混疊現(xiàn)象的驗(yàn)證程序.

1、 虛擬儀器 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2摘要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，上個(gè)世紀(jì) 80 年代由美國(guó)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(cè)量技術(shù)與儀器領(lǐng) 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(jiǎn)化。虛擬儀器 是利用計(jì)算機(jī)顯示器模擬傳統(tǒng)儀器控制面板，以多種形式輸出檢測(cè)結(jié)果，利用計(jì) 算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理，利用 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)。本次課程設(shè)計(jì) 是利用虛擬儀器中的信號(hào)處理函數(shù)來完成對(duì)頻率混疊現(xiàn)象的驗(yàn)證。頻率混疊是數(shù) 字信號(hào)處理中的一個(gè)重要概念，它是數(shù)字信號(hào)處理中的特有現(xiàn)象

2、，是數(shù)字信號(hào)中 離散采樣引起的。凡是等步長(zhǎng)離散采樣一定會(huì)產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象。頻率混疊會(huì)產(chǎn) 生假頻率、假信號(hào)、會(huì)嚴(yán)重的影響測(cè)量結(jié)果。采樣頻率小于模擬信號(hào)中所要分析 的最高分量的頻率的 2 倍，就會(huì)發(fā)生。本次課程設(shè)計(jì)，通過欠采樣和正常采樣時(shí) 域和頻域圖的對(duì)比分析，完成對(duì)混疊現(xiàn)象的驗(yàn)證，最終計(jì)算出混疊頻率。 關(guān)鍵詞： 虛擬儀器、頻率混疊、數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)、欠采樣、混疊頻率。目錄一 虛擬儀器設(shè)計(jì)課程簡(jiǎn)介 1 二 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 1（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容 1（2）設(shè)計(jì)要求 2三 實(shí)驗(yàn)儀器 .2四 實(shí)驗(yàn)過程 .2（1）設(shè)計(jì)思路框圖 . 。2（2）實(shí)驗(yàn)原理 .4（3）程序簡(jiǎn)介 .4五 實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(jié)果分析 .10 七 實(shí)驗(yàn)心得 .11 八 參考文獻(xiàn) .122 一虛擬儀器設(shè)計(jì)課程簡(jiǎn)介 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，上個(gè)世紀(jì) 80 年 代由美國(guó)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(jì)算 機(jī)顯示器模擬傳統(tǒng)儀器控制面板，以多種形式輸出檢測(cè)結(jié)果，利用計(jì)算 機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理，利用 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)

4、試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。 本次課程 設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容是在 LABVIEW 開發(fā)平臺(tái)下，結(jié)合測(cè)試與信號(hào) 處理理論設(shè)計(jì)混疊現(xiàn)象的驗(yàn)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(shí)的時(shí)域波形，畫出欠采樣時(shí)的頻域波形以及 計(jì)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(shè)計(jì)內(nèi)容與要求（1） 設(shè)計(jì)內(nèi)容在 LABVIEW 開發(fā)平臺(tái)下，綜合測(cè)試與信號(hào)處理理論來完成以下設(shè)計(jì)內(nèi) 容：21 畫出欠采樣時(shí)的時(shí)域波形；2 畫出欠采樣時(shí)的頻域波形；3 計(jì)算混疊頻率。（2） 設(shè)計(jì)要求1 前面板上設(shè)置采樣頻率和信號(hào)頻率； 2 前面板上顯示欠采樣時(shí)的時(shí)域波形； 3前面板上顯

5、示欠采樣時(shí)的頻域波形；4 前面上顯示混疊頻率值。三 實(shí)驗(yàn)儀器1 計(jì)算機(jī)一臺(tái)。2 LabVIEW 軟件一套四 設(shè)計(jì)過程（1）設(shè)計(jì)思路框圖信號(hào)發(fā)生器：2混疊頻率計(jì)算公式： 式中 程序框圖：為了實(shí)現(xiàn)常用波形的混疊現(xiàn)象的驗(yàn)證，程序框圖中用了一個(gè)選擇結(jié)構(gòu)，分別將正 弦波，方波，三角波的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)在程序框圖中以便選擇常用波形來驗(yàn)證混 疊現(xiàn)象。2（2）實(shí)驗(yàn)原理混疊現(xiàn)象：當(dāng)用采樣頻率 SF對(duì)一個(gè)信號(hào)采樣時(shí)，信號(hào)中 SF/2 以上的頻率成分不 是消失了，而是對(duì)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(gè)現(xiàn)象假造 “混疊 ”。根據(jù)混疊的原理，可得出分析信號(hào)的混疊頻率

6、計(jì)算公式，設(shè)實(shí)際信號(hào)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(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)我們可以用三角波，正弦波，方波三種基本波設(shè)計(jì)和觀察信號(hào)混疊程序。 把三種波的發(fā)生器通過選擇結(jié)構(gòu)連在一起，這樣就方便我們可以快速地對(duì)每一種 波進(jìn)行操作（在前面板上選擇對(duì)話框，可以方便選擇），再根據(jù)混疊頻率計(jì)算公 式可以算出混疊頻率，而時(shí)域信號(hào)通過傅里葉變換得到頻域信號(hào)。這樣，我們就 可以用數(shù)組把時(shí)域和頻域的信號(hào)分別顯示在兩個(gè)示波器當(dāng)中。然后，就可以在前 面板上通過選擇波形，輸入頻率，來計(jì)算混疊頻率和顯示對(duì)應(yīng)波的混疊圖像。2五 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)A 混疊程序

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

8、HZ。六 結(jié)果分析 從圖中可以看出，我設(shè)計(jì)的混疊程序圖基本上完成了混疊現(xiàn)象的驗(yàn)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(duì)比可以看出，紅線基本上能夠呈現(xiàn)出原模擬信號(hào)的波形包絡(luò)，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(hào)的包絡(luò)。2七 實(shí)驗(yàn)心得本次實(shí)驗(yàn)主要任務(wù)是基于 labview 開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)波形的混疊驗(yàn)證程序，通過設(shè)計(jì) 正弦波，方波和三角波來觀察和驗(yàn)證波形的混疊情況，并且要計(jì)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(guān)資料，我系統(tǒng)地了解了虛擬儀器在信號(hào)處 理方面所發(fā)揮的作用。從信號(hào)發(fā)生器到信號(hào)參數(shù)設(shè)置，再到波形顯

9、示，最后計(jì)算 混疊頻率?？梢哉f這一過程不但是一個(gè)設(shè)計(jì)的過程，更是一個(gè)系統(tǒng)學(xué)習(xí)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(jìn)行探 究。信號(hào)發(fā)生器的每個(gè)端口的作用，如何設(shè)置，從查看本身自帶的幫助外，我還 查閱了網(wǎng)上的一些設(shè)計(jì)應(yīng)用。在這個(gè)過程中有因?yàn)橐粋€(gè)難題困惑的痛苦也有因?yàn)?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(xué)習(xí)習(xí)慣。無(wú)論 設(shè)計(jì)過程有多么的艱難，最終我通過自己的努力，和同學(xué)，老師的幫助下，順利地完成了本次課程設(shè)計(jì)。謝謝王萍老師和賈老師在課程設(shè)計(jì)過程中的細(xì)心知道， 你們對(duì)我的幫助很大。2八 參考文獻(xiàn)1 賈惠芹虛擬儀器設(shè)計(jì)。機(jī)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(xué)報(bào)， 2002，S2:28929