實(shí)驗(yàn)3信號(hào)的抽樣定理實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉A/D轉(zhuǎn)換的基本過程和程序處理過程。2．掌握抽樣定理的內(nèi)容及其在實(shí)際中的運(yùn)用。二．實(shí)驗(yàn)設(shè)備1．PC兼容機(jī)一臺(tái)；操作系統(tǒng)為WindowsXP。2．ICETEK-VC5509-A-USB-EDU實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)。3．USB連接電纜一條。4．音頻數(shù)據(jù)線一條。三．實(shí)驗(yàn)原理1．抽樣定理：在應(yīng)用DSP進(jìn)行信號(hào)處理過程中，經(jīng)常需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，而采集工作一般通過A/D轉(zhuǎn)換器件完成，A/D器件在工作時(shí)不可能取得連續(xù)的值，只能間隔一段時(shí)間進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換結(jié)果后再進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換。這樣，對(duì)連續(xù)變換的信號(hào)只能在離散時(shí)間點(diǎn)上進(jìn)行取樣，這也叫抽樣過程。抽樣是在離散時(shí)間間隔對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)(例如模擬信號(hào))的采集，它是實(shí)時(shí)信號(hào)處理中的基本概念。模擬信號(hào)由一些離散時(shí)間的值來代表，這些抽樣的值等于原始的模擬信號(hào)在離散時(shí)間點(diǎn)的取值。DSP器件只能通過抽樣的方法得到離散的信號(hào)，我們?nèi)绾螌?duì)信號(hào)進(jìn)行采樣才能獲得原有信號(hào)所具備所有頻率特征，這是采樣定理所涉及的問題。采樣定理規(guī)定對(duì)模擬信號(hào)應(yīng)該以多大的速率抽樣，以保證能夠捕捉到包含在信號(hào)中的相關(guān)信息或者經(jīng)過抽樣后能夠保留相關(guān)的信息。抽樣定理：如果信號(hào)的最高頻率分量是，為了使抽樣值能夠完整地描述信號(hào)，那么至少應(yīng)該以的速率進(jìn)行抽樣。即≥，其中是抽樣頻率或抽樣率。因此，如果模擬信號(hào)中的最大頻率分量為4kHz，那么，為了保留或捕捉信號(hào)中的所有信息，應(yīng)該以8kHz或者更高的抽樣率進(jìn)行抽樣。小于抽樣定理規(guī)定的抽樣率進(jìn)行抽樣將導(dǎo)致頻譜折疊，或者相頻混疊進(jìn)入到希望的頻帶內(nèi)，以至于我們?cè)诎殉闃拥臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)回到模擬信號(hào)時(shí)不能恢復(fù)出原始信號(hào)。信號(hào)有很多能量常常在感興趣的最高頻率之外或者包含噪聲，信號(hào)的能量在很寬的頻率范圍內(nèi)是不變的。例如，在電話中感興趣的最高頻率是大約3.4kHz，而語音信號(hào)可能超過10kHz。因此，如果我們沒有將感興趣的帶寬之外的信號(hào)和噪聲移去，那么將違反抽樣定理。在實(shí)際應(yīng)用中，讓信號(hào)通過一個(gè)模擬抗混疊濾波器，可以達(dá)到移去感興趣頻帶之外信號(hào)的目的。2．AD原理：見實(shí)驗(yàn)2相關(guān)內(nèi)容。3．程序流程圖：開始開始初始化：EMIF、CPU頻率、AD時(shí)鐘控制寄存器、ICETEK-CTRADC忙?初始化循環(huán)變量(256次)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換：通道0讀取AD轉(zhuǎn)換器狀態(tài)保存結(jié)果到nADC0[0..255]循環(huán)結(jié)束?是否是否四．實(shí)驗(yàn)步驟1．實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：準(zhǔn)備信號(hào)源進(jìn)行AD輸入。(1)取出1根實(shí)驗(yàn)箱附帶的信號(hào)線。(2)用1根信號(hào)線連接實(shí)驗(yàn)箱左側(cè)信號(hào)源的波形輸出A端口（或B端口）和“A/D輸入”模塊的“ADCIN2”插座，注意插頭要插牢、到底。這樣，信號(hào)源波形輸出A/B(3)設(shè)置波形輸出A：①向內(nèi)側(cè)按波形頻率選擇旋鈕，直到標(biāo)有正弦波的指示燈點(diǎn)亮。②上下調(diào)節(jié)波形頻率選擇旋鈕，直到標(biāo)有1K-10KHz的指示燈點(diǎn)亮。③調(diào)節(jié)幅值調(diào)整旋鈕，將波形輸出A的幅值調(diào)到最大。2．設(shè)置CCS在硬件仿真(Emulator)方式下運(yùn)行。（參看實(shí)驗(yàn)1的第四部分的第1步）3．初始化并啟動(dòng)CCS軟件。（參看實(shí)驗(yàn)1的第四部分的第2步）4．重置CPU：選擇菜單Debug→ResetCPU。5．打開工程文件： 選擇菜單Project→Open。工程目錄為：C:\ICETEK\VC5509AS60\Lab0506-Nyquist\AD.pjt。6．編譯、下載程序：(1)選擇菜單Project→RebuildAll；(2)執(zhí)行File→LoadProgram，在隨后打開的對(duì)話框中選擇剛剛建立的C:\ICETEK\VC5509AS60\Lab0506-Nyquist\Debug\AD.out文件。7．設(shè)置軟件斷點(diǎn)和圖形觀察窗口：(1)打開源程序main.c，在有注釋“breakpoint”的程序行上加軟件斷點(diǎn)。(2)選擇菜單View->Graph->Time/Frequency…進(jìn)行如圖3-1所示設(shè)置：圖3-18．打開觀察窗口觀察波形的頻域統(tǒng)計(jì)結(jié)果：(1)選擇菜單View->Graph->Time/Frequency…進(jìn)行如圖3-3所示設(shè)置：圖3-3注意：在打開窗口中的橫軸單位實(shí)際上應(yīng)該是kHz。9．運(yùn)行程序觀察顯示：(1)按“F12”(2)微調(diào)信號(hào)源的“頻率選擇”旋鈕，使頻率增大，觀察到“FFT”尖峰向頻率高端(右側(cè))移動(dòng)。10．觀察混疊現(xiàn)象：(1)將信號(hào)源的“頻率選擇”切換到“10kHz-20kHz”檔。(2)微調(diào)信號(hào)源的“頻率選擇”旋鈕，使頻率增大，觀察FFT計(jì)算值。11．選擇菜單File→workspace→saveworkspacsAs…，輸入文件名SY.wks。12．退出CCS。五．實(shí)驗(yàn)報(bào)告