加后的波形 10.然后在频率输入框中输入500,幅值输入框中输入125,相位输入框中输入0,点击"产生 信号"按钮,产生5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1,3,5次 谐波叠加后的波形 1.然后在频率输入框中输入700,幅值输入框中输入857,相位输入框中输入0,点击"产生 信号"按钮,产生7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1,3,5,7 次谐波叠加后的波形,此时可以观察到叠加后形成的波形已经比较近似于方波了,当然还可以继 续叠加下去,比如"频率900″、"幅值66.7"、"相位σ"产生9次谐波,然后叠加,如此不断持续进 行下去,直到形成一个真正的方波。 12.波形的分解过程则是一个逆向过程,先按以上计算数据产生7次谐波,然后点击波形分 解"按钮,将7次谐波减去:再产生5次谐波,然后点击波形分解"按钮,将5次谐波减去:再 产生3次谐波,然后点?quot;波形分解"按钮,将3次谐波减去,如此完成波形分解过程 13.最后,再选取相位不同的正弦波叠加,观察其合成波形,看是否能够合成方波。 五.实验报告要求 简述实验目的及原理 2.按实验步骤绘出7次谐波叠加合成的方波波形图 3.分别绘出两次相位不同的正弦信号相加的合成波形 六.思考题 1.怎样才能得到一个精确的方波波形? 2.相位对波形的叠加合成有何影响? 3.设计一个三角波和拍波合成实验,并写出其实验步骤
加后的波形。 10. 然后在频率输入框中输入 500，幅值输入框中输入 125，相位输入框中输入 0，点击"产生 信号"按钮，产生 5 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 1，3，5 次 谐波叠加后的波形。 11. 然后在频率输入框中输入 700，幅值输入框中输入 85.7，相位输入框中输入 0，点击"产生 信号"按钮，产生 7 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 1，3，5，7 次谐波叠加后的波形，此时可以观察到叠加后形成的波形已经比较近似于方波了，当然还可以继 续叠加下去，比如"频率 900"、"幅值 66.7"、"相位 0"产生 9 次谐波，然后叠加，如此不断持续进 行下去，直到形成一个真正的方波。 12. 波形的分解过程则是一个逆向过程，先按以上计算数据产生 7 次谐波，然后点击"波形分 解"按钮，将 7 次谐波减去；再产生 5 次谐波，然后点击"波形分解"按钮，将 5 次谐波减去；再 产生 3 次谐波，然后点?quot;波形分解"按钮，将 3 次谐波减去，如此完成波形分解过程。 13. 最后，再选取相位不同的正弦波叠加，观察其合成波形，看是否能够合成方波。 五. 实验报告要求 1. 简述实验目的及原理。 2. 按实验步骤绘出 7 次谐波叠加合成的方波波形图。 3. 分别绘出两次相位不同的正弦信号相加的合成波形。 六. 思考题 1. 怎样才能得到一个精确的方波波形？ 2. 相位对波形的叠加合成有何影响？ 3. 设计一个三角波和拍波合成实验，并写出其实验步骤
实验五采样信号量化误差分析 实验目的 1.通过本实验熟悉AD、DA变换中的量化误差。 2.了解AD、DA器件位数与量化误差的关系。 二.实验原理 把连续时间信号转换为与其相对应的数字信号的过程称之为模-数(AD)转换过程,反之则 称为数-模(D/A)转换过程,它们是数字信号处理的必要程序.一般在进行AD转换之前,需 要将模拟信号经抗频混滤波器预处理,变成带限信号,再经AD转换成为数字信号,最后送入 数字信号分析仪或数字计算机完成信号处理.如果需要,再由DA转换器将数字信号转换成模 拟信号,去驱动计算机外围执行元件或模拟式显示、记录仪等 AD转换包括了采样、量化、编码等过程,其工作原理如图5.1所示。 → 0,1,2,3,2,1, 模拟信号 采样 量化 数字信号 图5.1信号AD转换过程 1)采样-或称为抽样,是利用采样脉冲序列p(t),从连续时间信号x(t)中抽取一系列离散样值, 使之成为采样信号x(nTs)的过程.n=0,1.Tst称为采样间隔,或采样周期,1/Ts=fs称 为采样频率。 由于后续的量化过程需要一定的时间τ,对于随时间变化的模拟输入信号,要求瞬时采样值在 时间τ内保持不变,这样才能保证转换的正确性和转换精度,这个过程就是采样保持。正是有了 采样保持,实际上采样后的信号是阶梯形的连续函数 2)量化一又称幅值量化,把采样信号x(nTs)经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效 数字的数,这一过程称为量化。若取信号x(t)可能出现的最大值A,令其分为D个间隔,则 每个间隔长度为R=AD,R称为量化增量或量化步长。当采样信号ⅹ(nIs)落在某一小间隔内 经过舍入或截尾方法而变为有限值时,则产生量化误差,如图52所示。 般又把量化误差看成是模拟信号作数字处理时的可加噪声,故而又称之为舍入噪声或截尾噪 声。量化增量D愈大,则量化误差愈大,量化增量大小,一般取决于计算机AD卡的位数.例 如,8位二进制为28=256,即量化电平R为所测信号最大电压幅值的1/256
实验五 采样信号量化误差分析 一. 实验目的 1. 通过本实验熟悉 A/D、D/A 变换中的量化误差。 2. 了解 A/D、D/A 器件位数与量化误差的关系。 二. 实验原理 把连续时间信号转换为与其相对应的数字信号的过程称之为模-数（A/D）转换过程，反之则 称为数-模（D/A）转换过程，它们是数字信号处理的必要程序．一般在进行 A/D 转换之前，需 要将模拟信号经抗频混滤波器预处理，变成带限信号，再经 A/D 转换成为数字信号，最后送入 数字信号分析仪或数字计算机完成信号处理．如果需要，再由 D/A 转换器将数字信号转换成模 拟信号，去驱动计算机外围执行元件或模拟式显示、记录仪等。 A/D 转换包括了采样、量化、编码等过程，其工作原理如图 5.1 所示。 图 5.1 信号 A/D 转换过程 1）采样--或称为抽样，是利用采样脉冲序列 p(t)，从连续时间信号 x(t)中抽取一系列离散样值， 使之成为采样信号 x（nTs）的过程．n= 0，1…．Tst 称为采样间隔，或采样周期，1／Ts = fs 称 为采样频率。 由于后续的量化过程需要一定的时间 τ，对于随时间变化的模拟输入信号，要求瞬时采样值在 时间 τ 内保持不变，这样才能保证转换的正确性和转换精度，这个过程就是采样保持。正是有了 采样保持，实际上采样后的信号是阶梯形的连续函数。 2）量化--又称幅值量化，把采样信号 x（nTs）经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效 数字的数，这一过程称为量化。若取信号 x（t）可能出现的最大值 A，令其分为 D 个间隔，则 每个间隔长度为 R=A/D，R 称为量化增量或量化步长。当采样信号 x（nTs）落在某一小间隔内， 经过舍入或截尾方法而变为有限值时，则产生量化误差，如图 5.2 所示。 一般又把量化误差看成是模拟信号作数字处理时的可加噪声，故而又称之为舍入噪声或截尾噪 声。量化增量 D 愈大，则量化误差愈大，量化增量大小，一般取决于计算机 A/D 卡的位数．例 如，8 位二进制为 28=256，即量化电平 R 为所测信号最大电压幅值的 1／256
x(1)=5x(5)=4 x(2)=3 x(3)=0x(7)=2 (4)=1x(8)=0 012345678 图52信号的6等分量化过程 3)编码-将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。 信号x(t)经过上述变换以后,即变成了时间上离散、幅值上量化的数字信号。 本实验采用软件模拟的方法来演示不同等分情况下对数据采集的影响。 三.实验仪器和设备 台 2.DRⅥ快速可重组虚拟仪器平台1套 打印机 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DRⅥI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/ gccsla b/index htm",打开WEB版实验指导书,在实验目录中选择"采样信号量化误差分 析"实验,根据实验原理和要求设计该实验 4.该实验首先需要设计一个正弦信号发生器,来提供原始信号,DRⅥ中提供了一个"数字信 号发生器芯片,将其中的”信号类型设置为2就可以产生正弦信号,再用一片”启/停按钮 号是否产生:为计算信号的量化误差,需要添加一片信号量化误差计算"芯片 时,为了便于对等分数的选择,使用一片"数字调节按钮"芯片 并将其步长设置为 2;另外选择二片啵波形频谱显示芯片圖,用于显示原始波形和经量化误差芯片处理后的波形: 最后根据连接这些芯片所需的数组型数据线数量,插入2片内存条"芯片,扩展2条数组型 数据线,用于存储动态数据:再加上一些文字显示芯片2和装饰芯 ,就可以完成采样信
图 5.2 信号的 6 等分量化过程 3）编码--将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。 信号 x(t)经过上述变换以后，即变成了时间上离散、幅值上量化的数字信号。 本实验采用软件模拟的方法来演示不同等分情况下对数据采集的影响。 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"采样信号量化误差分 析"实验，根据实验原理和要求设计该实验。 4. 该实验首先需要设计一个正弦信号发生器，来提供原始信号，DRVI 中提供了一个"数字信 号发生器"芯片 ，将其中的"信号类型"设置为 2 就可以产生正弦信号，再用一片"启/停按钮" 芯片 控制信号是否产生；为计算信号的量化误差，需要添加一片"信号量化误差计算"芯片 ，同时，为了便于对等分数的选择，使用一片"数字调节按钮"芯片 ，并将其步长设置为 2；另外选择二片"波形/频谱显示"芯片 ，用于显示原始波形和经量化误差芯片处理后的波形； 最后根据连接这些芯片所需的数组型数据线数量，插入 2 片"内存条"芯片 ，扩展 2 条数组型 数据线，用于存储动态数据；再加上一些文字显示芯片 和装饰芯片 ，就可以完成"采样信
号量化误差"实验的设计过程。所需的虚拟仪器软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流 动和连接关系如图53所示,根据该原理设计图在DRⅥ软面包板上插入上述软件芯片,然后修 改芯片属性窗中相应的连线参数就可完成该实验的搭建过程 2 6000 6001 A回 ※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53采样信号量化误差实验原理设计图 5.对于”数字调节按钮"芯片 将其最大值设置为64,最小值设置为2,"步长"设置为2即 每调节一次数字跳变数为2,"输入线号"设置为2即和"信号量化误差计算"芯片的满量程等 分数线号"的值相同,使得每改变一次"数字调节按钮"的数值,就相应的改变"信号量化误差计算 芯片的等分计算数值,同时,修改"信号量化误差计算"芯片的"输入波形存储芯片号"为6000, 输出波形存储芯片号"为6001,在此特别举例说明设置方法 I:芯片编号 6013 I芯片编号 I:X金标 I: XEF I:Y坐梯 Y样 I:度 D:满量程等分数 I:信号程 1000.000000 I:最大值 64,000000 I:信号长度 I:最小僵 2,000000 I:提示信息 信号量化误差计算芯片 I:步长 2.000000 0;输入波形存储芯片号 等分输入框 0:输出升在绕片 000000 设定朝属失 图54"数字调节按钮芯片参数设置样例图55"信号量化误差计算芯片参数设置样例 6.也可以点击附录中"该实验脚本文件"的链接,在弹出的浏览器窗口中用"全选"功能选择所有 脚本信息,然后选?quot;复制"。返回到DRⅥ的客户端,点击客户端软件快捷工具条中的"粘贴 IC资源脚本"图标,将本实验的脚本文件贴入并启动该实验。实验效果图如图56所示
号量化误差"实验的设计过程。所需的虚拟仪器软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流 动和连接关系如图 5.3 所示，根据该原理设计图在 DRVI 软面包板上插入上述软件芯片，然后修 改芯片属性窗中相应的连线参数就可完成该实验的搭建过程。 图 5.3 采样信号量化误差实验原理设计图 5. 对于"数字调节按钮"芯片 ，将其最大值设置为 64，最小值设置为 2，"步长"设置为 2 即 每调节一次数字跳变数为 2，"输入线号"设置为 2 即和"信号量化误差计算"芯片 的"满量程等 分数线号"的值相同，使得每改变一次"数字调节按钮"的数值，就相应的改变"信号量化误差计算 "芯片的等分计算数值，同时，修改"信号量化误差计算"芯片的"输入波形存储芯片号"为 6000，" 输出波形存储芯片号"为 6001，在此特别举例说明设置方法。 图 5.4 "数字调节按钮"芯片参数设置样例 图 5.5 "信号量化误差计算"芯片参数设置样例 6. 也可以点击附录中"该实验脚本文件"的链接，在弹出的浏览器窗口中用"全选"功能选择所有 脚本信息，然后选?quot;复制"。返回到 DRVI 的客户端，点击客户端软件快捷工具条中的"粘贴 IC 资源脚本"图标，将本实验的脚本文件贴入并启动该实验。实验效果图如图 5.6 所示
统工民条编t服务器扩展件工风收天 ④日回售巴画中①的#总⑤国齿2 地址921B1U lex htn 采祥号的量化误差实验 m口 等分数 团E 臣图 ■■积 回W口 nnm《:61025 游字□得 图56采样信号的量化误差实验 7.点击"采样信号量化误差"实验中的"运行"按钮,然后在”等分数"选择框中选择各种不同的等 分数,并分析和观察等分数从低到高时量化误差的大小和对信号波形的影响 五.实验报告要求 1.简述实验目的和原理 2.根据实验要求整理实验原理设计图 3.根据实验中的数据结果分析采样分辨率对信号转换精度的影响 六.思考题 常用的AD转换器件的位数有那几种,以输入的模拟电压的变化范围为5V+5V之间,对 于几种不同的位数,其分辨率和转换精度分别为多少? 2.实际测量中是否AD转换器件的位数越高越好,如何合理的选择一个AD转换器件?
图 5.6 采样信号的量化误差实验 7. 点击"采样信号量化误差"实验中的"运行"按钮，然后在"等分数"选择框中选择各种不同的等 分数，并分析和观察等分数从低到高时量化误差的大小和对信号波形的影响。 五. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2. 根据实验要求整理实验原理设计图。 3. 根据实验中的数据结果分析采样分辨率对信号转换精度的影响。 六. 思考题 1. 常用的 A/D 转换器件的位数有那几种，以输入的模拟电压的变化范围为-5V—+5V 之间，对 于几种不同的位数，其分辨率和转换精度分别为多少？ 2. 实际测量中是否 A/D 转换器件的位数越高越好，如何合理的选择一个 A/D 转换器件？