基于 Labview 的信号时域与频域关系研究开题报告

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1、毕业设计开题报告题目：基于Labview的信号时域与频域关系研究1.课题背景课题背景信号与系统理论是现代通信技术、电子信息技术以及自动控制技术的基础理论。其中，信号是被传递的消息的表现形式，电路或系统则是运载和传递信号的工具。离开了信号，任何电路和系统都失去了存在的意义。因此，对信号特征的理解和研究是信号与系统理论学习的重点。任意一种信号都具有两种不同的描述方式。一是可以在时间域用信号的波形来表示，二是在频率域用信号的频谱图来表示。信号的时域和频域之间存在着密不可分的关系，通常用数学公式及其平面图形来表示。往往，公式抽象且难以理解，而教科书上分散的平面图形

2、也很难让人们对信号的时域与频域建立起一个形象直观的印象。本设计利用Labview虚拟仪器丰富的控件资源、生动的图像波形显示模块、灵活的属性节点，使信号与系统理论中时域与频域本抽象的关系更加形象得表现出来。2.开发设计的基本内容及预期设计效果开发设计的基本内容及预期设计效果为了更全面地反映信号时域特性与频域特性的关系，我们基于Labview开发和研究了“信号时域与频域曲线的关系”教学仿真软件。在信号与系统理论中我们已知，一个周期连续时间信号波形满足狄利赫莱条件，就可以将其展开成三角形式或指数形式的傅里叶级数。以一个如图1所示的矩形脉冲信号f(t)为例，通过傅

3、里叶级数计算其直流分量a0和各次正弦、余弦分量an,bn后，经整理后可以得到式中，E为矩形脉冲信号的幅度，τ为脉冲宽度,T1为矩形脉冲信号的周期,角频率ω=2π/T1,sa为抽样函数。当矩形脉冲信号的τT1比值为12时，由上述公式代入n=1,2,3,逐点计算，可以得到各次分量的大小与方向，描绘出幅度频谱和相位频谱以及同时反映幅度和相位的复数频谱。图2为其幅度频谱曲线。如果从上述式1、式2这两个公式理解一个信号时域和频域的关系，显然不直观，理解起来有一定的难度。为此，许多实验教材上都采用了类似图3，以说明信号时域与频域曲线的关系。图3（C）中取矩形脉冲信号的

4、τT1比值为1/2时，前5次谐波幅度频谱图；在图3（a）中表现了信号前5次谐波在幅度—时间—频率三维坐标系统中的图形；图3（b）则是信号前5次谐波在幅度—时间坐标系统中的图形，以及合成时域波形。图3在帮助理解和学习信号时域与频域的关系上，比直接从公式或图1、图2大大前进了一步，但仍然具有局限性。一是仅限于研究一种特定的信号；二是仅限于固定的参数。还不能完全满足教学的要求。设计利用Labview虚拟仪器丰富的控件资源、生动的三维图像、灵活的属性节点，使信号与系统理论中时域与频域本抽象的关系更加形象得表现出来。通过观察生动形象的图像波形显示模块设计，色彩鲜艳，

5、层次分明。动态地演示信号时域和频域特性曲线之间的关系，使得原先抽象的数学公式与形象的物理图形联系起来。有效地拓展了视觉空间，有利于增强理解记忆与融会贯通，也能达到了很好的教学效果。在信号时域和频域特性关系研究的过程中，不但学习了Labview的使用，初步掌握了一门先进的虚拟仪器开发技术。同时通过方框图的连接，器件的使用，逐步建立起“信号”与“系统”的概念，加深了对课堂上学习过的有关信号与系统主要理论的理解，激发创新思维，锻炼实际动手的能力。3.开发设计方案（拟采用的设计思想、设计方案及开发工具介绍）NI公司开发的Labview软件具有强大的图形功能，与信号

6、与系统课程相结合，可以把信号与系统课程中这些晦涩难懂的理论和公式借以图形立体直观的表示出来，有助于加深人们对知识的理解和应用。为此，我们选用Labview对信号时域与频域的关系进行研究，开发了反映信号的时域与频域及其之间的关系的仿真实验。首先要基于Labview开发和研究“信号时域与频域曲线的关系”教学仿真软件，要求效果是能够直观地同时显示出时域曲线中的原信号时域曲线、前N次谐波分量时域曲线和前N次谐波合成曲线；频域曲线中的原信号的幅度频谱曲线、信号的相位频谱曲线和前N次谐波的幅度频谱曲线；显示前N次谐波时域和频域的波形曲线。其中，原时域信号可以选择正弦波

7、、矩形波、锯齿波、三角波，用控件调节和选择想要观察和显示的谐波参数N。信号为矩形波时还可以对时间信号的占空比比值进行调节。利用软件，要达到以下几个研究目的：1）同时观察信号的时域波形与频域波形，任意输入一个周期矩形信号，明确占空比，观察信号幅度频谱，验证周期信号幅度谱的离散性、谐波性和收敛性。2）立体显示信号的时域与频域关系曲线，改变原始信号的占空比，观察频谱分布的变化情况，并从中反映其规律。通过控件选择想要观察的谐波曲线次数N，频域波形仅显示选定N次的谐波幅度谱，另外显示各次谐波的时域波形，即N个频率不同、幅度和相位各异的正弦波形。3）观察分析N次谐波合

8、成波形及其吉布斯效应。由周期信号的傅里叶分析已知，当一个时域周期信