1、虛擬儀器課程設(shè)計(jì)提取正弦波姓名：彭明鍵學(xué)號(hào)：201220120221班級(jí)：指導(dǎo)老師：方江雄塡表提取正弦波從有限米樣樣本中提取正弦信號(hào)參數(shù) （包括頻率、幅度、相位等）是信號(hào)處理中一類重要的估計(jì)問題。1、設(shè)計(jì)目的用數(shù)字濾波器從含有高頻噪聲的采樣數(shù)據(jù)中提取正弦信號(hào)。基于LabVIEW 8.2虛擬平臺(tái)，使用圖形語言編程設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)， 使輸 入信號(hào)為正弦波，并加載一個(gè)高頻均勻白噪聲作為模擬信號(hào)傳輸中的 隨機(jī)干擾信號(hào)，以及采用一個(gè)切比雪夫低通濾波器， 以濾除信號(hào)中的 噪聲分量，提取出頻率為5Hz的正弦信號(hào)。2、程序框圖主要功能模塊介紹濾波器子選板位于函數(shù)選板的“信號(hào)處理-濾波器”中，如圖1所示。 其中“

2、Chebyshev濾波器”函數(shù)節(jié)點(diǎn)用于對(duì)噪聲的輸入信號(hào)進(jìn)行切比 雪夫?yàn)V波處理。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)類型的不同，它有兩個(gè)多態(tài)實(shí)例（實(shí)數(shù)、 復(fù)數(shù)）可供選用，其調(diào)用路徑為“函數(shù)-信號(hào)處理-濾波器- Chebyshev濾波器”。如表1是其輸入/輸出參數(shù)說明表。表1 Chebyshev濾波器”函數(shù)的輸入/輸出參數(shù)說明表A期邈渡黑婁里（fillertype）有4削迅0國認(rèn)）WL M眾L $卿,X般鮒踰入信號(hào)耕JI屜佩sampling freq耐敲止解r fii thigh cutofffreq)肪敲嘯札0網(wǎng)血或】俶劇時(shí)齡味為2啡和3儁 陽時(shí)必獻(xiàn)玫哉止辭，瞞會(huì)耗斯特采樣定律駆敢名稱誼明抵戲止fl (low cohf

3、ffreq)逼示低載諭牝宓貓合紆馳採松鍬默認(rèn)值為U.阪如tftflt止顏靱0或占 燈釆腳郃 豐 做睢酬確號(hào)為空酬，井釧-啊儡濾酬艸為”帶 迦和(訓(xùn)D戕銀大千低栽止孵tttti m (ripple CdB)妬辭內(nèi)的我墳，必殂X于弘單fifidBi RUkA 01階載(order)ffiSt于Q的憾玻辭階帆KO2初iSitf連讀冷Mi化；F)(in Meant)用耒控制內(nèi)部畑的4MWtU認(rèn)為FAL£E,此時(shí)內(nèi)BWtiS為0肖為TRUE m, mview u使用kata用此丹點(diǎn)的事態(tài)實(shí)啊的竝終w部狀&afr柳始化.咖異要st a -t包含報(bào)小的塊omAsasF?列，可smi ffa

4、lse.村i他融 ffiftOTRUEAltered X)牛成艶過垃放后的輸出倍號(hào)數(shù)他戕(erruf)碩沖來自VI (W謖或粉伯息障戶庫f*l H4Mk口4遼154也輛HSL/Otupreiiinput fiignald| Z、I ¥羈N1.AAL 掃弧 I 訓(xùn) b:Ch ebyshev Filter.vi|R弼器it恥雜他iwm：fl-癱絢一 繼一艇駅6畑仙至酬，生如:h沏旅犠鶴通加 荷或魂金可艇軸活璀粗”也可舌趣鍍酸圖i切比雪夫?yàn)V波器11.19.3詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟利用信號(hào)生成子選板上的“正弦波”函數(shù)，加載一個(gè)高頻均勻白噪聲作為模擬信號(hào)傳輸中的隨機(jī)干擾信號(hào)， 井對(duì)此信號(hào)進(jìn)行切比雪夫 低

5、通濾波，以濾除信號(hào)中的噪聲分量，提取出基頻頻率的正弦信號(hào) 具體設(shè)計(jì)步驟如下所示1、前面板的設(shè)計(jì)創(chuàng)建新vi，命名為PMJ.vi.其操作路徑為“文件-新建vi ”。（2）放置數(shù)值控件、布爾控件及圖形控件。將數(shù)值輸入控什分別命名為“頻率（Hz）"（默認(rèn)值設(shè)置為5）, “采 樣”（默認(rèn)值設(shè)置為1024）,“幅道”（默認(rèn)值設(shè)置為1.00）,“采樣頻率（Hz）” （默認(rèn)值設(shè)置為1024）和“波紋（dB）”（默認(rèn)值設(shè)置為0.10）。執(zhí)行.控件新式一數(shù)值垂直指針滑動(dòng)桿.操作，將垂直指針滑 動(dòng)桿控件分別命名為“低通截止頻率：fl”和“階數(shù)”，前者的默認(rèn)值為 20Hz，后者的默認(rèn)值為5。執(zhí)行“控件-新式

6、-布爾-停止按鈕” 操作，放置一個(gè)“停止，, 按鈕控件。執(zhí)行“控件-新式-圖形-波形圖”操作，放置3個(gè)波形圖控件，分別命名為“ input signal”，filtered signal” “濾波后fft頻譜圖”。提取正弦波實(shí)例的前面板設(shè)計(jì)完畢后如圖2所示。input signal時(shí)lH圖2提取正弦波實(shí)例的前面板2程序框圖的編輯(1) 打開程序框圖編輯窗口，相應(yīng)的控件圖標(biāo)已經(jīng)顯示出來。其 操作路徑為“窗口-顯示程序框圖”。(2) 放置 While循環(huán)、正弦波(Sine Pattem. vi)均勻白噪聲(Unifomt White Noise. vi),切比雪夫?yàn)V波器(Chebyshev fil

7、tered. vi), FFT,捆綁 (Bundle),數(shù)組大小(Artay Size)，復(fù)數(shù)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及倒數(shù)等節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)。執(zhí)行“函數(shù)編程結(jié)構(gòu)While循環(huán)介操作，將所有節(jié)點(diǎn)拖入 While循環(huán)中，而且所有程序在 While循環(huán)中進(jìn)行。執(zhí)行“函數(shù)-信號(hào)處理-信號(hào)生成-正弦信號(hào)”操作， 如圖 3所示，添加1個(gè)正弦信號(hào)的函數(shù)節(jié)點(diǎn)；執(zhí)行“函數(shù)-信號(hào)處理-信號(hào)生成均勻白噪聲”操作，如圖4所示，添加1個(gè)“均勻白噪聲”的函數(shù)節(jié)點(diǎn)，將它與正弦信號(hào)相加合成測試信號(hào)。其中，如圖 4所示, “均勻白噪聲”函數(shù)節(jié)點(diǎn)可以產(chǎn)生幅值位于區(qū)間【-aa】的均勻分布 的偽隨機(jī)波形，a表示幅值的絕對(duì)值，此處 a=100。最后，將

8、“正弦波”和“均勻白噪聲”函數(shù)節(jié)點(diǎn)與參數(shù)輸入和濾波器部分連接起來匚3471仆彳irrairslEkesheeiIee 育01_=-rrk0""HuiJJHtfewi: signjJ-h；蒂*-mo*3卜E5 *-：龍生BEll/OCiaSl/O疽翹互刪二inpX signal 畫*圖3 “正弦信號(hào)”函數(shù)Eprew睡豈LkPHitTSflLL月戶岸E刮誥i-與頤A睦睜號(hào)NLAALBanMibcSine RittenuiHi詞韻白肆HJ_AMBa hJv! ilrLJniform White Noise.vi|執(zhí)行“函數(shù)T數(shù)學(xué)T數(shù)值T復(fù)數(shù)T復(fù)數(shù)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”操作， 添加“復(fù)數(shù)至

9、極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”函數(shù)節(jié)點(diǎn)，用P (r,theta)表示極坐標(biāo)系，其 中r為極徑，theta為極角，r*eA (i*theta)為復(fù)數(shù)的極坐標(biāo)形式，其圖 標(biāo)和輸入/輸出端子如圖5所示。復(fù)數(shù)至彊坐標(biāo)轉(zhuǎn)換Complex To Polar)r * eA(rtheta)r theta捋臭數(shù)分解為極擺標(biāo)分量"圖5復(fù)數(shù)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”函數(shù)執(zhí)行“函數(shù)t信號(hào)處理t濾波器t Chebyshe v濾波器”操作， 如圖1所示，添加一個(gè)“ ChebyshevP濾波器”函數(shù)。在此次設(shè)計(jì)中， 用切比雪夫?yàn)V波器對(duì)均勻白噪聲信號(hào)進(jìn)行高通濾波，用于產(chǎn)生高頻噪聲(f>150Hz)。濾波器階數(shù)為5,波紋為O.ldB。然后使

10、用切比雪夫低 通濾波器對(duì)合成的信號(hào)進(jìn)行處理，截止頻率、階數(shù)和波紋的設(shè)置可在 前面板中完成和更改.執(zhí)行“函數(shù)t信號(hào)處理t變換t FFT”操作，如圖6所示，添 加一個(gè)FFT函數(shù)節(jié)點(diǎn)。“FFT”函數(shù)節(jié)點(diǎn)是用來計(jì)算輸入序列的傅里葉 變換。注意在前面板的“濾波后fft頻譜圖”控件上，先將波形圖的 橫坐標(biāo)范圍更改為0100。然后右鍵單擊控件，彈出如圖7所示的快 捷菜單。在X標(biāo)尺項(xiàng)中取消“自動(dòng)調(diào)整X標(biāo)尺”，這樣就可以只顯示 信號(hào)經(jīng)FFT變換后的正頻率信息了。?1腳iiiB'O9ftS與埶1詰1也1朋環(huán)甌J -2ITH去FFT(NI.AALProJvlitrFFT.vi)FFT就><

11、87;>FFTX外觀顯示抬式FFT圖6 “ FFT ”函數(shù)廿樹鳩列址快唾偉丈權(quán)FFT通過 將蘇酸至腹人嗣確壬融冃的愆實(shí) 怏也可手?jǐn)滩G實(shí)鳳IMS |說信息|數(shù)帥走蘭菟遁整転乓剝値壬K直癥于頁工三網(wǎng)悟輔網(wǎng)相時(shí)聞（換）VIVI0、一反轉(zhuǎn)圭刻度曲度忽略X招上的渡形盯1司標(biāo)識(shí)說巨圖7濾波后fft頻譜圖屬性“捆綁數(shù)據(jù)到波形圖”函數(shù)節(jié)點(diǎn)的用法：圖 8給出了捆綁數(shù)據(jù) 到波形圖的示意圖，其中“ xO”表示波形顯示的起始端。“故”表示 波形顯示的步長，“數(shù)組”可以是一維的也可以是二維的。一維數(shù)組 用于顯示單條曲線，二維數(shù)組用于顯示多條曲線。這里要使用捆綁節(jié)點(diǎn)對(duì)輸入波形圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。B|訥與頤I10)-I

12、帕鼬回£ok可園跟園陰邂應(yīng)踴翔nilEEEIT1 <Bundle圖8捆綁數(shù)據(jù)到波形示意圖提取正弦波實(shí)例的程序框圖設(shè)計(jì)完畢后如圖9所示.input sigral裘瞬(Hz)SF診B>Highpa 第 f逾勲曲）|T 創(chuàng) *M(Hi)L filtered signal I丄右:|jLapLowpass I-x爭It0圖9提取額正弦波的程序框圖3運(yùn)行程序在前面板上單擊“運(yùn)行”按鈕，如圖10所示，此時(shí)可在“ in put sig nal"控件中觀察到頻率為5Hz。含有噪聲的正弦信號(hào)。合成信號(hào)經(jīng)過濾波 后，在“ filtered signal”中可觀察到提取出來的正弦波經(jīng)過 FFT后在頻譜上正好對(duì)應(yīng)5Hz。改變“頻率(Hz)”和“階數(shù)”等輸入控件的值，觀察3個(gè)波形圖中的變化情況。單擊中止執(zhí)行按鈕或者“停止”按鈕，程序?qū)⑼Ｖ惯\(yùn)行filtered signal逮液后Fft 砲囲圖10提取正弦波運(yùn)行結(jié)杲圖四、心得體會(huì)在此次課程設(shè)計(jì)之前，對(duì)于 LabVIEW這個(gè)軟件我確實(shí)不怎么熟 悉。僅僅是上課跟著老師和同學(xué)做一做書本上的例子， 覺得這門課非 常簡單，混一混就過去了，課后也沒有進(jìn)行實(shí)踐。但是在完成此次課 程設(shè)計(jì)的過程中我卻遇到了許多的問題，例如：有些器件找不到，參 數(shù)不會(huì)改，還有運(yùn)行出錯(cuò)了也