LabVIEW連續(xù)時(shí)間信時(shí)域抽樣信的頻譜課程設(shè)計(jì)

1、學(xué)生姓名陳彥ts班級(jí)學(xué)號(hào)專業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器課程設(shè)計(jì)題目連續(xù)時(shí)間抽樣信號(hào)的頻譜評(píng)語組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?015年07月20日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院自動(dòng)化與電氣工程專業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)生姓名陳彥&班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)域抽樣信號(hào)的頻譜實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù)1、學(xué)習(xí)labview歆件知識(shí)及應(yīng)用2、學(xué)習(xí)并研究信號(hào)分析與處理課題有關(guān)理論3、利用labview編程，完成相應(yīng)的信號(hào)分析與處理課題4、寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告，打印程序，給出運(yùn)行結(jié)果工作計(jì)劃與進(jìn)度安排：第一周：周一：1、布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)、要求2、每人一題周二一周五：利用labview編程，完成相應(yīng)的信號(hào)分析與處理課題：1、學(xué)習(xí)labview軟件知識(shí)及

2、應(yīng)用2 、學(xué)習(xí)并研究信號(hào)分析與處理課題有關(guān)理論3 、利用labview編程，完成相應(yīng)的信號(hào)分析與處理課題第二周：周一-周四：1、上機(jī)編程、調(diào)試2 、檢查編程、運(yùn)行結(jié)果3 、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書周五：答辯，上交報(bào)告。指導(dǎo)教師：專業(yè)負(fù)責(zé)人：學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：2015年07月06日 2015年07月06日2015年07月06日目錄;ii1引言 .:i2 虛擬儀器開發(fā)軟件 labview入門 .!i2.1 labview 介紹 .：i2.2 利用labview編程完成習(xí)題設(shè)計(jì) 5 !i3 利用labview比現(xiàn)連紈時(shí)間信目時(shí)域抽樣信目的頻譜的設(shè)計(jì) 17i3.1 連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)域抽樣信號(hào)的頻譜的基本原理 1

3、73.2 連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)域抽樣信號(hào)的頻譜編程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 17i3.3 運(yùn)行結(jié)果及分析 ：.174 總結(jié) 285 參考文獻(xiàn) 281引言在人類認(rèn)識(shí)自然改造自然的過程中， 信息發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。信息一般q 指消息、情報(bào)、指令、數(shù)據(jù)、信號(hào)等。信號(hào)作為信息的重要組成部分，千百年來廣 : 泛的存在于我們的生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。抽象的信息通過聲音、圖像、文字、顏 ： 色等這些我們可以實(shí)實(shí)在在感覺的到的形式傳遞信息。 因此，如何從這些實(shí)實(shí)在在1 的感覺到的東西中提取出信息就成為我們能否獲取信息的關(guān)鍵。 因此我們對(duì)信號(hào)快: 速準(zhǔn)確的分析處理能力決定著我們獲取信息的能力。隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展和科： 技的進(jìn)步

4、，需要處理的信息量越來越大，信號(hào)的分析處理方式也越來越多樣化。傳 : 統(tǒng)儀器不斷發(fā)展，各種功能強(qiáng)大的儀器層出不窮。虛擬儀器作為新型的信號(hào)處理分: 析儀器也迅速發(fā)展起來。較傳統(tǒng)儀器而言，虛擬儀器靈活方便，功能更加多樣化， 并且用戶可以根據(jù)自己的需要自行定制功能， 成本低廉但數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大。因4 越來越受到人們的歡迎。虛擬儀器的設(shè)計(jì)與使用對(duì)我們有著越來越重要的作用。 彳 次課程設(shè)計(jì)就是對(duì)這種能力的一種培養(yǎng)。 12 虛擬儀器開發(fā)軟件 labview入門2.1 labview 介紹labview是一種程序開發(fā)環(huán)境，由 美國國家儀器（ni）公司研制開發(fā)，類似于c和basic開發(fā)環(huán)境，但是labview

5、與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而labview利用的是圖形化編輯語言 g編|寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。labview軟件是ni設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是用發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。labview開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問題、提高生產(chǎn)力和不i斷創(chuàng)新。圖2-1啟動(dòng)界面；與c和basic 一樣，labview乜是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。labview函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、gpib串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù) 據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。labview乜有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置

6、斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。labviewi供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界 面在labview中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象 進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱 g代碼。labview的圖形化源代碼在某種程 度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。圖2-3控件圖2-2創(chuàng)建項(xiàng)目圖2-4函數(shù) -與其他基于文本的程序設(shè)計(jì)語言相比，labview艮有如下特點(diǎn)：（l）直觀、易學(xué)易用。與其他計(jì)算機(jī)編程語言相比，圖形化編程工具labview什一個(gè)重要的不同點(diǎn)：不采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼

7、行，而使用圖形化編程語：言g編寫程序；用框圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的程序代碼。因而可在很短的時(shí)間內(nèi)被掌握并! 應(yīng)用到實(shí)踐中去。圖2-5前面板圖圖2-6程序框圖(2)通用編程系統(tǒng)。labview勺功能并沒有因圖形化編程而受到限制，依然具有 通用編程系統(tǒng)的特點(diǎn)。labview有一個(gè)可完成任何編程任務(wù)的龐大的函數(shù)庫。 該函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、gpib串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。 labview乜有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其通 過程序的結(jié)果、單步執(zhí)行等，便于程序的調(diào)試。labview勺動(dòng)態(tài)連續(xù)跟蹤方式， 可以連續(xù)、動(dòng)態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其他語言的開發(fā)環(huán)境更方便

8、、更有效。(3)模塊化。labview勺模塊化體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，labview中使用的基本節(jié) 點(diǎn)和函數(shù)等就是一個(gè)個(gè)小的模塊，可以直接使用；另外，由labview編寫的程即虛擬儀器模塊，除作為獨(dú)立程序運(yùn)行外，還可作為另一個(gè)虛擬儀器模 塊的子模塊供其他模塊程序使用。2.2 利用labview程完成習(xí)題設(shè)計(jì)1 .設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的正弦波發(fā)生器，要求頻率和幅度可調(diào)圖2-7習(xí)題2.1前面板圖圖2-8習(xí)題2.1程序面板圖2 .新建一個(gè)vi,進(jìn)行如下練習(xí)：(1)任意放置幾個(gè)控件在前面板，改變它們的位置、名稱、大小、顏色等等。(2)在vi前面板和后面板之間進(jìn)行切換。(3)并排排列前面板和后面板窗口。圖2-9習(xí)

9、題3.1前面板圖圖2-10習(xí)題3.1程序面板圖3 .編寫一個(gè)vi求三個(gè)數(shù)的平均值圖2-11習(xí)題3.2前面板圖圖2-12習(xí)題3.2程序面板圖4 .寫一個(gè)vi判斷兩個(gè)數(shù)的大小，如右圖所示：當(dāng) ab時(shí)，指示燈亮圖2-13習(xí)題4.1前面板圖圖2-14習(xí)題4.1程序面板圖5 .寫一個(gè)vi獲取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間，并將其轉(zhuǎn)換為字符串和浮點(diǎn)數(shù)。圖2-15習(xí)題4.2前面板圖圖2-16習(xí)題4.2程序面板圖6 .寫一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)器，當(dāng)溫度超過報(bào)警上限，而且開啟報(bào)警時(shí)，報(bào)警燈點(diǎn)亮。圖2-17習(xí)題4.3前面板圖圖2-18習(xí)題4.3程序面板圖7 .給定任意x,求如下表達(dá)式的值：y = ?+ 甯?圖2-19習(xí)題4.4前面板圖圖2-

10、20習(xí)題4.4程序面板圖8 .利用順序結(jié)構(gòu)和timing面板下的tick count vi,計(jì)算for循環(huán)產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度 為20000點(diǎn)的隨機(jī)波形所需的時(shí)間。圖2-21習(xí)題5.1前面板圖圖2-22習(xí)題5.1程序面板圖9 .為第4章習(xí)題4添加一個(gè)while循環(huán)和定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的溫度采集監(jiān)測(cè)。圖2-23習(xí)題5.2前面板圖圖2-24習(xí)題5.2程序面板圖10 .計(jì)算學(xué)生三門課（語文，數(shù)學(xué)，英語）的平均分，并根據(jù)平均分劃分成績(jī)等 級(jí)。要求輸出等級(jí) a,b,c,d,e。90分以上為a, 8089為b, 7079為c, 60 69為d, 60分以下為e。圖2-25習(xí)題5.3前面板圖圖2-26習(xí)題5.3程序面

11、板圖11 .為第5章的習(xí)題2連續(xù)溫度采集監(jiān)測(cè)添加報(bào)警信息，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)輸出報(bào)警信 息，例如“溫度超限！當(dāng)前溫度 78.23 c”，正常情況下輸出空字符串。圖2-27習(xí)題6.1前面板圖圖2-28習(xí)題6.1程序面板圖12 .將一些字符串和數(shù)值轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的輸出字符串，輸出的字符串是一個(gè)gpib命令字符串，可以用來與串口儀器進(jìn)行通信。圖2-29習(xí)題6.2前面板圖圖2-30習(xí)題6.2程序面板圖13 .用for環(huán)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組，并用圖形顯示輸出的數(shù)組圖2-31習(xí)題6.3前面板圖圖2-32習(xí)題6.3程序框圖14 .利用簇模擬汽車控制，如右圖所示，控制面板可以對(duì)顯示面板中的參量進(jìn)行 控制。油門控制轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速=

12、油門*100,檔位控制時(shí)速，時(shí)速=檔位*40,油 量隨vi運(yùn)行時(shí)圖2-33習(xí)題6.4前面板圖圖2-34習(xí)題6.4程序面板圖15 .利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器仿真一個(gè)0到5v的采樣信號(hào)，每200ms采一個(gè)點(diǎn)，利用 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線實(shí)時(shí)顯示采樣結(jié)果。圖2-35習(xí)題7.1前面板圖圖2-36習(xí)題7.1程序框圖16 .在習(xí)題1的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號(hào)采集，此路電壓信號(hào)的范圍為5到10v。圖2-37習(xí)題7.2前面板圖圖2-38習(xí)題7.2程序面板圖17 .利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器仿真一個(gè)0到5v的采樣信號(hào)，每200ms采一個(gè)點(diǎn)，共采 集50個(gè)點(diǎn)，采集完后一次性顯示在 waveform graph上。圖2-39習(xí)題7.3前面板圖

13、圖2-40習(xí)題7.3程序面板圖18 .在習(xí)題3的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號(hào)采集，此路電壓信號(hào)的范圍為5到10v, 采樣間隔是50ms共采100個(gè)點(diǎn)。采樣完成后，將兩路采樣信號(hào)顯示在同一 個(gè) waveform graph 中。圖2-41習(xí)題7.4前面板圖圖2-42習(xí)題7.4程序面板圖3利用labview實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)域抽樣信號(hào)的頻譜的設(shè)計(jì)13.1連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)域抽樣信號(hào)的頻譜的基本原理!1、時(shí)域抽樣定理;抽樣定理的說明：一個(gè)頻譜受限的信號(hào)f(t)，如果頻譜只占據(jù)-?7?2卅范圍 則信號(hào)f(t)可以用等間隔的抽樣值唯一地表示。而抽樣間隔必須不大于白(其中:2?j?= 2?,或者說，最低抽樣頻率為

14、2?對(duì)于抽樣定理，可以從物理概念上作如： 下解釋。由于一個(gè)頻帶受限的信號(hào)波形絕不可能在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生獨(dú)立的、 實(shí)質(zhì) i 的變化，它的變化速率受到最高頻率分量？?刑限制。因此，為了保留這一頻率分量:i的全部信息，一個(gè)周期的間隔內(nèi)至少采樣兩次，即必須滿足？?12?2或？?12照：i2、時(shí)頻域轉(zhuǎn)換：時(shí)域波形變?yōu)轭l域波形需要經(jīng)過傅里葉級(jí)數(shù)和傅里葉變換實(shí)現(xiàn)。i傅里葉變換，表示能將滿足一定條件的某個(gè)函數(shù)表示成三角函數(shù)(正弦或余弦:函數(shù))或者他們的積分的線性組合。在不同的領(lǐng)域中傅里葉變換有不同的變體形式。:i傅里葉變換也是一種分析信號(hào)的方法。將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)變成為頻率域。.傅里葉級(jí)數(shù)展開式: ?(?)?= ?

15、0 + ?1 cos(?1?)?+ ?1?sin(?1t) + ?2 cos(2?1t) +2 sin (?2?1?)?+ ? ?cos(?1?)?+ ?sin(?1?)?+ ?一 0二?+ z2?=1?cos(n?t)+ ?sin(?1?)傅里葉變換公式：f(w)=ff(t)=廣 ? -03.2 連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)域抽樣信號(hào)的頻譜的編程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)掌握了連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)域抽樣以及頻譜分析的方法之后。 我們開始進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要包括兩大部分，即前面板的設(shè)計(jì)和程序框圖的設(shè)計(jì)。以下分別進(jìn)行介紹。1、 前面板的設(shè)計(jì)前面板是進(jìn)行人機(jī)交互的主界面， 各種參數(shù)的設(shè)置主要在前面板進(jìn)行。 本設(shè)計(jì)，我們對(duì)四種常見信

16、號(hào):正弦波、方波、鋸齒波、三角波進(jìn)行分析處理，因此需放置四個(gè)單選按鈕對(duì)四種波形進(jìn)行選擇， 另外需要顯示四種狀態(tài)下的波形， 即連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)域譜、連續(xù)時(shí)間信號(hào)的抽樣信號(hào)時(shí)域譜、連續(xù)時(shí)間信號(hào)頻譜、連續(xù)時(shí)間時(shí)域抽樣信號(hào)的頻譜。通過對(duì)比進(jìn)行分析。為此，我們?cè)谇懊姘宸胖盟膫€(gè)波形圖控件，分別顯示四種狀態(tài)的波形。除顯示波形外，我們還應(yīng)該能夠自行調(diào)節(jié)各種參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)在不同狀態(tài)下對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣和頻譜分析，需要在前面板放置數(shù)值輸入控件。這里，我們將信號(hào)的參數(shù)分為兩大類：原信號(hào)參數(shù)設(shè)置和抽樣信號(hào)參數(shù)設(shè)置。原信號(hào)參數(shù)輸入部分具體包括兩個(gè)旋鈕，分別設(shè)置頻率和幅值。兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入框，以便進(jìn)行頻率和幅值的精準(zhǔn)輸入設(shè)置。 另外

17、再放置五個(gè)數(shù)據(jù)輸入框， 分別對(duì)信號(hào)的相位、偏移量、采樣點(diǎn)數(shù)采樣頻率和fft點(diǎn)數(shù)進(jìn)行設(shè)置。一個(gè)相位重置開關(guān)重置信號(hào)的相位。抽樣信號(hào)參數(shù)設(shè)置主要是對(duì)抽樣信號(hào)進(jìn)行操作，包括抽樣信號(hào)的頻率、抽樣信號(hào)的相位，以及fft點(diǎn)數(shù)設(shè)置等。最后有一個(gè)sto喉鈕以便隨時(shí)停止對(duì)信號(hào)分析。效果圖如下:圖3-1前面板設(shè)計(jì)圖2、程序的設(shè)計(jì)程序的設(shè)計(jì)主要?jiǎng)澐譃槿竽K：信號(hào)產(chǎn)生模塊，信號(hào)處理模塊，波形顯示模 塊。(1)信號(hào)產(chǎn)生模塊信號(hào)產(chǎn)生模塊采用了 labview蝎數(shù)庫中提供的波形生成函數(shù)實(shí)現(xiàn)。包括正弦波、 三角波、方波、鋸齒波及其他的函數(shù)波形。這里我們主要使用了四種常見信號(hào)作為 原信號(hào)，即：正弦波、三角波、方波、鋸齒波。抽

18、樣信號(hào)則采用頻率、相位可調(diào)的 矩形脈沖抽樣。圖3-2波形生成模塊(2)信號(hào)處理模塊圖3-3信號(hào)處理模塊(3)波形顯示模塊波形顯示模塊主要是波形圖(waveform graph)圖3-4波形顯示模塊最終程序設(shè)計(jì)框圖如下所示:do雙率| 口bl 卜一lm寫嗤號(hào)dj -1考趣信號(hào)時(shí)越連裝信號(hào)段域卜口咀國fftk 仍 h) irobpb-停止lor圖3-5程序設(shè)計(jì)框圖3.3運(yùn)行結(jié)果及分析1、正弦波圖3 6正弦波效果圖2、方波圖3- 7方波效果圖3、三角波圖3 8三角波效果圖4、鋸齒波圖3 9鋸齒波效果圖結(jié)果分析：在以上四種的狀態(tài)下，波形均與預(yù)期理論波形一致，課程設(shè)計(jì)要求也已 達(dá)到。4總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，設(shè)計(jì)的過程比較順利。雖然過程中遇