虚拟仪器课程设计(DOC)

湖南科技大学

课程设计

课程设计名称：《虚拟仪器》课程设计

***名：***

学院：机电工程学院

专业及班级：测控三班

学号：**********

指导教师：毛征宇郭迎福王靖

2012年12 月29 日

摘要

LabVIEW 是美国National Instruments(简称NI)公司推出的图形化软件开发环境。基于LabVIEW的虚拟信号频谱分析仪，可以产生一个周期信号并进行图形显示，信号的幅值、相位和频率可调，并对产生的周期信号，进行频谱分析并图形显示。基于LabVIEW 的相关分析虚拟实验仪器，可以测试两个三角波信号的互相关函数以及测试4种典型信号的自相关函数。

关键词 LabVIEW 频谱分析互相关自相关

目录

第一章设计题目及要求 (1)

1.1 虚拟信号频谱分析仪设计 (1)

1.2 相关分析虚拟实验仪器设计 (1)

第二章虚拟信号频谱分析仪的方案设计 (2)

2.1 虚拟信号频谱分析仪的原理 (2)

2.2 总体方案设计的确定 (2)

第三章虚拟信号频谱分析仪程序实现 (3)

3.1 前面板的设计和规划 (3)

3.2 程序框图设计 (4)

第四章虚拟信号频谱分析仪的调试运行 (6)

第五章相关分析虚拟实验仪器的方案设计 (8)

5.1 相关分析虚拟实验仪器的原理 (8)

5.2 总体方案设计的确定 (9)

第六章互相关分析虚拟仪的程序实现 (10)

6.1 前面板的设计和规划 (10)

6.2 程序框图设计 (11)

第七章互相关分析的调试运行 (12)

第八章自相关分析虚拟实验仪器的程序实现 (14)

8.1 前面板的设计和规划 (14)

8.2 程序框图设计 (15)

第九章自相关分析的调试运行 (16)

第十章总结与体会 (19)

参考文献 (20)

第一章设计题目及要求

1.1虚拟信号频谱分析仪设计

设计要求和功能描述：

要求：模拟产生一个周期信号（可选择方波、三角波、锯齿波等中的一个）并进行图形显示；信号的幅值、相位和频率可调；对产生的周期信号，进行频谱分析并图形显示。

功能描述：可观察产生波形等经过FFT后的幅值谱。并分析调试结果。

1.2相关分析虚拟实验仪器设计

设计要求和功能描述：

要求：可测试四种典型信号的自相关函数；可测试两个正弦函数的互相关函数。

第二章虚拟信号频谱分析仪的方案设计

本设计所要求是利用波形函数产生一个频率、幅值、相位可调的信号，进行图形显示。并利用FFT函数对其进行傅里叶变换，把幅值谱在前面板显示出来。

2.1虚拟信号频谱分析仪的原理

本设计的虚拟频谱分析仪即可以对虚拟信号发生器所产生的信号进行频谱分析，也可以对通过信号调理器，基于PCI总线的DAQ卡组成的采集系统所采集到的外部信号进行频谱分析。其中，在对外部信号进行频谱分析时，外界被测信号首先传送到信号调理电路，且由信号调理电路对它进行放大、滤波、隔离等处理后，再经数据采集卡进行A/D 转换以将模拟信号转换为数字信号，然后由软件对被测试信号进行频谱分析和处理，最后得到测试结果，并按要求将它们显示或储存起来。

2.2 总体方案设计的确定

本设计主要有三个重点，信号生成、波形显示、傅立叶变换。信号生成直接由LabVIEW 提供的信号模拟，并在频率、幅值、相位采用输入控件进行输入，达到可变的目的。

波形由前面板的波形图控件显示，波形图将传递给它的数据一次全部显示在描绘区中，新的数据到达时将原来的数据全部刷新。

利用LabVIEW中的FFT函数可以对信号进行傅里叶变换，并通过一个‘复数至极坐标转换’函数（使复数分解为极坐标分量），然后由波形图进行显示。

程序运行的流程图如下：

图2.1流程图

第三章虚拟信号频谱分析仪程序实现

3.1前面板的设计和规划

根据任务要求所要实现的目的确定前面板所需要的相应控件和显示板。

3.1.2控件和显示件的确定

本设计要求信号的幅值、频率、相位可调，再加上信号的采样需要确定采样点数和采样频率，所以需要五个数值型输入控件。

设计要求进行波形显示和频谱分析图形显示，所以需要两个图形显示控件。这里选用波形图。

根据要求再需要加入两个布尔控件，一个停止按钮和一个滑动开关，滑动开关作为相位复位选择按钮。

3.1.3前面板的布置

连续执行“控件→数值→数值输入控件”操作，在板面设计窗口中放置五个数值输入控件，这些控件分别用于设定采样信号的相关参数，并把标签分别改为采样点数、采样频率、初始相位、信号频率、信号幅值。

连续执行“控件→图形→波形图”操作，在板面设计窗口中放置两个图形显示控件波形图，这两个控件分别用来显示三角波时域波形和FFT图，把控件的标签分别改为时域波形和FFT波形。

执行“控件→布尔→滑动开关/停止按钮”操作，在板面设计窗口中放置两个布尔控件，一个停止按钮和一个滑动开关，并把滑动开关的标签改为相位复位用来给相位复位。

然后对文本进行字体、字号和颜色设置，并在“控件→修饰”中选用平面框对控件布局进行调整，使之更规范、工整，得到前面板如图所示。

图3.1前面板

3.2 程序框图设计

3.2.1程序的分析

本设计需要生成一个三角波信号，并进行傅立叶变换，所以这里主要是用到了波形生成函数和FFT函数，然后把输出的信号数据通过簇捆绑，在波形图控件上显示。

3.2.2程序框图的实现

函数的调用：分别执行“函数→信号处理→波形生成”和“函数→信号处理→变换”调用三角波函数和FFT函数。执行“函数→数值→复数”调用复数至极坐标转换函数，对FFT变换后的复数转换成极坐标。执行“函数→簇、类、变体”，选择两个簇捆绑函数，这是用来捆绑数据生成波形图。

函数的功能：把相位复位、采样点数、信号幅值、初始相位分别与三角波函数的重置相位、采样、幅值、相位输入接点相连，把信号频率与采样频率的商与三角波函数的频率接点相连，这样就可以改变输出波形的相位、幅值、频率了。

FFT函数的输入端连接三角波的输出端，把三角波函数生成的信号数组进行傅立叶