LabVIEW提取正弦波DOCWord下载.docx
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学号:
201220120221
班级:
1221202
指导老师:
方江雄
提取正弦波
从有限采样样本中提取正弦信号参数(包括频率、幅度、相位等)是信号处理中一类重要的估计问题。
1、设计目的
用数字滤波器从含有高频噪声的采样数据中提取正弦信号。
基于LabVIEW8.2虚拟平台,使用图形语言编程设计一个系统,使输入信号为正弦波,并加载一个高频均匀白噪声作为模拟信号传输中的随机干扰信号,以及采用一个切比雪夫低通滤波器,以滤除信号中的噪声分量,提取出频率为5Hz的正弦信号。
2、程序框图主要功能模块介绍
滤波器子选板位于函数选板的“信号处理→滤波器”中,如图1所示。
其中“Chebyshev滤波器”函数节点用于对噪声的输入信号进行切比雪夫滤波处理。
根据输入数据类型的不同,它有两个多态实例(实数、复数)可供选用,其调用路径为“函数→信号处理→滤波器→Chebyshev滤波器”。
如表1是其输入/输出参数说明表。
表1“Chebyshev滤波器”函数的输入/输出参数说明表
·
执行“控件→新式→布尔→停止按钮”操作,放置一个“停止,,按钮控件。
·
执行“控件→新式→图形→波形图”操作,放置3个波形图控件,分别命名为“inputsignal”,“filteredsignal”“滤波后fft频谱图”。
提取正弦波实例的前面板设计完毕后如图2所示。
图2提取正弦波实例的前面板
2.程序框图的编辑
(1)打开程序框图编辑窗口,相应的控件图标已经显示出来。
其操作路径为“窗口→显示程序框图”。
(2)放置While循环、正弦波(SinePattem.vi),均匀白噪声(UnifomtWhiteNoise.vi),切比雪夫滤波器(Chebyshevfiltered.vi),FFT,捆绑(Bundle),数组大小(ArtaySize),复数至极坐标转换及倒数等节点图标。
执行“函数~编程~结构~While循环介操作,将所有节点拖入While循环中,而且所有程序在While循环中进行。
执行“函数→信号处理→信号生成→正弦信号”操作,如图3所示,添加1个正弦信号的函数节点;
执行“函数→信号处理→信号生成→均匀白噪声”操作,如图4所示,添加1个“均匀白噪声”的函数节点,将它与正弦信号相加合成测试信号。
其中,如图4所示,“均匀白噪声”函数节点可以产生幅值位于区间【-a~a】的均匀分布的伪随机波形,a表示幅值的绝对值,此处a=100。
最后,将“正弦波”和“均匀白噪声”函数节点与参数输入和滤波器部分连接起来。
图3“正弦信号”函数
图4“均匀白噪声”函数
执行“函数→数学→数值→复数→复数至极坐标转换”操作,添加“复数至极坐标转换”函数节点,用P(r,theta)表示极坐标系,其中r为极径,theta为极角,r*e^(i*theta)为复数的极坐标形式,其图标和输入/输出端子如图5所示。
图5“复数至极坐标转换”函数
执行“函数→信号处理→滤波器→Chebyshev滤波器”操作,如图1所示,添加一个“ChebyshevP滤波器”函数。
在此次设计中,用切比雪夫滤波器对均匀白噪声信号进行高通滤波,用于产生高频噪声(f>
150Hz)。
滤波器阶数为5,波纹为0.1dB。
然后使用切比雪夫低通滤波器对合成的信号进行处理,截止频率、阶数和波纹的设置可在前面板中完成和更改.
执行“函数→信号处理→变换→FFT”操作,如图6所示,添加一个FFT函数节点。
“FFT”函数节点是用来计算输入序列的傅里叶变换。
注意在前面板的“滤波后fft频谱图”控件上,先将波形图的横坐标范围更改为0~100。
然后右键单击控件,弹出如图7所示的快捷菜单。
在X标尺项中取消“自动调整X标尺”,这样就可以只显示信号经FFT变换后的正频率信息了。
图6“FFT”函数
图7滤波后fft频谱图属性
“捆绑数据到波形图”函数节点的用法:
图8给出了捆绑数据到波形图的示意图,其中“x0”表示波形显示的起始端。
“故”表示波形显示的步长,“数组”可以是一维的也可以是二维的。
一维数组用于显示单条曲线,二维数组用于显示多条曲线。
这里要使用捆绑节点对输入波形图的数据进行组合。
图8捆绑数据到波形示意图
提取正弦波实例的程序框图设计完毕后如图9所示.
图9提取额正弦波的程序框图
3.运行程序
在前面板上单击“运行”按钮,如图10所示,此时可在“inputsignal"
控件中观察到频率为5Hz。
含有噪声的正弦信号。
合成信号经过滤波后,在“filteredsignal”中可观察到提取出来的正弦波经过FFT后在频谱上正好对应5Hz。
改变“频率(Hz)”和“阶数”等输入控件
的值,观察3个波形图中的变化情况。
单击中止执行按钮或者“停止”按钮,程序将停止运行。
图10提取正弦波运行结果图
四、心得体会
在此次课程设计之前,对于LabVIEW这个软件我确实不怎么熟悉。
仅仅是上课跟着老师和同学做一做书本上的例子,觉得这门课非常简单,混一混就过去了,课后也没有进行实践。
但是在完成此次课程设计的过程中我却遇到了许多的问题,例如:
有些器件找不到,参数不会改,还有运行出错了也不知道哪里错了等等。
所以在此次课程设计过程中吃到了一些苦头,花费了一些时间,不过同时我也收获良多,觉得受益匪浅。
通过本次课程设计,加深了我对LabVIEW这项软件有了更深的认识和了解,加强了我对其的应用和掌握,同时让我认识到了我自身的一些缺点。
懒惰、自大、马虎让我在此次课程设计中大吃苦头,明明并不难的一些东西却被我搞的很复杂、很乱。
以后我会改正这些缺点,戒骄戒躁、脚踏实地的去学习、工作。