虚拟仪器课程设计任务书2015教材

2012级《虚拟仪器》课程设计任务书
课程设计题目：虚拟仪器原理及应用
一、设计题目及任务
学生可根据喜好和兴趣，从以下题目中选择一题或经老师同意的其它题目进行设计。

1、对仿真交流信号进行直流值和均方根值的分析与设计
2、对仿真信号进行双边带傅里叶变换的设计
FFT，是数字信号处理中最重要的变换之一，最基本的一个应用就是计算信号的频谱，通过频谱可以方便观察和分析信号的频率组成成分。

3、对仿真信号进行单边带傅里叶变换的设计
4、对仿真信号进行数字FIR滤波器的设计
“数字FIR滤波器”VI能够实现对单个波形或多个波形中的信号进行滤波。

如对多个波形进行滤波，VI将对各个波形保留单独的滤波器状态。

5、对仿真信号进行自相关周期信号检测的设计
自相关函数的一个重要应用是检验信号中是否含有周期成分。

如果信号中含有周期成分，则自相关函数衰减很慢且具有明显的周期性。

6、对仿真信号进行拉普拉斯变换的设计
拉普拉斯变换可以将一个信号从时域上转换为复频域（s域）上来表示，在线性系统、控制自动化等方面都有广泛的应用。

7、对仿真信号进行幅度谱和相位谱分析的设计
利用幅度谱和相位谱VI可以计算实数时域信号的单边且已缩放的幅度谱，并返回幅度谱大小和幅度谱相位信息。

8、对仿真信号非均匀采样数据功率谱分析与设计
功率谱是通过傅里叶变换得到的，而傅里叶变换的一个基本要求就是数据在时间轴上必须是等间距的。

在实际应用中，采样数据并不一定能满足这个条件。

一种办法是通过选择合适的插值方法使数据变得均匀。

另外一种有效的方法是通过Lomb归一化周期图算法，这种算法可以直接处理原始数据而无需关心数据采样间隔是否均匀。

非平均采样信号频谱VI就是将该算法封装起来，从而极大地方便用户对非均匀采样数据测处理。

9、对仿真信号进行Butterworth低通滤波器的设计
Butterworth滤波器VI通过调用Butterworth系数VI，生成数字Butterworth滤波器。

其中滤波器类型接线端可以设置滤波器的通带，选项包括低通、高通、带通、带阻。

10、对仿真信号进行贝塞尔滤波器的设计
贝塞尔滤波器VI通过调用贝塞尔系数VI，生成数字贝塞尔滤波器。

11、对仿真信号进行逐点分析实时滤波与普通滤波对比分析与设计
为了实现数据采集与分析，LabVIEW提供的逐点分析VI。

逐点VI在数据分析时针对每一个采集的数据点都可以立即进行分析，数据可以实现实时处理。

使用逐点分析能够跟踪和处理实时事件，实现与信号的同步，减少数据丢失的可能性，同时程序设计也更加容易。

12、利用窗函数对仿真信号进行小幅值信号分辨的分析与设计
在利用计算机实现工程测试信号处理时，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析。

具体做法：从信号中截取一个时间片段，然后用这个信号时间片段进行周期延拓处理，得到虚拟的无限长的信号，然后对信号进行傅里叶变换、相关分析等数学处理。

问题：无限长的信号被截断以后，其延拓信号周期与周期之间信号是不连续的，其频谱将发生畸变，原来集中在某一频率处的能量被分散到两个较宽的频带中去了（这种现象称之为频谱能量泄漏）。

解决方法：在不可能得到无限长信号的情况下，解决频谱能量泄漏的方法就是加窗。

频谱能量泄漏大小取决于周期延拓时信号突变的幅度，跳跃月到，泄漏越大。

加窗就是将原始采样波形乘以幅度变化平滑且边缘趋零的有限长度的窗来减小每个周期边界处的突变。

13、对非整周期采样仿真信号进行加窗前后频谱对比分析与设计
14、对仿真信号进行门限设置并对过门限值的次数进行统计
15、对仿真信号进行门限设置并对过门限信号进行捕捉显示的设计
16．相关法相位差仿真测量仪（1人）
要求：采用相关法测量两个同频正弦波信号的相位差；可显示相关计算结果。

功能描述
该相关法相位差仿真测量仪，可观察已知幅值A、B的两个同频正弦波仿真信号x(t)与y(t)的相位差。

①可测相位差的数值范围为0～360°。

②信号的幅度范围为0.1～5.0 V。

③两个信号的频率范围为0.1 Hz～10 kHz。

17．虚拟频谱仪（1人）
●设计一个信号发生器，分别产生正弦波、方波、三角波信号；
●设计频谱分析仪，对正弦波、方波、三角波信号进行频谱分析；
●产生叠加谐波，并分析叠加谐波的周期信号的频谱分析。

●非周期信号的频谱分析。

分两种情况测量：
●不经过数据采集的仿真；
18．虚拟扫频仪设计（1人）
要求能进行幅频、相频特性分析。

信号可以模拟产生。

19．通用串口调试工具设计（1人）
按以下界面或自己设计一个通用串口调试工具。

要求能设置COM口、波特率、数据位、校验位、停止位等。

20．交流信号的虚拟仪器测量（1人）
●通过虚拟信号发生器产生交流电压、电流信号；
●测量交流电压、电流信号的有效值或幅值、频率、相位差等；
●计算一个周期（或若干个整周期）的平均功率，即有功功率；
●同时计算视在功率、无功功率、功率因数等；
●首先，应当在环境下（不经过数据采集，使用仿真信号源）检查算法的效果。

21．基于声卡的频谱分析仪
要求：通过声卡采集声音数据，显示其波形，通过滤波器和加窗处理进行功率谱分析。

然后提取基音周期。

●
22．FIR 窗滤波器设计
效果图如下：
●
23．自相关函数仪。

要求：该自相关函数仪可观察：
①可以由多个（3～5个）频率、幅值、相位成一定关系的正弦波叠加合成的波形，如三角波、锯齿波、方波等，同时显示合成波形的幅值频谱图，频谱图有光标显示。

正弦波经过FFT后的幅值谱。

②正弦波仿真信号的自相关函数。

③正弦波仿真信号。

频率范围：0～10 kHz；幅值：0.1～5.0 V。

④输出正弦波的幅值的平方(A2)。

⑤图形参考如下：
由多个（3～5个）频率、幅值、相位成一定关系的正弦波叠加合成的波：
24．IIR 滤波器设计效果图如下：
25、虚拟交通灯的设计
26、跑马灯的设计
27、虚拟调制解调器
要求：用该调制解调器可观察调幅波，以及经过巴特沃斯滤波器后的解调信号波形。

A：169
基于虚拟仪器的信号发生器的设计
初始条件：查询现有信号发生器产品，找到参考设计的仪器参数及前面控制界面，用虚拟仪器软件完成相近大部分功能，并适当说明操作和设计思想。

输入信号可用软件模拟，或用函数发生。

要求完成的主要任务：至少完成设计内容中各部分基本内容，可添加适当相关内容。

1）用户认证入口。

2）能运用设计前面板中字体、颜色、修饰功能。

3）载入指定公司图标图片到前面板(信号发生器参考原形图片)。

4）设计中运用弹出对话框操作至少2处。

5）结构设计至少用到3种以上，（for循环，while循环，公式节点，事件结构，局部变量，全局变量等）
6）最少完成3种信号的输出。

7）VI层次结构包含主程序－子程序调用，子程序图标修改（非默认形式即可）论述说明各环节分析及设计原理。

28、简易计算器课程设计
29、电子时钟设计
30、基于LABVIEW的虚拟仪器温度检测系统的设计
31、基于LABVIEW的虚拟仪器湿度检测系统的设计
32、基于labview的温湿度测试
33、基于LABVIEW的函数信号发生器的设计
34、四位移位器仿真
要求：根据数字电子技术的知识，按照下图所示设计4位移位仿真器。

主要内容⑴掌握四位移位器原理⑵模拟四位移位器工作过程
35、基于Labview的虚拟示波器设计
36、二进制振幅键控调制解调
37、二进制相移键控调制解调
38、二进制频移键控调制解调
39、3-8译码器电路仿真
40、8线-3线编码器的仿真
41、数字时钟的仿真
42、D触发器实验的设计
43、计数器实验的设计
实验所设计的是中规模集成的4位同步二进制计数器74LS161，其除了具有二进制加法计数功能外，还有预置数、保持和异步置零等功能。

44．其它征得老师同意的自选方案。

二、设计要求
认真完成所选题目的程序调试，编写设计说明书。

三、成绩评定
成绩评定由3部分组成：
1.实验成绩:（占10%）
2.课程设计:（占70%）即：（设计的文档部分占40%，设计的软件部分占30%)。

3.平时考勤:（20%）。