LabVIEW提取正弦波(DOC)

虚拟仪器课程设计提取正弦波
姓名：彭明键
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LabVIEW 8.2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
图1 切比雪夫滤波器
11.19.3详细设计步骤
利用信号生成子选板上的“正弦波”函数，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，井对此信号进行切比雪夫低通滤波，以滤除信号中的噪声分量，提取出基频频率的正弦信号。

具体设计步骤如下所示。

1、前面板的设计
(I)创建新vi，命名为PMJ.vi.其操作路径为“文件→新建vi”。

(2)放置数值控件、布尔控件及图形控件。

·将数值输入控什分别命名为“频率(Hz)"(默认值设置为5),“采样”(默认值设置为1024),“幅道”(默认值设置为1.00),“采样频率(Hz)”(默认值设置为1024)和“波纹(dB)”(默认值设置为0.10)。

·执行.控件~新式一数值~垂直指针滑动杆.操作，将垂直指针滑动杆控件分别命名为“低通截止频率:fl”和“阶数”，前者的默认值为20Hz，后者的默认值为5。

·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“input signal”, “filtered signal”“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(Sine Pattem. vi),均匀白噪声(Unifomt White Noise. vi),切比雪夫滤波器(Chebyshev filtered. vi), FFT,捆绑(Bundle),数组大小(Artay Size),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“input signal"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“filtered signal”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
百度文库- 让每个人平等地提升自我
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。

11。