试验一波形的合成和分解.DOC

机械工程测试技术基础实验指导书 王杰 主编 韩德东 李立清 陈朔冬 参编 邵东向 主审 哈尔滨工业大学 机械制造及自动化实验室 2009年6月 前 言 本实验分为两部分，第一部分为虚拟仪器DRVI。DRVI是基于软件总线和芯片结构的快速可重组虚拟仪器开发平台，用4个学时完成6个实验内容。第二部分采用CSY系列传感器系统实验仪，2个学时完成2个实验。 编写分工如下：第一部分：实验一王杰编写，实验二、三、由李立清编写，实验四陈朔东编写。第二部分：实验一韩德东编写， 实验二王杰编写，全书由王杰整理主编。 由于时间仓促以及编者水平所限，错误和不足之处在所难免，恳请读者批评指正。 编者 第一部分 实验一 (8)波形的合成和分解 实验目的 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。 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。 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。 通过本实验熟悉信号合成、分解的操作方法，了解信号频谱的含义。 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： x(t)=a0/2 + a1*sin(2πf0t)+b1*cos(2πf0t) (1) + 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。 例如对于典型的方波，其时域表达式为： (2) 根据傅立叶变换，其三角函数展开式为： （3） 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。 实验内容 观察和分析频率、幅值相同，相位角（45°、90°、180°）不同的正弦波叠加的合成波形。 根据傅里叶级数展开式表1-1，用一个频率为100Hz、幅值为600正弦波的前5项谐波近似合成一个方波、三角波、锯齿波、正弦整流波。 表1-1 几种典型信号的强度 名称 波形图 傅里叶级数展开式 正弦波 方波 三角波 锯齿波 正弦整流 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 实验步骤 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”或“网络在线注册”进行软件注册。 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，如“http://服务器IP地址/GccsLAB/index.htm”，点击，在实验目录中选择“波形合成与分解实验”，建立实验环境。 图2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，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 图4加入幅频图的波形合成与分解实验环境 在原有实验界面上添加一个幅频谱。 按公式迭加正弦波信号，观察合成信号波形的变化。 实验报告要求 拷贝实验系统运行界面，插入到Word格式的实验报告中。 趣味实验 用DRVI上的两个信号发生器芯片合成双音频信号，设计一个电话上采用的双音频DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）信令模拟实验系统，将电话号码转换为DTMF信令，然后从声卡送出。代表数字的音频信号持续45ms，信号间为55ms的静音。请设计实验，将输入的电话号码，例转换为DTMF信令。 图5 双音频DTMF信令模拟实验系统参考图 应用波形合成的方法，用多个信号发生器芯片产生不同频率和幅值大小的正弦波信号，合成手机四和弦铃声，如图所示，并存盘为*.WAV文件然后播放。和弦越多，合成的铃声越悦耳动听。一般手机上常用的有16和弦和40和弦。 图6四和弦手机铃声设计示意图 手机铃声合成实验（T2） 体验改变高、低波的频率及不同D/A、Fs、Gain时，发出声音的不同。 实验二 (9)典型信号的频谱分析 实验目的 在理论学习的