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仿真信号与波形数据实验

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实 验 报 告

学生姓名： 学 号： 指导教师：

一、实验项目名称：仿真信号与波形数据

二、实验目的：

1、了解仿真信号和实际信号概念；

2、了解仿真信号在虚拟仪器设计、数据分析中等的应用；

3、学习波形数据类型及其使用方法；

4、学习三种正弦信号发生器的使用。

三、实验要求：

1、完成类似图4、图5程序设计，当采样点数(samples)为1024，周期数(cycles)为2时得到的整周期正弦波序列，使用创建波形函数产生频率为10Hz的正弦波形并显示。

2、完成类似图9、图10的程序设计，产生频率1000Hz的正弦波形；

3、完成图11、图12程序设计；

四、实验器材（设备、元器件）：

每组：安装LabVIEW软件的PC机一台。

五、实验内容及步骤：

1、LabVIEW的仿真信号

仿真信号：指的是用等时间间隔取函数值得到的用离散时间序列(值)表示的信号。如图1，f(t)是连续函数，取等间隔的时刻t0,t1,t2,t3....tn处的函数值得到f(t0)，f(t1)，f(t2)，f(t3)......f(tn)这样的离散时间序列(值)。

图1 函数的等间隔离散采样

实际信号：由数据采集卡(DAQ)对真实信号采样获得的离散时间序列。

那么在仿真分析时，可以用仿真信号模拟实际信号，这时仿真信号不涉及数据采集卡，对设计分析非常方便。

在“Singal Processing信号处理”函数选板下的“Singal Generation信号生成”子模板里有许多能生成仿真信号波形的功能函数。

图2“Singal Processing”函数选板

2、正弦波序列发生器(Sine Pattern.vi正弦信号)

图3 Sine Pattern.vi正弦信号

其中： 采样表示正弦信号序列由多少个点组成的；

周期表示这么多个点组成几个周期的正弦信号序列；

所以同样的点数表示周期越少，图形越光滑；或者说同样周期数，点数越多图形越光滑。

图4 正弦波序列的生成与正弦波形生成前面板

图5 正弦波序列的生成与正弦波形生成框图程序

3、正弦波发生器(Sine Wave.vi正弦波)

图6 Sine Wave.vi正弦波

频率使用的是归一化频率；在给定周期数（cycles）的情况下，周期数除以采样数就得到归一化频率；在给定以Hz（周期数/每秒）为单位的频率的情况下，如果用以Hz为单位的频率除以以Hz为单位的采样率，就可以得到归一化频率。

在内部记录了相位，允许用户控制初始相位的取值。phase in相位输入指明了首次采样生成波形时的初始相位（以度为单位），而phase out相位输出则指明了下一次采样生成波形时的相位。

图7 Sine Wave.vi和Sine Pattern.vi的使用比较

4、正弦波形（Sine Waveform.vi）

Sine Wave正弦波和Sine Pattern正弦信号在Signal Generation信号生成模板中，这两个VI是不包括时间信息的。只有Sine Waveform正弦波形在Waveform

Generation波形生成模板中，包含了信号的时间信息。

图8 Sine Waveform.vi 正弦波形

其中，采样信息包含采样信息：

Fs是每秒采样率。默认值为1000。可理解为：对正弦函数进行采样间隔=1/Fs=1ms的采样，即每1ms输出一个点（正弦函数在这个时刻的值）。

#s是波形的采样数。默认值为1000。总共采1000个点，结合Fs，就是对正弦函数等间隔取1000个点。那么取值到底取到这个正弦函数的第几个周期了？这时，Fs和#s共同决定采样时间长度：(1/Fs)×#s=1s，就表示等间隔取值范围为1s内的正弦函数值。

频率可理解为单位时间内周期数。

信号输出可以输出到一个波形图里。

5、波形数据类型

Sine Waveform.vi是含有时间信息的。对Sine Waveform.vi输出端创建显示控件——“信号输出”，可以看出是一个特殊的簇结构，这个特殊的簇结构就是波形数据类型。从图6的波形数据可以看到4个元素：

t0：时间

dt：一个有时间单位的数值

Y：一维数组

属性：空的

图9 简单正弦波形函数分析前面板

图10 简单正弦波形函数分析框图程序

由图7“获取波形成分”可知，波形数据包含4个元素，他们的类型如下：

t0：时间类型

dt：浮点数类型

Y：浮点型一维数组类型

attributes：属性：变体类型

6、为波形数据添加属性

变体是LabVIEW中一种特殊的数据类型，任何数据类型都可以转化为变体类型，然后为其添加属性，并在需要时转换回原来的数据类型。

图11 为波形数据添加属性程序框图

图12 为波形数据添加属性显示图

六、实验数据及结果分析：

前面板：

程序框图：

七、对本实验过程及方法、手段的改进建议：

报告评分：

指导教师签字：

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简易多波形信号发生器的设计与仿真

简易多波形信号发生器的设计与仿真

简易多波形信号发生器的设计与仿真

【摘 要】本文根据电子电路的相关理论原理对简易多波形信号发生器电路进行设计，利用分立元件，借助protues软件进行电路创建，波形仿真，并对有关问题进行分析讨论。

【关键词】方波电路；三角波电路；正弦波电路；仿真

0 引言

信号发生器在电子电路实验中用得最多的是方波、三角波、正弦波、脉冲波等多种电压波形，基本的信号发生器能产生方波、三角波、正弦波三种波形，其电路构成多种多样，可以通过分立元件、运放电路或专用的集成电路来构成。本文通过运放级联电路外加低通滤波器构成一个简易的多波形信号发生器。

1 多波形发生器电路设计思想

利用电压比较器和积分器同时产生方波和三角波，其中方波由电压比较器产生，输出的方波经积分器积分后得到三角波，三角波通过低通滤波器生成正弦波[1]。

2 单元电路设计

2.1 方波发生器电路

方波发生器电路由滞回比较器和RC负反馈电路组成，电路为自激振荡电路。其中电阻Rf和电容C构成积分电路，起反馈和延迟作用，通过RC充，放电实现输出状态的自动转换；集成运放A和R1、R2组成滞回比较器，起开关作用；比较器输出电压VO被双向稳压管限幅，在比较过程中，输出电压被稳定在正负VZ（VZ为稳压管的稳定电压）而保持恒定。

2.2 三角波发生器电路

三角波发生器的电路如图2所示，其中前半部分为滞回比较器，后半部分为积分电路，滞回比较器的输出VO1经积分器积分即可得到三角波，而积分器输出的三角波反馈到滞回比较器的同相输入端，触发比较器自动翻转形成方波，这样就构成三角波-方波发生器，方波的输出电压VO1=±VZ，三角波的输出电压为Vo=（R1/R2） VZ。

2.3 正弦波发生电路

将三角波展开为傅立叶级数可知，它含有基波和3次、5次等奇次谐波，因此通过低通滤波器取出基波，滤除高次谐波，即可将三角波转换成正弦波[2]。

3 电路仿真

利用protues对多波形发生器电路进行仿真，首先按图3所示电路图绘制电路图，启动仿真开关，打开示波器控制面板，在其Timedase区设置x轴时基扫描时间为5ms/Div，在channel A、channel B、channelC区分别设置A、B、C通道输入信号在Y轴上的显示刻度为：1V/Div，这时我们可以在示波器上看到如图4所示的方波、三角波、正弦波电压波形。按动RV1调整电位器的电阻，可以看到当RV1电阻增大时，输出波形的周期减小，当RV1电阻减小时，输出波形的周期增大，波形发生器的周期可以通过改变RV1的大小来调整。从示波器的波形图上可以看出正弦波与三角波有一定的相移，这是因为积分电路本身是一个相移滞后电路，所以经过二阶积分电路，正弦波比三角波相位落后了一定的角度[3]。

信号波形发生与合成实验

信号波形发生与合成实验

学习文档 仅供参考 摘要

本系统主要以TL081A运放为核心，由方波发生器、滤波分频电路、移相电路、加法器电路模块组成。实现了产生多个不同频率的正弦信号与基于多个正弦波合成方波信号的电路功能。系统基本工作过程为：1kHz方波信号通过低通滤波器和带通滤波器得到按傅里叶级数展开的1kHz基波正弦波信号和3kHz三次谐波正弦波信号。而后将基波信号通过移相电路使其相位调整到与三次谐波相同，然后通过加法电路将信号合成近似的方波信号。输出波形结果说明，系统合成波形符合理论傅里叶分析结果，比较准确。正弦涉及合成波的幅值测试误差小于5%，符合题目要求。

关键词：方波发生器；傅里叶级数；分频；滤波；移相

一．总体方案设计及论证

设计制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成为近似方波信号。系统框图如下列图所示：

具体要求： 矩形波发生电路滤波分频移相器加法器正弦波产生实验方波合成实验矩形波测试点基波测试点三次谐波测试点移相后基波测试点合成信号测试点学习文档 仅供参考

学习文档 仅供参考

1.2 方案论证比较

1.2.1 系统总体方案

方波发生电路产生1kHz方波，对其中的基波和三次谐波分量进行提取，1kHz

基波可用截止频率为1kHz的巴特沃斯低通滤波器滤波得到，3kHz谐波可用中心频率设为3kHz的高Q值带通滤波器滤波得到。最后再经相位调整重新合成近似方波。

本系统中的方波发生电路是实现后续各级电路功能的基础，对频率准确度和

稳定度的要求较高。

方案一：555定时器组成的多谐振荡器，直接调节至1KHz左右的对称方波。

此方案成本低廉，实现方便，但其稳定性容易受到外部元件的影响，在振荡频

率较高时频率稳定度不够。

方案二：使用石英晶振组成高稳定度的频率参考源，并使用计数器和集成锁

相环芯片构成分频/倍频环，以产生1KHz的方波。该方法产生的信号稳定度高，

信号与系统实验报告7 Wav 信号的波形分析与合成

信号与系统实验报告7 Wav 信号的波形分析与合成

武汉大学教学实验报告

电子信息学院 电子信息工程 专业 2105 年 10 月 2 日

实验名称 Wav 信号的波形分析与合成 指导教师 邹炼

姓名 年级 2013级 学号 成绩

一、 预习部分

1. 实验目的

2. 实验基本原理

3. 主要仪器设备（含必要的元器件、工具）

一、实验目的

1. 巩固傅里叶变换及其反变换的知识，学习从时域和频域两个角度来观察信号。

2. 尝试利用短时傅里叶变换分析非平稳信号的频谱变化。

3．熟悉MATLAB 环境中wavread、wavrecord、wavplay、fft 和ifft 等函数的应用。

二、实验基本原理

音频信号（Audio）是通过麦克风、A/D 等数据采集设备将声音转换而成的电

信号，是声波频率、幅度变化的信息载体。声音的三个主观特性是音调、音强和

音色。而声波的三个重要参数为频率 ω0、幅度A n 和相位ψn ，这也就决定

了音频信号的特征定义如下：

1. 基频与音调

基频指一个复杂声波中最低的一个频率（其他频率叫谐波）。音调主要由声

音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降

而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音

调却随强度增加而上升。

2. 谐波与音色

谐波是指周期函数或周期性的波形中不能用常数与原函数基频的正弦函数 和余弦函数的线性组合表达的部分。nωO 称为ωO 的n 次谐波分量，也称为(n-1)次泛音。音色是由混入基音的泛音所决定的，高次谐波越丰富，音色就越有明亮感和穿透力。不同的谐波具有不同的幅值An 和相位偏移ψn ，由此产生各种音色效果。

3. 幅度与音强

人耳对于声音细节的分辨只有在强度适中时才最灵敏。人的听觉响应与强度

成对数关系。常用音量来描述音强，以分贝（dB=20log）为单位。

信号波形合成实验电路

信号波形合成实验电路

信号波形合成实验电路

摘要：本设计通过ICL8038产生300K方波信号，再通过计数器CD4518及74LS161与D触发器分频成多个不同频率的方波信号，并将这些信号经过巴特沃斯低通滤波器、反相比例运放电路、型滤波电路、跟随器，将其转换为10K、30K、50K正弦信号，再经RC移相电路之后，利用同相输入求和加法器将峰峰值分别为6V、2V、1.2V的正弦波合成为近似方波及其他信号。

Abstract：This design can produce 300KHz square-wave signals by ICL8038, then

spilt frequency through CD4518 counter with D flip-flop 74LS161 , and will put these

signals through butterworth low-pass filter, opposite proportion amp circuit, filter

circuit and follower circuit,and will produce 10KHz,30KHz and 50KHz sine signals,

then by using RC phase-shifting circuit with these signals and same-phase sum adder,it

can compound 6V、2V、1.2V sine signals to produce approximate sine signals and other

signals.

一、系统方案与论证

1.1高频方波产生电路的比较

方案一：采用555定时器，555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容就可以产生方波。缺点是本电路需要产生高频方波，而用555定时器产生的高频方波不稳定。

方案二：采用ICL8038精密压控函数发生器，ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz～1M Hz的正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。它的特点是电源电压范围宽、稳定度搞、精密度高、易于使用。所以我们组选择利用ICL8038产生300khz的方波。