【正文】 序框圖的運(yùn)行結(jié)果，分別是占空比為 20%和 50%的矩形脈沖信號(hào)及諧波顯示，上部分是矩形脈沖信號(hào)，下部分是各自的四次諧波，可觀察到，只調(diào)整占空比，產(chǎn)生的矩形脈沖時(shí)刻為偶函數(shù)，改變諧波分解次數(shù)，可看到個(gè)次諧波以不同顏色層次分明得顯示在“各次諧波信號(hào)”波形圖表中。 圖 45 程序框圖一次和二次諧波發(fā)生的一部分 二次諧波的參數(shù)中，頻率是一次諧波的二倍，幅度是一次諧波的二分之一，其他不變，在程序框圖的處理中體現(xiàn)在圖 45 中，后面高次諧波的發(fā)生同理。 諧波參數(shù)為： ???? = ????1,???? = 2?????? ,???? = {0 ???? 0?? ???? 0 根據(jù)圖 43 相位譜可得： 第 4 章 周期矩形信號(hào)的諧波分解與疊加 19 { ????1 ≤ [2???? ],???? = 0[2???? ] ????1 ≤ [4???? ],???? = ??[4???? ] ????1 ≤ [6???? ],???? = 0[6???? ] ????1 ≤ [8???? ],???? = ??…… 化簡(jiǎn)后可得 ： { ?? ≤ [1??],???? = 0[1??] ?? ≤ [2??],???? = ??[2??] ?? ≤ [3??],???? = 0[3??] ?? ≤ [4??],???? = ??…… 式中 [m]運(yùn)算符表示對(duì)數(shù)值 m 向下取整。 任何周期信號(hào)只要滿足狄利克雷條件就可以分解成直流分量及許多正弦、余弦分量。 可見，信號(hào)的頻帶寬度與脈沖寬度成反比。因此?? = 2?????? 稱為零分量頻率。 對(duì)周期矩形信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，設(shè) 信 號(hào) f(t)的脈沖寬度為 ??，脈沖幅度 為 E，重復(fù)周期 為 T，重復(fù)角頻率為 ?? = 2???? 。 第 3 章 信號(hào)處理器 —— 虛擬示波器和頻譜儀 13 圖 34 雙路示波器和頻譜儀方波顯示 周期信號(hào)的諧波性 由圖 33可以看出， 信號(hào)一中，諧波幅度譜線出現(xiàn)在頻率為 1 1 24??；信號(hào)二的諧波幅度譜線出現(xiàn)在頻率為 1 20??，者分別對(duì)應(yīng)了兩種信號(hào)各自頻率的整數(shù)倍數(shù)，所以得以驗(yàn)證 周期信號(hào)頻譜的每條譜 線只能出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍頻率上。 DFT 運(yùn)算中包含大量重復(fù)運(yùn)算 ,充分利用這一性質(zhì)可以簡(jiǎn)化 DFT 運(yùn)算。切換到前面板設(shè)計(jì)窗口下，適當(dāng)調(diào)整各控件的大小和位置，并設(shè)置各個(gè)輸入控件的輸入?yún)?shù)，然后單擊工具欄上程序運(yùn)行按鈕，開始運(yùn)行程序，其中的一個(gè)運(yùn)行界面如圖 31 所示。要讓軟件完成這些協(xié)同動(dòng)作，程序必須以時(shí)間為基準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)同步。 選擇“波形圖表”控件，并放置在前面板適當(dāng)位置，調(diào)整大小。系統(tǒng)功能升級(jí)擴(kuò)充方便快捷。 函數(shù)選板是創(chuàng)建框圖程序的工具。當(dāng)從【查看 (V)】菜單下選擇了【工具選板（ T）】功能后，把工具選板內(nèi)選定的任一種工具光標(biāo)放在流程圖程序的子程序（ Sub VI）或圖標(biāo)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的幫助信息。圖 21 所示是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生和顯示的簡(jiǎn)單 VI 的前面板，上面有一個(gè)顯示對(duì)象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)數(shù)。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。用戶界面在 Labview 中被稱為前面板。 Labview（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 是一種程序開發(fā)環(huán)境，由 美國(guó) 國(guó)家儀器（ NI） 公司研制開發(fā)的，類似于 C 和 BASIC 開發(fā)環(huán)境，但是Labview 與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而 Labview 使用的是圖形化編輯語言 G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 在很大程度上制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高 。 這對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)效率大有益處 。 虛擬儀器是 90年代提出的新概念 。動(dòng)態(tài)地演示信號(hào)時(shí)域和頻域特性曲線之間的關(guān)系，使得原先抽象的數(shù)學(xué)公式與形象的物理圖形聯(lián)系起來。 （保密的 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 在解密后適用本授權(quán)說明） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 作者簽名： 指導(dǎo)教師 簽名： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 摘 要 信號(hào)都具有兩種不同的描述方式， 一是可以在時(shí)間域用信號(hào)的波形來表示，二是在頻率域用信號(hào)的頻譜圖來表示。本人授權(quán) 天津城建 大 學(xué)可以 將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本論文。 通過觀察生動(dòng)形象的二維圖形變化，色彩鮮艷，層次分明。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)儀器開始向計(jì)算機(jī)化的方向發(fā)展 。 在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可以很快地熟悉虛擬儀器操作，用更多的精力和時(shí)間去進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試和結(jié)果分析 。 另通過調(diào)查顯示在高校中存在 “ 傳統(tǒng)儀器提供的實(shí)驗(yàn)信息量少，由于人工讀數(shù)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差率高 ”、“ 傳統(tǒng)儀器無法進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，實(shí) 現(xiàn)設(shè)備資源共享 ”、“ 實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新困難，大部分設(shè)備落后于課程建設(shè)的需要 ”、“ 實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容側(cè)重于理論的驗(yàn)證和模仿訓(xùn)練，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容統(tǒng)一，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和綜合能力的提高 ” 等問題 。像許多重要的軟件一樣， Labview 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh 的多種版本。 Labview 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。 前面板是圖形用戶界面，也就 是 VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制（ control）和顯示對(duì)象（ indicator）。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀。如果控制選板不顯示，可以用【查看 (V)】菜單的【控制選板（ T）】功能打開它，也可以在前面板的空白處，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制選板。主要具有如下優(yōu)點(diǎn) :用戶可自由定義其功能 。打開【控件】【新式】【波形圖表】控件選項(xiàng)板 。當(dāng)需要完成協(xié)同動(dòng)作時(shí)，定時(shí)和同步技術(shù)將事件以時(shí)間進(jìn)行關(guān)聯(lián)。 虛擬示波器和頻譜儀的前面板設(shè)計(jì) 創(chuàng)建一個(gè)新的 VI，切換到前面板設(shè)計(jì)窗口下，在設(shè)計(jì)區(qū)放置 5 個(gè)“波形圖表”控件，分別編輯它們的標(biāo)簽為“時(shí)間信號(hào)”、“ FFT 幅值譜 1” 、“ FFT 相位譜 1” 、“ FFT 幅值譜 2”和 “ FFT 相位譜 2” 。因此計(jì)算 N 點(diǎn) X(k) 總共需要做 4N2次實(shí)數(shù)乘法和 4N(N 0. 5) 次實(shí)數(shù)加法。如圖 34當(dāng)使用方波作為信號(hào)源時(shí)，調(diào)整 X 軸坐標(biāo)使其足夠大，可以看到周期矩形脈沖的頻譜中的包絡(luò)線是很明顯的抽樣函數(shù)。下面周期矩形脈沖信號(hào)為例，進(jìn)一步研究其頻 譜寬度與脈沖寬度之間的 關(guān)系。3……)時(shí)，譜線的包絡(luò)線過零點(diǎn)。 由圖可見 ，由于周期相同，因而相鄰譜線的間隔相同，脈沖寬度愈窄，其頻譜包絡(luò)線的第一個(gè)零點(diǎn)的頻率越高，及信號(hào)帶寬越寬，頻帶內(nèi)所含的分量越多。被展開的函數(shù) f(t)需要滿足如下的一組充分條件，這組條件成為“狄利克雷（ Dirichlet）條件” : (1)在一周期內(nèi)，如果有間斷點(diǎn)存在，則間斷點(diǎn)的數(shù)目應(yīng)是有限個(gè)； (2)在一周期內(nèi)，極大值和極小值的數(shù)目應(yīng)是有限個(gè)； (3)在一周期內(nèi)，信號(hào)是絕對(duì)可積的，即 ∫ |??(??)|??????0+??1??0等于有限值（ T1為周期）。 根據(jù)諧波理論，周期矩形脈沖信號(hào)可以分解成無窮多個(gè)頻率分量，也就是說，周期信號(hào)是由多個(gè)單一頻率的正弦信號(hào)疊加的，各正弦信號(hào)的頻率是周期信號(hào)頻率的整數(shù)倍。 第 4 章 周期矩形信號(hào)的諧波分解與疊加 20 圖 44 矩形脈沖發(fā)生程序框圖 各次諧波發(fā)生的編程與實(shí)現(xiàn) 圖 45 是諧波發(fā)生部分一次和二次諧波發(fā)生的程序框圖，根據(jù) 的分析，所有諧波都是正弦波，所以諧波發(fā)生的函數(shù)類型固定為“ Sine Wave” ,頻率及幅度的計(jì)算依據(jù)諧波參數(shù)公式 ???? = ???? = 2?????? ????????????2 由于在波形發(fā)生部分，幅度的表示只是 x軸以上的部分，因此在諧波發(fā)生部分幅度要乘以 4，才能在后續(xù)疊加達(dá)到理想效果。 。 ,812次諧波的相位為 0??，將計(jì)算的得到的數(shù)值輸入到右邊的個(gè)次諧波相位數(shù)值輸入控件中。可以看到諧波次數(shù)越多 , 疊加得到的周期信號(hào)就越接近被分解的原始周期信號(hào)。同樣，在測(cè)試 VI 中，也可以利用 Labview 提供的濾波器 VI 對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪或提取特定頻率信號(hào)。 有限沖擊響應(yīng)（ FIR）和無限沖擊響應(yīng)（ IIR）濾波器的聯(lián)系與區(qū)別 跟 據(jù)沖激響應(yīng)，可將濾波器分為有限沖激響應(yīng)（ FIR）和無 限 沖激響應(yīng)（ IIR）濾波器。而對(duì)于那些需要線形相位響應(yīng)的情況，應(yīng)當(dāng)使用 FIR 濾波器。 （ 2） Chebyshev 在通帶中是等副的紋波，阻帶中單調(diào)衰減，過渡迅速。由于濾波器的設(shè)計(jì)很費(fèi)時(shí)間，而濾波過稱則很快。 (a) (b) 圖 51 (a) 選擇 FIR 濾波器程序框圖 （ b）選擇 IIR 濾波器程序框圖 第 5 章 信號(hào)濾波器 32 圖中的仿真信號(hào)選擇程序框圖中右鍵“函數(shù)”菜單中【信號(hào)處理】【波形生成】【仿真信號(hào)】，在圖標(biāo)上單擊右鍵選擇快捷菜單中“屬性”項(xiàng)時(shí)，可對(duì) VI進(jìn)行配置。 調(diào)試過程及結(jié)果 現(xiàn)對(duì)已設(shè)計(jì)的濾波器的功能進(jìn)行驗(yàn)證，看看其是否能完成相應(yīng)的濾波功能。 高通濾波功能 用高通濾波器將 20Hz 的信號(hào)濾除，保留 100Hz 的信號(hào)?；?Labview的數(shù)字濾波器采用并行的程序流設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的通用性，程序響應(yīng)速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)較窄的過渡帶 ， 本設(shè)計(jì)經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展和豐富，可以廣泛用于教學(xué)、預(yù)研等領(lǐng)域。 參考文獻(xiàn) 38 參考文獻(xiàn) [1] 劉蕓，李宗伯，劉芳 .引導(dǎo)學(xué)生理解信號(hào)頻譜的概念和意義 [J]. 理工高教研究 ,20xx,26（ 5） :119121. 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