更是一種良好的學習習慣。無論 設計過程有多么的艱難，最終我通過自己的努力，和同學，老師的幫助下，順利地完成了本次課程設計。謝謝王萍老師和賈老師在課程設計過程中的細心知道， 你們對我的幫助很大。2八 參考文獻1 賈惠芹虛擬儀器設計。機械工業(yè)出版社 20122 周福超，汪志勇，局滋培基于 LabVIEW 的頻譜分析儀。儀器儀表學報， 2002，S2:28929