混叠现象的验证程序.

1、 虚拟仪器 课程设计任务书2摘要随着计算机技术，电子技术和网络技术的飞速发展，上个世纪 80 年代由美国仪 器公司提出的虚拟仪器概念横空出世。虚拟仪器的出现给电子测量技术与仪器领 域注入了新的力量，使得许多需要传统仪器解决的问题都得到了简化。虚拟仪器 是利用计算机显示器模拟传统仪器控制面板，以多种形式输出检测结果，利用计 算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，利用 I/O 接口设备完成信号的采 集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。本次课程设计 是利用虚拟仪器中的信号处理函数来完成对频率混叠现象的验证。频率混叠是数 字信号处理中的一个重要概念，它是数字信号处理中的特有现象

2、，是数字信号中 离散采样引起的。凡是等步长离散采样一定会产生频率混叠现象。频率混叠会产 生假频率、假信号、会严重的影响测量结果。采样频率小于模拟信号中所要分析 的最高分量的频率的 2 倍，就会发生。本次课程设计，通过欠采样和正常采样时 域和频域图的对比分析，完成对混叠现象的验证，最终计算出混叠频率。 关键词： 虚拟仪器、频率混叠、数字信号、模拟信号、欠采样、混叠频率。目录一 虚拟仪器设计课程简介 1 二 设计内容与要求 1（1）设计内容 1（2）设计要求 2三 实验仪器 .2四 实验过程 .2（1）设计思路框图 . 。2（2）实验原理 .4（3）程序简介 .4五 实验数据 .5A 混叠程序框图

3、 .5A-1 正弦波的混叠现象 .5A-2 方波的混叠现象 .6A-3 三角波的混叠现象 .7B 混叠现象的验证程序 .7B-1 正弦波的混叠现象 .7B-2 方波的混叠现象 .8B-3 三角波的混叠现象 .9六 结果分析 .10 七 实验心得 .11 八 参考文献 .122 一虚拟仪器设计课程简介 随着计算机技术，电子技术和网络技术的飞速发展，上个世纪 80 年 代由美国仪器公司提出的虚拟仪器概念横空出世。虚拟仪器是利用计算 机显示器模拟传统仪器控制面板，以多种形式输出检测结果，利用计算 机软件实现信号数据的运算、分析和处理，利用 I/O 接口设备完成信号 的采集、测量与调理，从而完成各种测

4、试功能的一种计算机仪器系统。 本次课程 设计的设计内容是在 LABVIEW 开发平台下，结合测试与信号 处理理论设计混叠现象的验证程序，要求输出正弦波、方波、三角波，波 形可选择，要求画出欠采样时的时域波形，画出欠采样时的频域波形以及 计算混叠频率。在前面板上有文本输入框和输出框，用于输入和显示传 输的数据。二 设计内容与要求（1） 设计内容在 LABVIEW 开发平台下，综合测试与信号处理理论来完成以下设计内 容：21 画出欠采样时的时域波形；2 画出欠采样时的频域波形；3 计算混叠频率。（2） 设计要求1 前面板上设置采样频率和信号频率； 2 前面板上显示欠采样时的时域波形； 3前面板上显

5、示欠采样时的频域波形；4 前面上显示混叠频率值。三 实验仪器1 计算机一台。2 LabVIEW 软件一套四 设计过程（1）设计思路框图信号发生器：2混叠频率计算公式： 式中 程序框图：为了实现常用波形的混叠现象的验证，程序框图中用了一个选择结构，分别将正 弦波，方波，三角波的信号发生器设计在程序框图中以便选择常用波形来验证混 叠现象。2（2）实验原理混叠现象：当用采样频率 SF对一个信号采样时，信号中 SF/2 以上的频率成分不 是消失了，而是对称的映射到了 SF/2 以下的频带中，并且和 SF/2以下的原有频 率成分叠加起来，这个现象假造 “混叠 ”。根据混叠的原理，可得出分析信号的混叠频率

6、计算公式，设实际信号频率为f ，采样频率为 SF，并且 SF<2f,经过采样分析得到的混叠频率为，则有如下公式： 混叠频率式中（3）程序简介本实验我们可以用三角波，正弦波，方波三种基本波设计和观察信号混叠程序。 把三种波的发生器通过选择结构连在一起，这样就方便我们可以快速地对每一种 波进行操作（在前面板上选择对话框，可以方便选择），再根据混叠频率计算公 式可以算出混叠频率，而时域信号通过傅里叶变换得到频域信号。这样，我们就 可以用数组把时域和频域的信号分别显示在两个示波器当中。然后，就可以在前 面板上通过选择波形，输入频率，来计算混叠频率和显示对应波的混叠图像。2五 实验数据A 混叠程序

7、框图A-3 三角波信号的混叠图2B 混叠现象的验证程序图B-1 正弦波混叠现象程序验证 试验参数 固有频率： 80HZ 欠采样频率： 140HZ 2正常采样频率： 1000HZ 采样点数 ：50 实验波形图由图可以看出 混叠频率： 60HZ。B-2 混叠现象程序验证试验参数 固有频率： 80HZ 欠采样频率： 140HZ 正常采样频率： 1000HZ 采样点 数 ：50 实验波形图由图可以看出 混叠频率： 60HZ。B-3 三角波混叠现象程序验证试验参数 固有频率： 140HZ 欠采样频率： 220HZ 正常采样频率： 3600HZ 采样点 数 ：40 实验波形图由图可以看出 混叠频率： 60

8、HZ。六 结果分析 从图中可以看出，我设计的混叠程序图基本上完成了混叠现象的验证。图中红线 表示的正常采样显示的波形，白线表示的是欠采样情况下的混叠波形。从两种图 对比可以看出，红线基本上能够呈现出原模拟信号的波形包络，而白色部分，由 于采样频率过低，采样后波形失真，不能显示出原模拟信号的包络。2七 实验心得本次实验主要任务是基于 labview 开发平台设计波形的混叠验证程序，通过设计 正弦波，方波和三角波来观察和验证波形的混叠情况，并且要计算出混叠频率的 数值。通过在图书馆查阅资料和上网查阅相关资料，我系统地了解了虚拟仪器在信号处 理方面所发挥的作用。从信号发生器到信号参数设置，再到波形显

9、示，最后计算 混叠频率。可以说这一过程不但是一个设计的过程，更是一个系统学习和探究的 过程。在使用 LABVIEW 的过程中，先理清程序思路框图，然后分模块地进行探 究。信号发生器的每个端口的作用，如何设置，从查看本身自带的帮助外，我还 查阅了网上的一些设计应用。在这个过程中有因为一个难题困惑的痛苦也有因为 困惑得到解决的快乐。这不仅是一种思维模式，更是一种良好的学习习惯。无论 设计过程有多么的艰难，最终我通过自己的努力，和同学，老师的帮助下，顺利地完成了本次课程设计。谢谢王萍老师和贾老师在课程设计过程中的细心知道， 你们对我的帮助很大。2八 参考文献1 贾惠芹虚拟仪器设计。机械工业出版社 20122 周福超，汪志勇，局滋培基于 LabVIEW 的频谱分析仪。仪器仪表学报， 2002，S2:28929