LabVIEW提取正弦波(DOC)

1、虛擬儀器課程設(shè)計(jì)提取正弦波姓名學(xué)號(hào)班級(jí):彭明鍵:2012201202211221202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(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)?；贚abVIEW8.2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)處理一濾波器”中，如圖1所示。其中“Cheby

2、shev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)一信號(hào)處理一濾波器一Chebyshev濾波器”。如表1是其輸入/輸出參數(shù)說明表。表1Chebyshev濾波器”函數(shù)的輸入/輸出參數(shù)說明表婪救轉(zhuǎn)稱說吐濾波器類里（fillertype）指定濾波器的通頻帶，冇4類可選：0（默認(rèn)）為低通，2為高通，3為帶通，4為帶阻X指待濾波的輸入信號(hào)采樣頻率：fs(samplingtreq:fs)表示采樣頻率.必須大于0默認(rèn)為1.0高載止頻率：fh(highcutofffreq)衣示高截止頻札拄謔波器類型為0（高通）或

3、1（低通）時(shí)被忽略.為2（帶通）利3（帶PR）時(shí)必須大干低戡止頻率，符合奈奎斯特采樣定律續(xù)表七國數(shù)編程kSUSi/ok儀器I/O卜視覺與運(yùn)動(dòng)k數(shù)學(xué)kI信4站通信口J控制I十與仿真Express附加工具包収藏用戶庫I片inputsignal波形調(diào)理磁器波形測量tHebymhw適波器N_AALBase.lvlib:ChebyshevFiIter.vi信號(hào)算淞器七濾波器Chebysh巳v淖波器1x溝酯的X琢慈上霍高截止頻率:fh低旣止慈:fl波絢旳一灑一初皓化/酸（初始化:F）“通過調(diào)用ChebyshevMJjVlr生轆字Chebyshev激波器。謹(jǐn)過將數(shù)垢讎至（揃入辰可確定要僮用的霧態(tài)實(shí)例”也可手

4、動(dòng)確實(shí)悅窖詼花稱說呦低戰(zhàn)止頻率：11（init/cont）用來控制內(nèi)祁狀態(tài)的初始化，默認(rèn)為FALSE,此時(shí)初始化全部內(nèi)部狀態(tài)為0當(dāng)為TRUE時(shí)，LabVIEW8.2使用上次調(diào)用此節(jié)點(diǎn)的多態(tài)實(shí)例的昴終內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行初始化.如果要處理一個(gè)包含較小的塊數(shù)據(jù)的大戲數(shù)據(jù)序列，可以將對(duì)第】個(gè)數(shù)據(jù)塊設(shè)WFALSE,對(duì)其他數(shù)據(jù)塊設(shè)置TRUE濾波后X(filteredX)牛成經(jīng)過濾波后的輸出信號(hào)數(shù)組錯(cuò)謀(error)返回一個(gè)來自VI的錯(cuò)誤或警告信息圖1切比雪夫?yàn)V波器11193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)行切比雪夫低通濾波，以

5、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)(1) 創(chuàng)建新Vi,命名為PMJ.vi.其操作路徑為“文件f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f新式f布爾f停止按鈕”操作，放置一個(gè)“停

6、止,按鈕控件。執(zhí)行“控件f新式f圖形f波形圖”操作，放置3個(gè)波形圖控件，分別命名為“inputsignal”,“filteredsignal”“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。圖2提取正弦波實(shí)例的前面板2程序框圖的編輯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“窗口一顯示程序框圖”(2)放置While循環(huán)、正弦波(SinePattem.vi),均勻白噪聲(UnifomtWhiteNoise.vi),切比雪夫?yàn)V波器(Chebyshevfiltered.vi),FFT,捆綁(Bundle)，數(shù)組大小(ArtaySize),復(fù)數(shù)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及倒數(shù)等

7、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)一信號(hào)處理一信號(hào)生成一正弦信號(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)一信號(hào)處理一信號(hào)生成一均勻白噪聲”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“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。編程卜3I/O卜儀器I/O卜視覺與運(yùn)動(dòng)卜數(shù)學(xué)卜|信3*函數(shù)信i

8、nputsignalfilteredsignal4信號(hào)處理|Lowpass量|eeOJB控制蹄與仿真Express附加工具包信用戶庫刪VI.磁器逐點(diǎn)正弦信號(hào)NI_AALBase.lvlib:SinePattern.vi圖3“正弦信號(hào)”函數(shù)編程測星I/O儀器I/O視覺與運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)站通信控制耐與仿真-t信二inputsignalJExpress附加IB包用戶庫q:國gq:畫q:“q:Sq:“q:sHq:sQq:sQtq:“1陵AHq:癥q:“ffiq:g:0rq:poif；onq:q:U1&占波形生咸均勻白噪聲液形均勻白噪聲N_AALBase.lvlib:UniformWhiteNoise.vi幅直

9、,MjK.lLunr嚇“寸I，惚:細(xì),-均勻白噪聲生成均勻分布的偽隨機(jī)波形”直在-a:勿之間。a昱幅值的絕對(duì)值。圖4“均勻白噪聲”函數(shù)執(zhí)行“函數(shù)f數(shù)學(xué)f數(shù)值f復(fù)數(shù)f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(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。ComplexToPolarr*eAtheta)兩rtheta將復(fù)數(shù)分解為極坐標(biāo)分星圖5復(fù)數(shù)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”函數(shù)執(zhí)行“函數(shù)f信號(hào)處理f濾波器fChebyshev濾波器”操作，如圖1所示，添加一個(gè)“ChebyshevP濾波器”函數(shù)。在

10、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(f150Hz)。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(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)f信號(hào)處理f變換fFFT”操作，如圖6所示，添加一個(gè)FFT函數(shù)節(jié)點(diǎn)?！癋FT”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。弔固數(shù)晁*運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)信的謝十與佑真煩譜

11、圖Express信號(hào)運(yùn)算IS-tEP附力0_L具包譜分析IfflEffilE用戶庫疇VL”信WI/O儀器I/O麗nputsignalFFTN_AALProIvliIxFFT.viX的？fr=FE舷?hFHTX計(jì)算輸入朗X的快速陣立葉變閩FHQ”通過將數(shù)據(jù)妙至X輸心可誦定要便用的寧態(tài)實(shí)例r也可手動(dòng)晡寶例.圖6“FFT”函數(shù)“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“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。-ta固數(shù)測

12、星I/O儀器I/O視覺與運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)娠通信控制附與仿真ExpressIBJ用戶庫數(shù)值文件I/O同步七簇、類與變低饌類與變體按名5饌、類與變休布爾定時(shí)圄形與聲青字符串對(duì)話框與用“mWiiiHsiT?U彝VL,捆綁Bundle_|烽寫元素n1將迫立元素組合為虞圖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.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“inputsignal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“filteredsignal”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。inputsignal時(shí)間采樣頻率(Hz)幅值停止停止filteredsignal時(shí)間瀛頤fft頻譜罔圖10提取正弦波運(yùn)行結(jié)果圖四、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