8.点击实验中的”正弦波"按钮,产生正弦波信号,然后选择不同的采样抽取率,分析和观察信 号的时域波形与频谱的变化。 9.点击实验中的”方波"按钮,产生方波信号,然后选择不同的采样抽取率,分析和观察信号的 时域波形与频谱的变化 0.点击实验中的”三角波"按钮,产生三角波信号,然后选择不同的采样抽取率,分析和观察信 号的时域波形与频谱的变化。 五.实验报告要求 1.简述实验目的和原理。 2.根据实验要求整理该实验的原理设计图。 3.按实验步骤附上相应的信号波形和频谱曲线,说明采样频率的变化对信号时域和频域特性的 影响,总结实验得出的主要结论。 六.思考题 1.若信号频率为5000Hz,请问模拟信号采样后的混迭频率是多少Hz? 2.为什么在实际测量中采样频率通常要大于信号中最高频率成分的3到5倍?
8. 点击实验中的"正弦波"按钮，产生正弦波信号，然后选择不同的采样抽取率，分析和观察信 号的时域波形与频谱的变化。 9. 点击实验中的"方波"按钮，产生方波信号，然后选择不同的采样抽取率，分析和观察信号的 时域波形与频谱的变化。 10. 点击实验中的"三角波"按钮，产生三角波信号，然后选择不同的采样抽取率，分析和观察信 号的时域波形与频谱的变化。 五. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2. 根据实验要求整理该实验的原理设计图。 3. 按实验步骤附上相应的信号波形和频谱曲线，说明采样频率的变化对信号时域和频域特性的 影响，总结实验得出的主要结论。 六. 思考题 1. 若信号频率为 5000Hz，请问模拟信号采样后的混迭频率是多少 Hz？ 2. 为什么在实际测量中采样频率通常要大于信号中最高频率成分的 3 到 5 倍？
实验四周期信号波形的合成和分解 实验目的 1.加深了解信号分析手段之一的傅立叶变换的基本思想和物理意义 2.观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形 3.观察和分析频率、幅值相同,相位角不同的正弦波叠加的合成波形。 4.通过本实验熟悉信号的合成、分解原理,了解信号频谱的含义 二.实验原理 按富立叶分析的原理,任何周期信号都可以用一组三角函数{sn(2nft)cos(2nt0t)的组合表 x(t)=a0/2 +al*sin(2fot)blcos(2nfot) a2*sin(fot)+b2*cos(4IfOt) 也就是说,我们可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。 对于典型的方波,其时域表达式为: A(-T/2<t<0) ()= A(<t<T/2) 根据傅立叶变换,其三角函数展开式为 X(t)=-(sin aot+-sin 3aot +=sin 5e 4A°1 sin naot 4A、1 -cos(noot n=1,3,5,7,9,…… 由此可见,周期方波是由一系列频率成分成谐波关系,幅值成一定比例,相位角为0的正弦波 叠加合成的。 20 300 520 图41方波信号的波形、幅值谱和相位谱
实验四 周期信号波形的合成和分解 一. 实验目的 1. 加深了解信号分析手段之一的傅立叶变换的基本思想和物理意义。 2. 观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。 3. 观察和分析频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形。 4. 通过本实验熟悉信号的合成、分解原理，了解信号频谱的含义。 二. 实验原理 按富立叶分析的原理，任何周期信号都可以用一组三角函数{sin(2πnf0t),cos(2πnf0t)}的组合表 示： x(t)=a0/2 + a1*sin(2πf0t)+b1*cos(2πf0t) + a2*sin(4πf0t)+b2*cos(4πf0t) +........ 也就是说，我们可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。 对于典型的方波，其时域表达式为： 根据傅立叶变换，其三角函数展开式为： 由此可见，周期方波是由一系列频率成分成谐波关系，幅值成一定比例，相位角为 0 的正弦波 叠加合成的。 图 4.1 方波信号的波形、幅值谱和相位谱
那么,我们在实验过程中就可以通过设计一组奇次谐波来完成波形的合成和分解过程,达到对 课程教学相关内容加深了解的目的 三.实验仪器和设备 1.计算机 2DRⅥ快速可重组虚拟仪器平台1套 四.实验步骤及内容 启动服务器,运行DRⅥ主程序,开启DRⅥ数据采集仪电源,然后点击DRⅥ快捷工具 条上的"联机注册"图标,选择其中的"DRⅥ采集仪主卡检测"进行服务器和数据采集仪之间的注 册。联机注册成功后,分别从DRⅥ工具栏和快捷工具条中启动"DRⅥ微型web服务器"和"内 置的Web服务器",开始监听8500和8600端口 2.打开客户端计算机,启动计算机上的DRⅥ客户端程序,然后点击DRⅥ快捷工具条上的 联机注册"图标,选择其中的"DRⅥ局域网服务器检测",在弹出的对话框中输入服务器IP地址 (例如:1921680.1),点击"发送”按钮,进行客户端和服务器之间的认证,认证完毕即可正常 运行客户端所有功能。 3.在DRⅥ软件平台的地址信息栏中输入如下信息"htp:∥服务器IP地 址:8600 gccslab/ index htm",打开WEB版实验指导书,在实验目录中选择"波形合成与分解"实验, 根据实验原理和要求搭建虚拟仪器分析实验。 4.该实验由于要产生出各种奇次谐波,所以采用DRⅥ中提供的Ⅴ SCript脚本编辑芯片来设 计该实验最为方便。 VBScript脚本编辑芯片提供了对自动化脚本的支持,并在Ⅴ SCript的基础 上扩展了 Signal Script脚本语言,便于教师、学生根据需要开发特定的算法和系统。教师和学生 可以象编制网页小程序一样用Ⅴ SCript语言编制小程序,并嵌入到DRⅥ虚拟仪器平台中运行。 其详细使用说明和语法可参见附录。 5.根据实验的要求,需要输入信号的频率、幅值和相位,所以采用三片"数据输入芯片回来 完成手工输入上述数值的功能正弦信号的产生可采用一片vBs甲脚木老片,通过编程 来获取在25、26和27号数据线上的频率、幅值和相位数值,经过计算后生成,并输出到数组型 数据总线6000上,对该芯片可采用一片"按钮"芯片来控制是否运行:波形的合成同样采用 片"按钮 片和一片" VBScript脚本"芯片组合进行,后者提供波形合成的算法,将6000 和6038上的数据合成后输出到数组型数据总线6038上;波形的分解过程则通过"Ⅴ SCript脚本 芯片将6038上的数据减去6000上的数据后输出到数组型数据总线6038上:清除功能则是将6038 上的数据全部置零后输出:根据以上所需数组型数据总线的数量,插入两片内存条芯片加来 扩展2条数组型数据线,另外选择两片"波形频谱显示"芯片,用于显示谐波和合成后的波形; 再加上一些文字显示芯片和装饰芯片 就可以搭建出该实验。所需的软件芯片数量、种 类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图42所示,根据实验原理设计图在DRⅥ软面包 板上插入上述软件芯片,然后在" VBScript脚本"芯片中添加Ⅴ SCript小程序,并修改各芯片属 性窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程
那么，我们在实验过程中就可以通过设计一组奇次谐波来完成波形的合成和分解过程，达到对 课程教学相关内容加深了解的目的。 三. 实验仪器和设备 1. 计算机 n 台 2. DRVI 快速可重组虚拟仪器平台 1 套 3. 打印机 1 台 四. 实验步骤及内容 1. 启动服务器，运行 DRVI 主程序，开启 DRVI 数据采集仪电源，然后点击 DRVI 快捷工具 条上的"联机注册"图标，选择其中的"DRVI 采集仪主卡检测"进行服务器和数据采集仪之间的注 册。联机注册成功后，分别从 DRVI 工具栏和快捷工具条中启动"DRVI 微型 Web 服务器"和"内 置的 Web 服务器"，开始监听 8500 和 8600 端口。 2. 打开客户端计算机，启动计算机上的 DRVI 客户端程序，然后点击 DRVI 快捷工具条上的" 联机注册"图标，选择其中的"DRVI 局域网服务器检测"，在弹出的对话框中输入服务器 IP 地址 （例如：192.168.0.1），点击"发送"按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常 运行客户端所有功能。 3. 在 DRVI 软件平台的地址信息栏中输入如下信息"http://服务器 IP 地 址:8600/gccslab/index.htm"，打开 WEB 版实验指导书，在实验目录中选择"波形合成与分解"实验， 根据实验原理和要求搭建虚拟仪器分析实验。 4. 该实验由于要产生出各种奇次谐波，所以采用 DRVI 中提供的 VBScript 脚本编辑芯片 来设 计该实验最为方便。VBScript 脚本编辑芯片 提供了对自动化脚本的支持，并在 VBScript 的基础 上扩展了 Signal Script 脚本语言，便于教师、学生根据需要开发特定的算法和系统。教师和学生 可以象编制网页小程序一样用 VBScript 语言编制小程序，并嵌入到 DRVI 虚拟仪器平台中运行。 其详细使用说明和语法可参见附录。 5. 根据实验的要求，需要输入信号的频率、幅值和相位，所以采用三片"数据输入"芯片 来 完成手工输入上述数值的功能；正弦信号的产生可采用一片"VBScript 脚本"芯片 ，通过编程 来获取在 25、26 和 27 号数据线上的频率、幅值和相位数值，经过计算后生成，并输出到数组型 数据总线 6000 上，对该芯片可采用一片"按钮"芯片 来控制是否运行；波形的合成同样采用 一片"按钮" 芯片和一片"VBScript 脚本"芯片 组合进行，后者提供波形合成的算法，将 6000 和 6038 上的数据合成后输出到数组型数据总线 6038 上；波形的分解过程则通过"VBScript 脚本" 芯片将6038 上的数据减去6000 上的数据后输出到数组型数据总线6038 上；清除功能则是将6038 上的数据全部置零后输出；根据以上所需数组型数据总线的数量，插入两片"内存条"芯片 来 扩展 2 条数组型数据线，另外选择两片"波形/频谱显示"芯片 ，用于显示谐波和合成后的波形； 再加上一些文字显示芯片 和装饰芯片 ，就可以搭建出该实验。所需的软件芯片数量、种 类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图 4.2 所示，根据实验原理设计图在 DRVI 软面包 板上插入上述软件芯片，然后在"VBScript 脚本"芯片中添加 VBScript 小程序，并修改各芯片属 性窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程
6015 6039 11 6043+ 11 11 6000 6038 有幽白白白过立 ※说明:红线和虚线表示单变量数据线,蓝线和实线表示数组型数据 线,箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向 图42波形合成与分解实验原理设计图 6.例如,对于完成谐波生成的" VBScript脚本"芯片,其芯片编号为6015,在"产生信号"按钮 中修改"O:驱动芯片号"为6015,使其驱动该" VBScript脚本"芯片,其中的脚本为 Dim data(2048) a=Getline(25) dt=1.0/5120 For K=0 To 2047 data(k)b*Sin(2*3.14adt*K+c*3.14/180) Setlnterval6000 dt Set Array 6000, 2047, data 对于完成波形合成的" VBScript脚"芯片,其芯片编号为6039,在"波形合成"按钮中修改"O 驱动芯片号"为6039,使其驱动该" VBScript脚本"芯片,其中的脚本 Dim data(2048), data1(2048) Get Array 6000, 2048, data Get Array 6038, 2048, datal data(k)data(k )+datal(k)
图 4.2 波形合成与分解实验原理设计图 6. 例如，对于完成谐波生成的"VBScript 脚本"芯片 ，其芯片编号为 6015，在"产生信号"按钮 中修改"O：驱动芯片号"为 6015，使其驱动该"VBScript 脚本"芯片，其中的脚本为： Dim data(2048) a=Getline(25) b=Getline(26) c=Getline(27) dt=1.0/5120 For K = 0 To 2047 data(k)=b*Sin(2*3.14*a*dt*K+c*3.14/180) Next SetInterval 6000,dt SetArray 6000,2047,data 对于完成波形合成的"VBScript 脚"芯片 ，其芯片编号为 6039，在"波形合成"按钮中修改"O： 驱动芯片号"为 6039，使其驱动该"VBScript 脚本"芯片，其中的脚本为： Dim data(2048),data1(2048) GetArray 6000,2048,data GetArray 6038,2048,data1 For K = 0 To 2047 data(k)=data(k)+data1(k) Next
dt=10/5120 Setlnterval6038dt Set Array 6038, 2048, data 对于完成波形分解的" VBScript脚本"芯片,其芯片编号为6043,在"波形分解"按钮中修改"O: 驱动芯片号"为6043,使其驱动该" VBScript脚本"芯片,其中的脚本为 Dim data(2048), datal(2048) Get Array 6000, 2048, data et Array 6038, 2048, datal For K=0 To 2047 data l(dAtal(k-data(k) dt=1.0/5120 Setlnterval6038dt SetArray 6038, 2048, data 实际实验设计中将以上设置完成后,再将两片"波形频谱显示"芯片中的"O:数据存储芯片号 分别修改为"6000°和"6038",同时添加一些显示和装饰芯片,就可基本完成整个实验的设计过 7.也可以点击附录中"该实验脚本文件"的链接,将本实验的脚本文件贴入并运行。实验效果 图如图43所示。 具条调编服号题扩展件工具收共于 ③回色纬西函◆圆①#总恐齿30雏 波形合成与分解 55相位p000 ■形合默 ■形分 回低留 静字□d 图43周期信号波形的合成和分解实验 8.在"波形合成与分解"实验中的频率输入框中输入100,幅值输入框中输入600,相位输入框 中输入0,然后点击"产生信号"按钮,产生1次谐波,并点击"波形合成"按钮将其叠加到波形输 出窗中。 9.然后在频率输入框中输入300,幅值输入框中输入200,相位输入框中输入0,点击"产生信 号"按钮,产生3次谐波,并点击”波形合成按钮将其叠加到波形输出窗中,形成1,3次谐波叠
dt=1.0/5120 SetInterval 6038,dt SetArray 6038,2048,data 对于完成波形分解的"VBScript 脚本"芯片 ，其芯片编号为 6043，在"波形分解"按钮中修改"O： 驱动芯片号"为 6043，使其驱动该"VBScript 脚本"芯片，其中的脚本为： Dim data(2048),data1(2048) GetArray 6000,2048,data GetArray 6038,2048,data1 For K = 0 To 2047 data1(k)=data1(k)-data(k) Next dt=1.0/5120 SetInterval 6038,dt SetArray 6038,2048,data1 实际实验设计中将以上设置完成后，再将两片"波形/频谱显示"芯片 中的"O：数据存储芯片号 "分别修改为"6000"和"6038"，同时添加一些显示和装饰芯片，就可基本完成整个实验的设计过 程。 7. 也可以点击附录中"该实验脚本文件"的链接，将本实验的脚本文件贴入并运行。实验效果 图如图 4.3 所示。 图 4.3 周期信号波形的合成和分解实验 8. 在"波形合成与分解"实验中的频率输入框中输入 100，幅值输入框中输入 600，相位输入框 中输入 0，然后点击"产生信号"按钮，产生 1 次谐波，并点击"波形合成"按钮将其叠加到波形输 出窗中。 9. 然后在频率输入框中输入 300，幅值输入框中输入 200，相位输入框中输入 0，点击"产生信 号"按钮，产生 3 次谐波，并点击"波形合成"按钮将其叠加到波形输出窗中，形成 1，3 次谐波叠