基 于 LabVIEW 的 信 號 分 析

1、基 于 LabVIEW 的 信 號 分 析院 系 班 級 姓 名 學 號 時 間 目錄1 虛擬儀器的概述- 1 -1.1 虛擬儀器的產生- 1 -1.2 虛擬儀器的構成- 2 -1.3 虛擬儀器的發(fā)展趨勢- 3 -2 設計方案- 4 -2.1 總體設計方案- 6 -2.2 具體設計方案- 7- 2.2 1.頻域分析的實現(xiàn)- 7- 2.2 2 .FFT轉換- 9- 2.2 3時域分析的方法- 10- 2.2 4電壓、電流的檢測- 11-3 信號分析結果-13 - 4 課程設計總結- 15附錄 參考文獻- 16-1 虛擬儀器的概述1.1 虛擬儀器的產生虛擬儀器技術是現(xiàn)在計算機系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)相結合的

2、產物，是當今計算機輔助測試領域的一項重要技術。它推動著傳統(tǒng)儀器朝著數(shù)字化，智能化，模塊化，網絡化的方向發(fā)展。電子測量儀器發(fā)展至今，大體上可以分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能一起和虛擬儀器。第一代模擬儀器，這類儀器在某些實驗室里還能看到，它是以電磁感應基本定律為基礎的指針式儀器，如指針式萬用表、晶體管電壓表、指針式電流表等。第二代數(shù)字化儀器，這類儀器現(xiàn)在相當普遍，這類儀器將模擬信號的測量值轉化為數(shù)字信號，并以數(shù)字方式輸出最終結果，適用于快速響應和較高準確度的測量，如數(shù)字萬用表、數(shù)字頻率計等。第三代智能儀器，這類儀器內置微處理器，可以進行自動測試和數(shù)據(jù)處理功能，可能代替部分腦力老公，習慣上稱為

3、智能儀器。它的功能模塊全部都是以硬件或固定軟件的形式存在，無論是開發(fā)還是應用，都缺乏靈活性。第四代虛擬儀器，它是現(xiàn)在計算機軟件技術、通信技術和測試技術高速發(fā)展孕育出的一項革命性技術，其導致了傳統(tǒng)儀器的結構、概念和設計觀點都發(fā)生了巨大的變革，它的出現(xiàn)使得人類的測試技術進入了一個新的發(fā)展紀元。虛擬儀器（Virtual Instruments.簡稱VI）的概念，是美國國家儀器公司（National Instruments Corp.簡稱NI）于1986年提出的。NI公司同時也提出了“軟件即儀器”的口號，徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由廠家定義，用戶無法改變的局面，從而引起了儀器和自動化工業(yè)的一場革命。隨著現(xiàn)

4、在硬件和軟件技術的飛速發(fā)展，儀器的智能化和虛擬化成為各級實驗室以及研究機構發(fā)展的方向。虛擬儀器，它既具有傳統(tǒng)儀器的功能，又有別于其他傳統(tǒng)儀器。它能夠充分利用和發(fā)揮現(xiàn)有計算機的先進技術，使儀器的測試和測量及自動化工業(yè)的系統(tǒng)測試和監(jiān)控變得異常方便和快捷。虛擬儀器是指通過應用程序將計算機、軟件的功能模塊和儀器硬件結合起來，用戶可以通過友好的圖形界面（通常叫做虛擬前面板，簡稱前面板）來操作這臺計算機就像在操作自己定義、自己設計的一臺個人儀器一樣，從而完成對被測信號的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)字存儲等。虛擬儀器以透明的方式，通過軟件對數(shù)據(jù)的分析處理、表達以及圖形化用戶接口，把計算機資源（如微處理器、顯示

5、器等）和儀器硬件（如A/D、D/A、數(shù)字I/O、定時器、信號調理等）的測試能力和控制能力結合起來。虛擬一起突破了傳統(tǒng)儀器以硬件為主體的模式，實際上使用者是在操作具有測試軟件的電子計算機進行測量，猶如操作一臺虛設的電子儀器。1.2 虛擬儀器的構成虛擬儀器從構成要素上講，由計算機、應用軟件和儀器硬件等構成；從構成分式上講則由以DAQ板和信號調理為儀器硬件而組成的PC-DAQ測試系統(tǒng)，或已GPIB，VXI，Serial和Field bus等標準總線儀器為硬件組成的GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等多種形式。虛擬儀器的構成如圖1-1所示。顯示器信號分析及處理器入機接口各類接口A/D轉換

6、器數(shù)據(jù)發(fā)生器信號調理器信號調理器輸入信號D/A轉換器信號調理器信號輸出 圖1-1 虛擬儀器的結構目前，虛擬儀器的構成方式有以下幾種：（1） PC-DAQ插卡式的VI（2） 并行口式的VI（3） GPIB總線方式的VI（4） VXI總線方式的VI （5） PXI總線形式的VI無論哪種VI系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到筆記本電腦，臺式微機和工作站等各種計算機平臺加上應用軟件而構成的。1.3 虛擬儀器的發(fā)展趨勢虛擬儀器正在繼續(xù)迅速發(fā)展。它可以取代測量技術在傳統(tǒng)領域的各類儀器。虛擬儀器在組成和改變儀器的功能和技術性能方面具有靈活性和經濟性，因而特別適應于當代科學技術迅速發(fā)展和科學研究不斷深化所提出的更高跟

7、新的測量課題和測量需要?！皼]有測量就沒有鑒別，科學技術就不能前進。”虛擬儀器將會在科學技術的各個領域得到廣泛的應用。圖形化編程平臺的進一步發(fā)展和完善是虛擬儀器發(fā)展的一個重要方向。如何使用戶進行少量的學習甚至不需要學習就可使用功能強大的虛擬儀器，如何使用構成簡單的虛擬儀器系統(tǒng)并完成復雜的測試內容，如何幫助用戶對測試結果進行分析和判斷等內容，是虛擬儀器技術努力的方向。我國還基本處于傳統(tǒng)儀器與計算機化儀器互相分離的狀態(tài)，世界各大相關的產品商家都在向中國這個巨大的市場進軍。結合我國的實際情況，我們必須走引進與自行開發(fā)相結合的道路。一方面，大力引進國外虛擬儀器方面的生產技術；另一方面，發(fā)展基于計算機的插

8、卡式硬件模塊為主的測控技術，發(fā)展圖形化平臺的軟件產品，充分利用我們現(xiàn)有的計算機及測控技術硬件，縮短與國際先進水平的差距。VXI總線將成為未來虛擬儀器的理想硬件平臺，這是由VXI總線的性能決定的；另一方面，基于PCI-DAQ的虛擬儀器系統(tǒng)由于性價比高、靈活性好而受到大多數(shù)用戶的青睞，將得到高速的發(fā)展。隨著計算機硬件、軟件技術的迅速發(fā)展，虛擬儀器將向高性能、多功能、集成化、網絡化方向發(fā)展。2.總體設計方案2.1 總體設計方案一：課程設計目的1. 了解LABVIEW的構成及發(fā)展歷程、趨勢。2.練習并掌握使用LabVIEW編程，為以后的畢業(yè)設 計打下良好的基礎。3.熟悉信號的時域特征及頻域特征，掌握用

9、LabVIEW 對信號進行處理的方法。二：總體設計方案 信號產生信號時域分析 FFT轉換信號頻域分析2.2 具體設計方案2.2 1.頻域分析的實現(xiàn)信號的時域分析主要是測量測試信號經濾波處理后的 特征值，這些特征值以一個數(shù)值表示信號的某些時域特征，是對測試信號最簡單直觀的時域描述。將測試信號采集到計算機后，在測試VI中進行信號特征值處理，并在測試VI前面板上直觀地表達出信號的特征值，可以給測試VI的用戶提供一個了解測試信號變化的快速途徑。信號的特征值分為幅值特征值、時間特征值和相位特征值?；酒骄绷髦蹬c均方根VIBasic Averaged DCRMS.vi用于測量信號的平均以及均方差。計算方

10、法是在信號上加窗，即將原有信號乘以一個窗函數(shù)，窗函數(shù)的類型可以選擇矩形窗、Haning窗、以及Low side lob窗，然后計算加窗后信號的平均值以及均方根值。2.2 2 .FFT轉換 “fft”函數(shù)為快速傅里葉變換。通過函數(shù)信號處理變換FFT命令調用。FFT變換可以實現(xiàn)從時域到頻域信號的轉變，從而進一步分析信號的頻率結構。2.2 3時域分析的方法動態(tài)信號通過傅里葉變換從時域信號轉換到頻域信號，頻域分析可以進一步分析信號的頻率結構及頻率與該頻率信號的幅度的關系。將測試信號采集到計算機后，在測試VI中進行信號特征值處理，并通過傅里葉變換從時域信號轉換到頻域下面舉例分析頻域功率譜功率譜主要研究信

11、號“FFT功率譜”函數(shù)可以計算時間信號的平均自功率譜。 選擇頻率1500HZ,運行結果如下圖所示：2.2 4電壓、電流的檢測 基于LabVIEW的虛擬示波器系統(tǒng)，主要由兩路模擬信號輸入模塊、信號濾波模塊、波形測量模塊等構成。通過通道按鈕的選擇，可實現(xiàn)兩個通道的分別采集，來對電壓電流的檢測。模擬信號輸入通道選擇參數(shù)測量信號調節(jié)波形的實時顯示信號濾波 基于LabVIEW的虛擬示波器的結構框圖3 信號分析結果說明：1. 通過信號產生函數(shù)產生原正弦信號并通過圖形顯示控件前面板上。2. 將正弦信號與白噪聲混合相加分別送往幅度和電平測量函數(shù)和FFT功率譜噪聲。通過前面板的顯示控件觀察信號的時域和頻域特性本

12、設計提供了三種波形顯示模式：u 模式1：在此模式下，通道1顯示信號A，通道2顯示信號B。u 模式2：在此模式下，通道1顯示信號A，通道2顯示信號A+B。u 模式3：在此模式下，通道1顯示信號B，通道2顯示信號A+B。 模式1下，信號A、B均為正弦波，頻率均為10KHZ 4 課程設計總結課程設計是測控儀器設計與LabVIEW課程重要的綜合性與實踐性教學環(huán)節(jié)，通過設計實踐不僅可以檢測我們對所學知識的掌握程度，更有助于培養(yǎng)我們獨立學習、搜尋所需信息的能力，引導我們樹立正確的設計思想，所以我們要認真對待本次課程設計。剛拿到設計題目時，感到這個設計很難，因為很多概念、原理和術語都不曾見過。所以，做設計之

13、前，我花了很長時間來了解設計任務書中所給的執(zhí)行文件，并通過書籍和網絡來搜尋相關設計資料。等到基本掌握執(zhí)行文件的各個模塊的相關功能后，我開始了各個子VI的設計工作。設計過程是辛苦的，但結果是快樂的，整個設計過程基本上就是一個調試、修改、再調試、再修改的過程。有時候為了一個功能的實現(xiàn)可能要花去整整一個下午和一個晚上的時間，而當你完成后有時卻發(fā)現(xiàn)有更簡便的方法，可是這個時候卻一點也不感到失落，因為那是自己獨立思考的結果，也許復雜，但正因復雜才得了別人沒有的經驗。各子VI設計調試好后，便是建立主程序模塊將它們連接起來，進行整體的功能調試，直至符合設計要求。設計過程中存在的一些問題及解決方案：1、 在數(shù)

14、據(jù)采集模塊，參考相關資料進行設計時，發(fā)現(xiàn)在LabVIEW中找不到DataAcquisition子模板中的AI Waveform Scan(scaled array).vi，利用搜索功能也不能找到，經上網查詢后得知需要安裝Traditional DAQ，通過老師的解答使得問題得以解決。2、 未能實現(xiàn)兩種信號不通頻率的改變，只能在相同的頻率下進行測量。3、 調用子VI時，對于子VI的暫停以及前面板的彈出和關閉，可通過添加一條件結構和應用程序控制屬性節(jié)點使問題得以解決。通過本次畢業(yè)設計，是對我大學四年學習的知識的一次綜合性考驗。在整個設計和制作過程中，我對原有的知識進行了實際的應用，同時對于一些新的知識又進行了深入的學習，使我認識到了學習的知識還存在許多的缺陷和不足。最后由衷感謝老師這些天的指導與幫助，老師辛苦了！參考文獻【1】胡仁喜等編著. LabVIEW