Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
pdf

Студенческий документ № 058211 из НИУ МЭИ

НИУ "МЭИ"

Кафедра Радиотехнических систем

Информационные технологии

Лабораторная работа №3

"Формирование сигналов"

1. Введение

В данной работе рассматриваются способы формирования сигналов различного вида. Также качественно анализируется вид эпюр сигналов при прохождении через частотно-избирательные фильтры.

2. Лабораторное задание

2.1. Формирование прямоугольного видеоимпульса ? Запустим программу и создадим новый пустой ВП.

* Сформируем прямоугольный видеоимпульс (импульс на низкой частоте) заданной длительности. Существует несколько способов формирования сигналов. Как правило, для наиболее часто используемых сигналов в программе уже существуют готовые блоки. Они находятся в группе на панели Functions >> Analyze >> Signal Processing >> Signal Generation.

* Добавим на структурную схему нашего ВП блок Pulse Pattern.vi из группы Functions >> Analyze >> Signal Processing >> Signal Generation.

* Данный блок имеет несколько входов и выходов. Список входов и выходов и их названия можно посмотреть:

- Нажатием на блоке ПКМ >> Help.

- Наведением курсора мыши на блок с активным инструментом "Катушка".

Рассмотрите имеющиеся порты данного блока, прочтите их описание.

* Выберем инструмент "Катушка".

* Подведем "Катушку" к порту "Samples" блока видеоимпульса. Когда порт начнет мигать, и появится его подпись, нажмем ПКМ >> Create Control. Программа автоматически добавит элемент типа Digital Control на лицевую панель, подпишет его в соответствии с названием управляемого параметра и подключит к блоку.

* Повторим эту операцию для всех входных портов блока Pulse Pattern.

* Добавим график для отрисовки видеоимпульса. Для этого аналогично с помощью "Катушки" выделим выходной порт, который так и называется Pulse Pattern, но на этот раз выберем ПКМ >> Create Indicator. Программа создаст на лицевой панели простейшее окно вывода текущего значения. Изменим его внешний вид на график Waveform Graph

привычным способом, нажав в окне лицевой панели на левом нуле окна Pulse Pattern ПКМ >> Replace >> Graph >> Waveform Graph.

* Перейдем на лицевую панель. Установим базовые параметры: Samples = 1000, Amplitude = 1, delay = 200, width = 400.

* Настроим внешний вид нашего ВП.

* Запускаем, проверяем.

* Сохраняем ВП в личную папку под названием, например, My_Pulse.

2.2. Прохождение видеоимпульса через ФНЧ и ФВЧ

Смоделируем прохождение прямоугольного видеоимпульса через фильтры нижних и верхних частот.

В LabView нет привычных резисторов, катушек, конденсаторов и транзисторов. Фильтры представлены в виде готовых блоков с набором параметров.

? Добавим на структурную схему Фильтр Баттерворта из группы Functions >> Analyze >> Filters >> Butterworth Filter.vi. Рассмотрим его параметры более подробно:

- Filter Type - тип фильтра. Задается константой.

0 - ФНЧ (Lowpass, LPF);

1 - ФВЧ (Highpass, HPF);

2 - полосовой фильтр - ПФ (Bandpass, BPF); 3 - режекторный фильтр - РФ (Bandstop, BSF).

- X - входной сигнал.

- Sampling freq (fs) - частота дискретизации фильтра (частота обработки отсчетов входного сигнала).

- High cutoff freq (fh) - верхняя частота среза в режимах ПФ и РФ.

- Low cutoff freq (fl) - нижняя частота среза. В режимах ФНЧ и ФВЧ только этот параметр определяет частоту среза фильтра, значение fh игнорируется.

Для корректной работы значения верхней и нижней частот не должны превышать половину частоты дискретизации (соотношение Найквиста):

0 ? fl ? 0.5 fs,

0 ? fh ? 0.5 fs, fl ? fh

- Filter Order - порядок фильтра (число последовательно включенных однотипных каскадов).

Остальные порты фильтра нам не понадобятся.

* Подключите сигнал ко входу фильтра.

* Подключите элементы управления к портам sampling freq, filter type, low cutoff freq и order.

* Объедините входной и выходной сигналы для отображения на одном графике. Для этого необходимо добавить на схему элемент Functions >> Array >> Build Array и "растянуть" его на 2 позиции.

* Установите параметры фильтра:

- Fs = 10000.

- FL = 30. - Type = lowpass. - Order = 1.

* Соберите схему в соответствии с рисунком и настройте внешний вид лицевой панели.

* Запустите программу на циклический запуск, убедитесь в работоспособности.

* Сохраните ВП в личную папку.

* Измените тип фильтра на ФВЧ. Наблюдайте реакцию фильтра на сигнал.

* Измените порядок фильтра. Наблюдайте реакцию.

* Продемонстрируйте рабочий результат преподавателю.

* Занесите в отчет рисунки лицевой панели и структурной схемы.

* Занесите в отчет график прохождения импульса через ФНЧ и ФВЧ.

* Зарисуйте в отчет известные вам классические схемы фильтров НЧ и ВЧ с резистором и конденсатором. Качественно поясните характер полученных графиков, исходя из физического смысла переходных процессов.

2.3. АЧХ фильтров

Рассмотрим способ построения АЧХ фильтров в LabView. Известно, что для построения АЧХ на вход фильтра нужно подать набор дельта-функций, занимающих исследуемый диапазон частот.

* Сохраните предыдущий ВП и закройте. Создайте новый ВП.

* Добавьте на схему фильтр Баттерворта из Functions >> Analyze >> Filters >> Butterworth Filter.vi.

* Подключите элементы управления к портам FS, filter type, FL, FH и order.

* Добавьте на схему блок формирования периодичного шума, содержащего гармоники на всех частотах (эквивалент набора дельта-функций) из группы Functions >> Analyze >> Waveform Generation >> Periodic Random Noise Waveform.vi.

* Подключите выход блока дельта-функций ко входу фильтра.

* Добавьте на схему блок расчета частотной характеристики (спектра мощности) из группы Functions >> Analyze >> Waveform Measurements >> FFT Power Spectrum.vi.

* Подключите выход фильтра к входу блока расчета спектра.

* Добавьте на лицевую панель график Controls >> Graph >> Waveform Graph.

* Подключите выход блока расчета спектра к графику.

* С активным инструментом "Катушка" наведите на порт "Averaging parameters" блока расчета спектра и нажмите ПКМ >> Create Control.

Спектр мощности сигнала в данном блоке и в подавляющем числе радиотехнических приложений рассчитывается с помощью дискретного преобразования Фурье (ДПФ).

* Соберите схему в соответствии с рисунком и настройте внешний вид лицевой панели.

* Установите параметры фильтра:

- Fs = 1000. - FL = 200.

- FH = 300. * Установите параметры усреднения спектра:

- Mode = RMS Averaging.

- Weight = exponential.

- Number of averages = 100.

* Запустите программу на циклический запуск. Поскольку сигнал после ДПФ необходимо дополнительно нормировать, на графиках максимум АЧХ > Analyze >> Signal Processing >> Signal

Generation.

Входными портами данного блока являются амплитуда, фаза, число отсчетов (samples) и число полных периодов на длине выборки (cycles).

Как правило, гармоническое колебание задается не числом периодов, а несущей частотой f0. Нам необходимо связать число отсчетов сигнала, его несущую частоту и частоту дискретизации c числом периодов: Ns

cycles ? f0 ? ,

fs где f0- несущая частота гармонического колебания, fs- частота дискретизации (число отсчетов в секунду), Ns- число отсчетов гармонического колебания (samples), cycles - искомое число периодов

Ns колебания на длине реализации, заданной как .

fs * Подключите элементы управления к портам амплитуда, фаза и samples.

* Для автоматического расчета параметра cycles добавим на схему уже знакомый блок расчета формулы Formula Node.vi из группы Functions >>

Structures.

* Реализуйте расчет формулы cycles, в которой входными параметрами являются f0, fs и Ns, а выходным - параметр cycles.

* Подключите выход формулы к порту cycles блока формирования гармонического колебания.

* Сформируйте прямоугольный радиоимпульс перемножением сигналов.

* Соберите схему в соответствии с рисунком и настройте внешний вид лицевой панели. Предусмотрите вывод графиков сигнала на входе и выходе фильтра.

* Выберите тип фильтра - полосовой (Bandpass).

* Установите параметры модели:

- нижняя граница полосы пропускания фильтра 970 Гц.

- верхняя граница полосы пропускания фильтра 1030 Гц.

- частота дискретизации 10 кГц.

- частота сигнала 1 кГц.

* Наблюдайте сформированный радиоимпульс и результат его прохождения через полосовой фильтр.

* Продемонстрируйте рабочий результат преподавателю.

* Занесите в отчет рисунки лицевой панели и структурной схемы.

* Оформите отчет по данной работе.

* Дополнительно: выполните дополнительное задание.

2.5. Дополнительное задание

Используя любые доступные вам блоки формирования сигналов, сформируйте сигнал заданного вида в соответствии с номером вашего варианта. Масштаб одной клетки: 1В амплитуды, 100 отсчетов. Подайте сигнал на вход ФНЧ, наблюдайте отклик.

№1

№2 №3

№4 №5

№6 №7

№8

№9 №10

№11 №12

Продолжение:

№13

№14 №15

№16 №17

№18 №19 №20

№21

№22 №23

№24 №25 №26 №27

№28 №29

№30

Информационные технологии Лабораторная работа №3

Информационные технологии Лабораторная работа №3

2 2

Показать полностью…
951 Кб, 30 апреля 2017 в 22:56 - Россия, Москва, НИУ МЭИ, 2017 г., pdf
Рекомендуемые документы в приложении