LabVIEW提取正弦波

1、 虛擬儀器課程設(shè)計提取正弦波 姓名 ： 彭明鍵 學(xué)號 ： 201220120221 班級 ： 1221202 指導(dǎo)老師： 方江雄 提取正弦波從有限采樣樣本中提取正弦信號參數(shù)（包括頻率、幅度、相位等）是信號處理中一類重要的估計問題。1、 設(shè)計目的用數(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。基于LabVIEW 8.2虛擬平臺，使用圖形語言編程設(shè)計一個系統(tǒng)，使輸入信號為正弦波，并加載一個高頻均勻白噪聲作為模擬信號傳輸中的隨機干擾信號，以及采用一個切比雪夫低通濾波器，以濾除信號中的噪聲分量，提取出頻率為5Hz的正弦信號。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“信號處理濾波器”

2、中，如圖1所示。其中“Chebyshev濾波器”函數(shù)節(jié)點用于對噪聲的輸入信號進(jìn)行切比雪夫濾波處理。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)類型的不同，它有兩個多態(tài)實例（實數(shù)、復(fù)數(shù)）可供選用，其調(diào)用路徑為“函數(shù)信號處理濾波器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 圖1 切比雪夫濾波器11.19.3詳細(xì)設(shè)計步驟 利用信號生成子選板上的“正弦波”函數(shù)，加載一個高頻均勻白噪聲作為模擬信號傳輸中的隨機干擾信號，井對此信號進(jìn)行切比雪夫低通濾波，以濾除信號中的噪聲分量，提取出基頻頻率的正弦信號。具體設(shè)計步驟如下所示。 1、前面板的設(shè)計 (I)創(chuàng)建新vi

3、，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)值垂直指針滑動桿.操作，將垂直指針滑動桿控件分別命名為“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“控件新式布爾停止按鈕”操作，放置一個“停止，按鈕控件。·執(zhí)行“控件新式圖形

4、波形圖”操作，放置3個波形圖控件，分別命名為“input signal”, “filtered signal”“濾波后fft頻譜圖”。提取正弦波實例的前面板設(shè)計完畢后如圖2所示。 圖2提取正弦波實例的前面板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),切比雪夫濾波器(Chebyshev filtered. 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)

5、點圖標(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)信號處理信號生成正弦信號”操作，如圖3所示，添加1個正弦信號的函數(shù)節(jié)點;執(zhí)行“函數(shù)信號處理信號生成均勻白噪聲”操作，如圖4所示，添加1個“均勻白噪聲”的函數(shù)節(jié)點，將它與正弦信號相加合成測試信號。其中，如圖4所示，“均勻白噪聲”函數(shù)節(jié)點可以產(chǎn)生幅值位于區(qū)間【-aa】的均勻分布的偽隨機波形，a表示幅值的絕對值，此處a=100。最后，將“正弦波”和“均勻白噪聲”函數(shù)節(jié)點與參數(shù)輸入和濾波器部分連接起來。 圖3 “正弦信號”函數(shù) 圖4 “均勻白噪聲”函

6、數(shù)·執(zhí)行“函數(shù)數(shù)學(xué)數(shù)值復(fù)數(shù)復(fù)數(shù)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”操作，添加“復(fù)數(shù)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”函數(shù)節(jié)點,用P (r,theta)表示極坐標(biāo)系，其中r為極徑，theta為極角，r*e (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。 圖5 “復(fù)數(shù)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”函數(shù)·執(zhí)行“函數(shù)信號處理濾波器Chebyshev濾波器”操作，如圖1所示，添加一個“ChebyshevP濾波器”函數(shù)。在此次設(shè)計中，用切比雪夫濾波器對均勻白噪聲信號進(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0.1dB。然后使用切比雪夫低通濾波器對合成的信號進(jìn)行處理，截止頻率、階數(shù)和

7、波紋的設(shè)置可在前面板中完成和更改.·執(zhí)行“函數(shù)信號處理變換FFT”操作，如圖6所示，添加一個FFT函數(shù)節(jié)點?！癋FT”函數(shù)節(jié)點是用來計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)尺項中取消“自動調(diào)整X標(biāo)尺”，這樣就可以只顯示信號經(jīng)FFT變換后的正頻率信息了。 圖6 “FFT”函數(shù) 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)點的用法：圖8給出了捆綁數(shù)據(jù)到波形圖的示意圖，其中“x0”表示波形顯示的起始端?！肮省北硎静ㄐ物@示的步長，“數(shù)組”可以是一維的也可以

8、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)點對輸入波形圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。 圖8 捆綁數(shù)據(jù)到波形示意圖提取正弦波實例的程序框圖設(shè)計完畢后如圖9所示. 圖9 提取額正弦波的程序框圖 3.運行程序 在前面板上單擊“運行”按鈕，如圖10所示，此時可在“input signal"控件中觀察到頻率為5Hz。含有噪聲的正弦信號。合成信號經(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后在頻譜上正好對應(yīng)5Hz。改變“頻率(Hz)”和“階數(shù)”等輸入控件的值，觀察3個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\行。 圖10 提取正弦波運行結(jié)果圖4、 心得體會在此次課程設(shè)計之前，對于LabVIEW這個軟件我確實不怎么熟悉。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)行實踐。但是在完成此次課程設(shè)計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)不會改，還有運行出錯了也不知道哪里錯了等等。所以在此次課程設(shè)計過程中吃到了一些苦頭，花費了一些時間，不過同時我也收獲良多，覺得受益匪淺。通過