实验一-波形合成与分解

信号分解与合成实验报告本次实验主要涉及信号分解和合成的过程和方法。

其中，我们研究了信号分解和合成的基本概念和原理，利用 MATLAB 软件进行信号分解和合成实验，通过实验数据和实验结果验证了信号分解和合成的正确性和实用性。

一、信号分解信号分解，是指将一个信号分解成若干个简单的成分。

常用的信号分解方法有傅里叶变换、小波变换等。

本次实验我们采用了小波变换对信号进行分解。

小波变换是一种时频分析方法，具有良好的适应性、时间分解精度高、尤其适合非平稳信号的分析。

在小波分析中，我们通过选择适当的小波函数和选取不同的分解层数，可以将信号分解为越来越细节和越来越精确的小波成分，对信号的各种特征和结构有较好的拟合和表示，从而更为深入地了解信号的内在特性。

在 MATLAB 环境下，我们通过调用 Wavelet Toolbox 中的相关函数，实现了信号分解的实验。

具体步骤为：1.加载待处理信号，使用 load 命令将信号载入 MATLAB 环境中。

2.选择所需的小波函数。

在 Wavelet Toolbox 中，提供了多种不同形态的小波函数，可根据实际需求进行选择。

3.调用 wfilters 函数进行小波滤波器设计。

该函数根据所选小波函数的性质，生成对应的离散小波滤波器系数（低通和高通滤波器系数）。

4.使用 wmulticfs 函数对信号进行小波分解。

该函数将信号分解为多个不同尺度和不同频带的小波系数，可用于分析信号中的不同成分。

5.可视化分解结果，通过图像展示各个小波系数的分布和特征，可以更直观地了解信号的结构和组成成分。

二、信号合成信号合成，是指将多个简单的信号成分重新组合起来，形成新的信号。

信号合成常用的方法有基本波形叠加法、线性组合法、窄带带通滤波法等。

在本次实验中，我们采用了基本波形叠加法为例，对信号进行合成。

基本波形叠加法，是指将一系列基本波形（如正弦波、三角波）按照一定比例组合，形成新的波形。

该方法简单易行，对于周期信号的分析具有良好的适应性。

课程设计报告设计课题：信号波形合成实验专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：目录一、课程设计目的 (1)二、课程设计题目描述和要求 (1)1．基本要求 (1)2．发挥部分 (2)三、系统分析与设计 (2)1、方案设计 (2)方波振荡部分 (2)分频部分 (2)滤波部分 (2)移相、放大部分 (3)波形合成部分 (3)2、硬件实现 (3)方波振荡器 (3)分频器 (4)滤波器 (5)移向、放大器 (5)波形合成器 (6)四、系统调试过程中出现的主要问题 (7)五、系统运行报告与结论 (7)六、总结 (9)七、参考书目 (9)八、附录 (10)信号波形合成实验一、课程设计目的设计制作一个电路，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和其他信号。

电路示意图如图1所示：图1 电路示意图二、课程设计题目描述和要求1．基本要求（1）方波振荡器的信号经分频与滤波处理，同时产生频率为10kHz和30kHz 的正弦波信号，这两种信号应具有确定的相位关系；（2）产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V和2V；（3）制作一个由移相器和加法器构成的信号合成电路，将产生的10kHz和30kHz正弦波信号，作为基波和3次谐波，合成一个近似方波，波形幅度为5V，合成波形的形状如图2所示。

图2 利用基波和3次谐波合成的近似方波2．发挥部分（1）再产生50kHz的正弦信号作为5次谐波，参与信号合成，使合成的波形更接近于方波；（2）根据三角波谐波的组成关系，设计一个新的信号合成电路，将产生的10kHz、30kHz等各个正弦信号，合成一个近似的三角波形；（3）其他。

三、系统分析与设计1、方案设计方波振荡部分方波振荡电路采用555定时器组成多谐振荡器，调节至300kHz 左右方波，由于之后的分频电路具有调节占空比功能，所以方波产生电路暂时不需要调节占空比。

分频部分分频部分实现将产生的方波通过分频产生10kHz 、30kHz 和50kHz 的新的方波。

实验二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｛ , }的组合表示: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.那么，我们在实验过程中就可以通过设计一组奇次正弦波来完成方波信号的合成，同理，对三角波、锯齿波等周期信号也可以用一组正弦波和余弦波信号来合成。

三。

实验内容用前5项谐波近似合成一个频率为100Hz、幅值为600的方波。

四. 实验仪器和设备1。

计算机 1台2。

DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套五。

实验步骤1. 运行DRVI主程序,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”。

2. 在DRVI软件平台的地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址,“c:\Program Files\Depush\DRVI3。

0”，在实验目录中选择“波形合成与分解实验”，建立实验环境，如图1。

图1 波形合成与分解实验环境下面是该实验的装配图和信号流图，如图3,图中的线上的数字为连接软件芯片的软件总线数据线号,6015、6029、6040、6043为定义的四片脚本芯片的名字。

图3波形合成与分解实验装配图3。

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300，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“信号合成”按钮将其叠加到波形输出窗中。

波形的合成实验报告实验目的本次实验的目的是了解和掌握波形的合成方法，以及通过合成波形来模拟真实声音的效果。

实验原理波形的合成是通过将多个基本波形按照一定的比例和相位进行叠加，从而得到更加复杂的波形。

常见的基本波形有正弦波、方波、三角波等。

通过调整每个基本波形的振幅和相位差，可以合成出各种不同特性的波形。

实验仪器和材料- 计算机- DAW（数字音频工作站）软件- MIDI键盘（可选）- 音频接口（可选）实验步骤1. 准备实验材料将计算机连接到音频接口上，打开DAW软件。

2. 创建一个新的工程在DAW软件中创建一个新的工程。

3. 导入基本波形从DAW软件的音频库中导入三种基本波形：正弦波、方波和三角波。

4. 将基本波形编辑为合成波形在DAW软件中使用音频编辑工具将基本波形叠加在一起，并通过调整每个波形的振幅和相位差来调整合成波形的特性。

可以尝试不同的叠加方式和参数，观察合成波形的变化。

5. 添加音效效果可以在合成波形上添加音效效果，例如混响、压缩、失真等，以模拟真实声音的效果。

6. 合成波形的应用将合成波形应用到音乐创作或声音设计中，例如用合成波形模拟乐器的音色、添加合成波形作为背景音效等。

可以通过MIDI键盘或音频接口将合成波形与其他音轨进行配合和演奏。

实验结果与分析通过实验合成出的波形具有丰富的谐波结构和动态特性，能够模拟出各种声音的音色和特效。

合成波形的特性可以通过调整基本波形的振幅和相位差来调整，通过添加音效效果可以进一步丰富合成波形的音色和表现力。

实验总结本次实验通过合成波形的方法，探索了音频合成的基本原理和方法。

合成波形可以用于音乐创作、声音设计等领域，在模拟真实声音和创作出独特音色方面具有重要应用。

通过调整合成波形的参数，可以控制波形的特性，进一步丰富音乐和声音效果。

同时，可以通过添加音效效果，使合成波形更加真实和独特。

参考资料[1] Williams, E. G., & Chapman, B. E. (1997). Synthesizing musical sounds using simple physical models. The Journal of the Acoustical Society of America, 101(6), 3719-3725.[2] Dodge, C., & Jerse, T. A. (1997). Computer music: synthesis, composition, and performance. Schirmer Books.以上是本次波形的合成实验的报告，通过实验我们深入了解了波形的合成原理和方法，并通过实验得出了一些结论与总结。

波形分解与合成实验报告课程名称：电路与电子技术实验Ⅱ指导老师：张德华成绩：__________________ 实验名称：波形分解与合成实验类型：模拟电路实验一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1.了解有源带通滤波器的工作原理、特点；2.掌握有源带通滤波器典型电路的设计、分析与实现；3.学习有源带通滤波器典型电路的频率特性测量方法、电路调试与参数测试，了解其滤波性能；4.了解非正弦信号离散频谱的含义；5.利用有源带通滤波器、放大器实现波形的分解与合成；6.通过仿真方法进一步研究有源带通滤波电路，了解不同的有源带通滤波器结构、参数对滤波性能的影响。

二、实验内容和原理实验内容： 1.原理分析；2.频率特性；3.滤波效果；4.波形的分解与合成。

实验原理：0.滤波器⑴定义：让指定频段的信号通过，而将其余频段上的信号加以抑制，或使其急剧衰减。

（选频电路）⑵分类：a)按照器件类型分类：无源滤波器：由电阻、电容和电感等无源元件组成；有源滤波器：采用集成运放和RC网络为主体；b)按照频段分类：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）；通带：能够通过（或在一定范围内衰减）的信号频率范围；阻带：被抑制（或急剧衰减）的信号频率范围；过渡带越窄，说明滤波电路的选频特性越好。

P.2实验名称：波形分解与合成⑷关键指标：传递函数（频率响应特性函数）Av：反映滤波器增益随频率的变化关系；固有频率（谐振频率）fc、ωc：电路无损耗时的频率参数，其值由电路器件决定；通带增益：A0（针对LPF）、A∞（针对HPF）、Ar（针对BPF）；截止频率（-3dB频率）fp、ωp：增益下降到通带增益时所对应的频率；品质因数Q：反映滤波器频率特性的一项重要指标，不同类型滤波器的定义不同（低通、高通滤波器中，定义为当f = fc时增益模与通带增益模之比）。

信号波形合成实验电路摘要：本设计包含方波振荡电路，分频电路，滤波电路，移相电路，加法电路，测量显示电路。

题目要求对点频率的各参数处理，制作一个由移相器和加法器构成的电路，将产生的10KHz 和30KHz 正弦信号作为基波和三次谐波，合成一个波形幅度为5V、近似于方波的波形。

振荡电路采用晶振自振荡并与74LS04 结合，产生6MHz 的方波源。

分频电路采用74HC164 与74HC74分频出固定频率的方波，作为波形合成的基础。

滤波采用TI公司的运放LC084，分别设置各波形的滤波电路。

移相电路主要处理在滤波过程中相位的偏差，避免对波形的合成结果造成影响。

关键词：方波振荡电路分频与滤波移相电路加法器Experimental waveform synthesiscircuitAbstract：The design consists of a square wave oscillator circuit,divider circuit, filter circuit, phase shift circuits, addition circuits, measurement display circuit. Subject of the request of the point frequency of the various parameters of processing, production of a phase shifter circuit consisting of adders, will have the 10KHz and 30KHz sinusoidal signal as the fundamental and third harmonic, synthesis of a wave amplitude 5V, similar to square wave waveform. Since the oscillating crystal oscillation circuit combined with the 74LS04 to produce a square wave source 6MHz. Frequency circuit 74HC164 and the 74HC74 divider out of a fixed frequency square wave, as a basis for waveform synthesis. Filtering using TI's op LC084, respectively, set the waveform of the filter circuit. Phase-shifting circuit in the main processing phase in the filtering process deviations, to avoid prejudicing the outcome of the waveform synthesis.Keywords：Square-wave oscillator circuit Frequency and filter Phase-shifting circuit1.课题技术指标1.1 基本要求对一个特定频率的方波进行变换并产生多个不同频率的正弦信号，再将这些正弦信号合成为近似方波。

东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电工电子实验第1次实验实验名称：波形发生分解与合成院（系）：吴健雄学院专业：高等理工班姓名：学号：实验室: 实验组别：同组人员：无实验时间：2013年8月24日评定成绩：审阅教师：一、实验内容要求基本要求：1.设计一个方波发生器，要求其频率为1kHz，幅度为5V；2.设计合适的滤波器，从方波中提取出基波和3次谐波；3.设计一个加法器电路，将基波和3次谐波信号按一定规律相加，将合成后的信号与原始信号比较，分析它们的区别及原因。

提高要求：⏹设计5次谐波滤波器及移相电路，调整各次谐波的幅度和相位，将合成后的信号与原始信号比较，并与基本要求部分作对比，分析它们的区别及原因。

创新要求：⏹用类似方式合成其他周期信号，如三角波、锯齿波等二、实验内容要求1.方波发生器图1：方波发生电路图1中的方波发生电路，利用迟滞比较器基础上，把输出电压经电阻电容反馈到集成运放的反相端，然后在运放的输出端使用两个稳压管组成的双向限幅电路，得到较理想的1kHz方波。

2.滤波器设计滤波器主要使用软件FilerPro，采用贝塞尔三级滤波结构，提取基波、三次谐波、五次谐波的设计电路如图2，图3，图4所示。

图2：提取基波的滤波器设计图3：提取3次谐波的滤波器设计图4：提取5次谐波的滤波器设计3. 移项电路设计按照要求应该是将分离的基波、三次谐波和五次谐波用加法器相加，但是由于在滤波的过程中对原来的波形可能会有相位的偏差，因此在相加之前需要对他们进行移项。

移项电路有以下两种选择。

图5：3311out in U j CR U j CR ωω-=+图6：3311out in U j CR U j CR ωω-+=+ 通过调节电路的参数可以进行相位的具体调节。

4. 加法电路设计在通过移项电路将各个波形相位调节一致之后，通过简单的反相加法器就能得到最后的合成信号图7：反相加法器三、模拟电路调试a)方波发生器模拟得到的方波幅值较低，我们计划在具体搭试时加一级放大器，将其放大至设计要求的5V。

宁波理工学院机械工程测试技术基础实践环节报告书实验名称实验一：信号的分解与合成专业班级机制124姓名倪盼盼学号**********现代制造工程研究所2015.3实验一 信号的分解与合成一、实践目的1、谐波分析是将周期函数展开为付氏级数，通过本实践环节熟悉常见信号的合成、分解原理，了解信号频谱的含义，加深对傅里叶级数理解；2、认识非正弦周期信号幅频谱的实质，增强感性认识与了解；3、认识吉布斯现象，了解吉布斯现象的意义。

二、实践原理根据傅里叶分析的原理，任意周期信号都可以用一组三角函数)}cos();{sin(00t n t n ωω的组合表示，即：......)2sin()2cos()sin()cos()(02211+++++=t b t a t b t a a t x ωωωω即可以用一组正弦波和余弦波来合成周期信号。

三、实践内容1、方波的分解下图所示方波为一奇对称周期信号，由傅里叶级数可知，它是由无穷个奇次谐波分量合成的，可以分解为:,9,7,5,3,1,1)2sin(4)(1=∑⋅=∞=n nt nf At x n ππ图1、方波信号若方波频率为Hz f 1000=,幅值为1.5，请画出0=t s 到1.0=t s 这段时间内信号的波形。

a.画出基波分量)sin(6)(0t t y ωπ=，其中002f πω=。

b.将1次谐波加到基波之上，画出结果，并显示。

]3/)3sin()[sin(6)(00t t t y ωωπ+=c.再将1次、3次、5次、7次和9次谐波加在一起。

]9/)9sin(7/)7sin(5/)5sin(3/)3sin()[sin(6)(00000t t t t t t y ωωωωωπ++++=d.合并从基频到9次谐波的各奇次谐波分量。

e.将上述波形分别画在一幅图中，可以看出它们逼近方波的过程。

方波基频波形方波三次谐波波形方波五次谐波波形图2 方波的1、3、5次谐波2、方波的合成与吉布斯现象及其意义图3为方波的合成示意图。