labview課程設(shè)計—連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析

1、目 錄目 錄I1 引言12 虛擬儀器開發(fā)軟件Labview入門22.1 Labview介紹22.2 利用Labview編程完成習題設(shè)計.33 利用Labview實現(xiàn)連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析的設(shè)計.193.1 連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析的基本原理.193.2 連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析的編程設(shè)計及實現(xiàn).193.3 運行結(jié)果及分析.20總結(jié).22參考文獻23.1 引言虛擬儀器（virtual instrument）是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日

2、趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。上面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。 虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機語言是美國NI公司的LabVIEW。 虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀70年代，那時計算機測控系統(tǒng)在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展。PC機出現(xiàn)以后，儀器級的計算機化成為可能，甚至在 Microsof t公司的 Windows

3、誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計算機上推出了LabVIEW2.0 以前的版本。對虛擬儀器和 LabVIEW 2長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認的權(quán)威。目前LabVIEW 的最新版本為 LabVIEW2011，LabVIEW 2009 為多線程功能添加了更多特性，這種特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、LabVIEW Real-Time 工具對嵌入式平臺開發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計的軟件層次，是進行并行編程的首選。 普通的 PC 有一些不可避免的弱點。用它構(gòu)

4、建的虛擬儀器或計算機測試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計算機化儀器的一個重要發(fā)展方向是制定了VXI 標準，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計算機屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標準的 VXI 機箱，再與計算機相連，就組成了一個測試系統(tǒng)。VXI 儀器價格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的 PXI 標準儀器。 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。Labview程序又稱為虛擬

5、儀器（Virtual Instrument，簡稱VI）。它的表現(xiàn)形式和功能類似于實際的儀器，而它同時又很容易改變設(shè)置和功能。因此，Labview特別適用于實驗室、多品種小批量的生產(chǎn)線等需要改變儀器和設(shè)備參數(shù)和功能的場合，以及對信號進行分析、研究、傳輸?shù)葓龊?。通過本次課程設(shè)計進一步對LABVIEW學習和應用，從而更熟悉LABVIEW的原理和相關(guān)設(shè)計并提高了開發(fā)軟件，硬件的能力。本設(shè)計主要設(shè)計基于LABVIEW的函數(shù)信號發(fā)生器，頻譜分析儀。從而達到對信號的產(chǎn)生、測量、處理和傳輸特性的深入理解。2 虛擬儀器開發(fā)軟件Labview入門2.1 Labview介紹LabVIEW（Laboratory Vi

6、rtual Instrument Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器工程平臺）是美國NI公司（National Instrument Company）推出的一種G語言（Graphics Language，圖形化編程語言）的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。是一個劃時代的圖形化編程系統(tǒng)，它提供了一套全新的程序編寫方法，用于測試與測量、數(shù)據(jù)采集與控制，及過程監(jiān)控等方面，可通過圖形化前面板來控制系統(tǒng)，并顯示所得結(jié)果。 在測試、測量和自動化等領(lǐng)域具有最大的優(yōu)勢，因為LabVIEW提供了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲。用戶可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成一套完整的從儀器連接、數(shù)據(jù)采集到分析

7、、顯示和存儲的自動化測試測量系統(tǒng)。它被廣泛地應用于汽車、通信、航空、半導體、電子設(shè)計生產(chǎn)、過程控制和生物醫(yī)學等各個領(lǐng)域。 LabVIEW不僅可以用來快速搭建小型自動化測試測量系統(tǒng)，還可以被用來開發(fā)大型的分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。在美國Lawrence Livermore國家實驗室，一個花費2000萬美金的極為復雜的飛秒激光切割系統(tǒng)就是基于LabVIEW開發(fā)的。 在北京正負電子對撞機二期工程北京譜儀慢控制系統(tǒng)中，大約有30種物理量共7000多點的現(xiàn)場數(shù)據(jù)點需要實時采集控制和分析記錄等。2.2 利用Labview編程完成習題設(shè)計1. 寫一個類正弦波發(fā)生器，要求頻率和幅度可調(diào)圖2.1習題1前面板圖圖

8、2.2習題1程序面板圖 2. 新建一個VI，進行如下練習：任意放置幾個控件在前面板，改變它們的位置、名稱、大小、顏色等等。在VI前面板和后面板之間進行切換并排排列前面板和后面板窗口圖2.3習題2前面板圖圖2.4習題1程序面板圖 3. 編寫一個VI求三個數(shù)的平均值，如右圖所示。要求對三個輸入控件等間隔并右對齊，對應的程序框圖控件對象也要求如此對齊。添加注釋 分別用普通方式和高亮方式運行程序，體會數(shù)據(jù)流向。單步執(zhí)行一遍圖2.5習題1前面板圖圖2.6習題1程序面板圖 4. 寫一個VI判斷兩個數(shù)的大小，當A>B時，指示燈亮圖2.7習題1前面板圖圖2.8習題1程序面板圖 5. 寫一個VI獲取當前系

9、統(tǒng)時間，并將其轉(zhuǎn)換為字符串和浮點數(shù)。這在實際編程中會經(jīng)常遇到圖2.9習題1前面板圖圖2.10習題1程序面板圖6. 寫一個溫度監(jiān)測器，當溫度超過報警上限，而且開啟報警時，報警燈點亮。溫度值可以由隨即數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。圖2.11習題1前面板圖圖2.12習題1程序面板圖 7. 給定任意x, 求如下表達式的值圖2.13習題1前面板圖圖2.14習題1程序面板圖8. 利用順序結(jié)構(gòu)和timing面板下的tick count VI，計算for循環(huán)產(chǎn)生一個長度為20000點的隨機波形所需的時間圖2.15習題1前面板圖圖2.16習題1程序面板圖 9. 為習題6添加一個While循環(huán)和定時器，實現(xiàn)連續(xù)的溫度采集監(jiān)測圖2

10、.17習題1前面板圖圖2.18習題1程序面板圖10. 計算學生三門課（語文，數(shù)學，英語）的平均分，并根據(jù)平均分劃分成績等級。要求輸出等級A,B,C,D,E。90分以上為A，8089為B，7079為C，6069為D，60分以下為E。圖2.19習題1前面板圖圖2.20習題1程序面板圖11. 為習題9連續(xù)溫度采集監(jiān)測添加報警信息，當報警發(fā)生時輸出報警信息，例如“溫度超限！當前溫度78.23”，正常情況下輸出空字符串。圖2.21習題1前面板圖圖2.22習題1程序面板圖12. 將一些字符串和數(shù)值轉(zhuǎn)換成一個新的輸出字符串，輸出的字符串是一個GPIB命令字符串，它可以用來與串口儀器進行通信圖2.23習題1前

11、面板圖圖2.24習題1程序面板圖13. 用for循環(huán)創(chuàng)建一個數(shù)組，并用圖形顯示輸出的數(shù)組圖2.25習題1前面板圖圖2.26習題1程序面板圖14. 利用簇模擬汽車控制，如右圖所示，控制面板可以對顯示面板中的參量進行控制。油門控制轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速油門*100，檔位控制時速,時速檔位*40，油量隨VI運行時間減少。圖2.27習題1前面板圖圖2.28習題1程序面板圖15. 利用隨機數(shù)發(fā)生器仿真一個0到5V的采樣信號，每200ms采一個點，利用實時趨勢曲線實時顯示采樣結(jié)果。圖2.29習題1前面板圖圖2.30習題1程序面板圖16. 在習題15的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號采集，此路電壓信號的范圍為5到10V圖2.3

12、1習題1前面板圖圖2.32習題1程序面板圖17. 利用隨機數(shù)發(fā)生器仿真一個0到5V的采樣信號，每200ms采一個點，共采集50個點，采集完后一次性顯示在Waveform Graph上。圖2.33習題1前面板圖圖2.34習題1程序面板圖18. 在習題17的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號采集，此路電壓信號的范圍為5到10V，采樣間隔是50ms，共采100個點。采樣完成后，將兩路采樣信號顯示在同一個Waveform Graph中圖2.35習題1前面板圖圖2.36習題1程序面板圖3 利用Labview實現(xiàn)連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析的設(shè)計3.1 連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析的基本原理設(shè)激勵為e(t)，系統(tǒng)的沖擊響應為h

13、(t)，響應為r(t)。則 r(t)= e(t) h(t) 設(shè)E(w)、H(w)、R(w)分別為e(t)、h(t)、r(t)的傅立葉變換，則 R(w)= E(w) H(w) 3.2 連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析的編程設(shè)計及實現(xiàn)3.3 運行結(jié)果及分析正弦波信號的頻譜分析圖3.1 運行結(jié)果圖鋸齒波信號的頻譜分析圖3.2 運行結(jié)果圖三角波信號的頻譜分析圖3.3 運行結(jié)果圖方波信號的頻譜分析圖3.4 運行結(jié)果圖總結(jié)為期兩周的LABVIEW課程設(shè)計，是理論知識運用到實踐的一個過程。在這過程中，收獲很大，同時也證明了自己的知識掌握的還不夠深，今后一定會用心學習，踏踏實實地掌握好所學知識。本設(shè)計根據(jù)要求完成了函數(shù)發(fā)生器、頻譜分析儀、消噪演示儀的基本功能，并作了一些擴充，在現(xiàn)有條件下應該是完成了應該達到的或可以達到的功能。當然，本設(shè)計可以進一步豐富功能，但擴充需要根據(jù)需求來添加。還是說說本設(shè)計需要改進的地方。首先是程序流水線式設(shè)計運行不夠人性化，其次是沒有機會增加存儲功能。由于時間有限，只能留下這些遺憾了，希望以后有時間繼續(xù)完善?？傊谶@個制作并學習的過程里，自己的收獲很大