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我目前正在学校上课，我必须用 C/C++ 编写 FIR/IIR 滤波器。

作为滤波器的输入，使用带有白噪声的 2kHz 正弦波。然后，通过将正弦波输入到 C/C++ 代码中，我需要观察干净的正弦波输出。这一切都在软件级别完成。

我的问题是我不知道如何处理这个正弦波的输入/输出。例如，我不知道我可以使用或需要使用哪种类型的文件格式，我不知道如何制作正弦波形等。

这可能是一个非常微不足道的问题，但我不知道从哪里开始。

有没有人对此类问题有任何经验或有任何提示？

任何帮助将非常感激。

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以 2kHz 生成正弦波意味着您希望生成随时间变化的值，当绘制成图形时，该值遵循正弦波。选择一个幅度（你没有提到一个），然后选择你的采样率。请参阅此处的图表（http://en.wikipedia.org/wiki/Sine_wave）；您想要绘制时遵循以 2D 绘制的正弦波的值，其中 X 轴是时间，Y 轴是您正在测量的值的幅度。

  • 幅度（伏特、度、帕斯卡、毫安等）
  • 频率（2kHz，即 2000 个正弦波/秒）
  • 采样率（每秒需要多少个样本）

假设您生成了一个包含时间值和幅度测量值的文件，您希望将其缩放到您的幅度（稍后会详细介绍）。因此，设备可能会给出一个 8 位或 16 位数字读数，它代表一个绝对值或对数测量值。

struct sample
{
    long usec; //microseconds (1/1,000,000 second)
    short value; //many devices give a value between 0 and 255
}

假设您恰好生成 2000 个样本/秒。如果您实际上是在测量外部值，那么每次都会得到相同的值（看到了吗？），当绘制成图形时，它看起来像一条直线。

所以你想要一个高于频率的采样率。假设您以 2 倍的频率采样。然后你会看到正弦波上偏离 180 度的点，这可能是峰值、上坡或下坡，或者正弦波与零交叉的地方。4 倍频率的采样率将显示锯齿模式。随着样本数量的增加，您的图表看起来更接近实际的正弦波。这类似于您在 8 位游戏精灵中看到的像素化。

对于任何给定的正弦波，您认为有多少样本可以很好地近似正弦波？8？16？100？500？假设您每秒采样 1,000,000 次，那么每个正弦波将有 1,000,000/2,000 = 500 个样本。

  • 选择您的采样率 (500)
  • 定义你的频率（2000）
  • 决定记录样本多长时间（5 秒？）
  • 定义您的幅度（设备测量值为 0-255，但最大测量值是多少？）

这是生成一些示例的代码，

#define MAXJITTER (10)
#define MAXNOISE  (20)
int
generate_samples( long duration, //duration in microseconds
         int amplitude,   //scaled peak measurement from device
         int frequency,   //Hz > 0
         int samplerate ) //how many samples/second > 0
{
    long ts; //timestamp in microseconds, usec
    long sdelay; //sample delay in usec
    if(frequency<1) frequency1=1; //avoid division by zero
    if(samplerate<1) samplerate=1; //avoid division by zero
    sdelay = 1000000/samplerate; //usec delay between each sample
    sample m;
    int jitter, noise; //introduce noise here

    for(  long ts=0; ts<duration;  ts+=sdelay ) // //in usec (microseconds)
    {
        //jitter, sample not exactly sdelay
        jitter = drand48()*MAXJITTER - (MAXJITTER/2); // +/-1/2 MAXJITTER
        //noise is mismeasurement
        noise = drand48()*MAXNOISE - (MAXNOISE/2);    // +/-1/2 MAXNOISE

        m.usec = ts + jitter;
        //2PI in a full sine wave
        float period = 2*PI * (ts*1.0/frequency);
        m.value = sin( period );
        //write m to file or save me to array/vector
    }
    return 0; //return number of samples, or sample array, etc
}

首先生成一些样本，

generate_samples( 5*1000000, 100, 2000, 2000*50 );

您可以将生成的样本绘制为噪声信号的视图。

以上肯定回答了您关于如何记录测量值以及通常使用什么格式的许多问题。它显示了如何通过多个正弦波的周期，生成具有抖动和噪声的随机样本，并在一段时间内记录样本。

构建过滤器是第二个问题。编写代码来模拟下面描述的过滤器作为练习，或者当您收集更多理解时作为第二个问题，

生成的信号样本（上图）将被输入到您编写的用于构建滤波器的代码中。预计滤波器的输出将是一组新的样本，可能带有抖动，但预计您的滤波器将至少消除一些噪声。然后，您将能够绘制过滤器生成的样本。

您可能会考虑将样本转换为逗号分隔的文件将使您能够将它们加载到 excel 中并绘制它们。如果您阐明您的电子背景、三角知识以及您对滤波器的了解程度等，这可能会有所帮助。

祝你好运！

于 2013-10-05T05:05:47.173 回答