燕山大學(xué)數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)基于da轉(zhuǎn)換的信號(hào)發(fā)生與分析(編輯修改稿)
2025-07-21 00:02 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 box\MATLAB\iofun\@instrument。(一定要替換,不然串口無(wú)法啟動(dòng))運(yùn)行后選擇‘開始’開始采集數(shù)據(jù)點(diǎn)擊希望觀察的節(jié)點(diǎn)可查看該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)波形圖。此程序有針對(duì)目前使用的“節(jié)點(diǎn)上有五個(gè)傳感器”的情況不一定通用。滿足中斷條件時(shí)會(huì)進(jìn)入此函數(shù)。當(dāng)程序進(jìn)入回調(diào)函數(shù)instrcallback時(shí)就會(huì)調(diào)用此函數(shù)在callbackDealWithData里面可以添加希望執(zhí)行的指令代碼完成數(shù)據(jù)解析、保存、數(shù)據(jù)濾波、畫圖、實(shí)時(shí)跟蹤等功能。其中設(shè)置的“開始”按鈕為代碼中的b1按下按鈕會(huì)進(jìn)入b1callback函數(shù)。有限長(zhǎng)序列可以通過(guò)離散傅里葉變換(DFT),很難實(shí)時(shí)地處理問(wèn)題,因此引出了快速傅里葉變換(FFT). 1965年，Cooley和Tukey提出了計(jì)算離散傅里葉變換（DFT）的快速算法，將DFT的運(yùn)算量減少了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。從此，對(duì)快速傅里葉變換（FFT）算法的研究便不斷深入，數(shù)字信號(hào)處理這門新興學(xué)科也隨FFT的出現(xiàn)和發(fā)展而迅速發(fā)展。根據(jù)對(duì)序列分解與選取方法的不同而產(chǎn)生了FFT的多種算法，基本算法是基２DIT和基２DIF。FFT在離散傅里葉反變換、線性卷積和線性相關(guān)等方面也有重要應(yīng)用?？焖俑凳献儞Q（FFT），是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對(duì)離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。它對(duì)傅氏變換的理論并沒(méi)有新的發(fā)現(xiàn)，但是對(duì)于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者說(shuō)數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用離散傅立葉變換，可以說(shuō)是進(jìn)了一大步。設(shè)x(n)為N項(xiàng)的復(fù)數(shù)序列，由DFT變換，任一X（m）的計(jì)算都需要N次復(fù)數(shù)乘法和N1次復(fù)數(shù)加法，而一次復(fù)數(shù)乘法等于四次實(shí)數(shù)乘法和兩次實(shí)數(shù)加法，一次復(fù)數(shù)加法等于兩次實(shí)數(shù)加法，即使把一次復(fù)數(shù)乘法和一次復(fù)數(shù)加法定義成一次“運(yùn)算”（四次實(shí)數(shù)乘法和四次實(shí)數(shù)加法），那么求出N項(xiàng)復(fù)數(shù)序列的X（m）,即N點(diǎn)DFT變換大約就需要N^2次運(yùn)算。當(dāng)N=1024點(diǎn)甚至更多的時(shí)候，需要N2=1048576次運(yùn)算，在FFT中，利用WN的周期性和對(duì)稱性，把一個(gè)N項(xiàng)序列（設(shè)N=2k,k為正整數(shù)），分為兩個(gè)N/2項(xiàng)的子序列，每個(gè)N/2點(diǎn)DFT變換需要（N/2）2次運(yùn)算，再用N次運(yùn)算把兩個(gè)N/2點(diǎn)的DFT變換組合成一個(gè)N點(diǎn)的DFT變換。這樣變換以后，總的運(yùn)算次數(shù)就變成N+2（N/2）2=N+N2/2。繼續(xù)上面的例子，N=1024時(shí)，總的運(yùn)算次數(shù)就變成了525312次，節(jié)省了大約50%的運(yùn)算量。而如果我們將這種“一分為二”的思想不斷進(jìn)行下去，直到分成兩兩一組的DFT運(yùn)算單元，那么N點(diǎn)的DFT變換就只需要Nlog2N次的運(yùn)算，N在1024點(diǎn)時(shí)，運(yùn)算量?jī)H有10240次，是先前的直接算法的1%，點(diǎn)數(shù)越多，運(yùn)算量的節(jié)約就越大，這就是FFT的優(yōu)越性。離散傅里葉變換X(k)可看成是z變換在單位圓上的等距離采樣值。同樣，X(k)也可看作是序列傅氏變換的采樣，采樣間隔為ωN=2π/N 。由此看出，離散傅里葉變換實(shí)質(zhì)上是其頻譜的離散頻域采樣，對(duì)頻率具有選擇性(ωk=2πk/N)，在這些點(diǎn)上反映了信號(hào)的頻譜。 根據(jù)采樣定律，一個(gè)頻帶有限的信號(hào)，可以對(duì)它進(jìn)行時(shí)域采樣而不丟失任何信息，F(xiàn)FT變換則說(shuō)明對(duì)于時(shí)間有限的信號(hào)(有限長(zhǎng)序列)，也可以對(duì)其進(jìn)行頻域采樣，而不丟失任何信息。所以只要時(shí)間序列足夠長(zhǎng)，采樣足夠密，頻域采樣也就可較好地反映信號(hào)的頻譜趨勢(shì)，所以FFT可以用以進(jìn)行連續(xù)信號(hào)的頻譜分析。第三章MATLAB處理流程 (1)打開MATLAB，新建一個(gè)空白的圖形界面文件，計(jì)算需要添加的控件種類及個(gè)數(shù)并設(shè)計(jì)它們的布局。 （a） 添加2個(gè)axes控件，用于顯示時(shí)域波形和頻譜分析； （b） 添加5個(gè)static text 控件作為窗口說(shuō)明使用； （c） 添加4個(gè)static text控件用于顯示幅值、均值等信號(hào)信息； （e） 添加4個(gè)push button 空間用于各種操作的開始控制； 雙擊各個(gè)控件并修改其顏色、大小及string屬性。得到界面如下： （2）各控件對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)的編輯 界面控件及布局創(chuàng)建完成以后，自動(dòng)生成包含各控件回調(diào)函數(shù)在內(nèi)的m文件。點(diǎn)擊保存時(shí)可以修改fig及m文件名。系統(tǒng)自動(dòng)生成的m文件包括：function varargout = xiaojian01(varargin)gui_Singleton = 1。gui_State = struct(39。gui_Name39。, mfilename, ... 39。gui_Singleton39。, gui_Singleton, ... 39。gui_OpeningF39。, @xiaojian0
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