基于labview的信号频谱分析仪毕业设计论文
基于labview的频谱分析
摘要信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域,而频谱分析正是信号处理中一个非常重要的分析手段。
一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成,价格昂贵,体积庞大,不便于工程技术人员的携带。
虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路,用软件代替了硬件。
使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。
关键字：Labview；信号处理；频谱分析。
目录1 目的及基本要求 12 频谱分析仪程序设计原理 13频谱分析仪设计和仿真 23.1 总体程序设计 23.2各功能模块详细设计 83.3 程序存在的不足 114 结果及性能分析 124.1 运行结果 124.2性能分析 13参考文献 141 目的及基本要求熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，运用专业课程中的基本理论和实践知识，采用LabVIEW开发工具,实现梦幻钢琴程序游戏的设计和仿真。
要求通过本课程设计使学生熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器设计原理、设计方法和实现技巧，使学生掌握通信系统设计和仿真工具，为毕业设计做准备，为将来的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。
利用LabVIEW强大的虚拟仪器开发功能，可实现基于快速傅里叶变换(FFT)的现代频谱分析仪功能，采用数字方法直接由模拟／转换器(ADC)数字对输进信号取样，再经滤波，加窗函数处理后获得频谱图。
2频谱分析仪设计原理采用数字处理式频谱分析原理设计虚拟频谱分析仪.工作流程如下:连续时间信号经过采样变为离散时间信号,利用LabVIEW强大的数字信号处理功能,对数据进行滤波、加窗、FFT运算处理,得到信号的幅度谱、相位谱及功率谱等. 采样过程中,对不同的频率信号,选用合适的采样速率,以满足采样定理,防止频率混叠.进行傅里叶变换的数据在理论上应为无限长的离散数据序列.实际上,只能对有限长的信号进行分析与处理,所以必须对无限长的离散序列进行截断,只取采样时间内的有限数据,从而存在着频谱泄漏问题.本文设计中分别用矩形窗、汉宁窗、哈明窗、布来克曼窗等窗函数减少频谱泄漏.由于取样信号中混叠噪声信号,因此为了消除干扰,在进行FFT变换前,应先进行滤波处理.本文设计采用巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、椭圆(Ellipse)、贝塞尔(Bessel)等滤波器进行滤波.3 频谱分析仪设计与仿真3.1总体程序设计本文设计的虚拟频谱分析仪由周期性信号发生器和频谱分析器两个子模块组成。
毕升杯论文
基于LabVIEW的高精度频谱分析仪摘要：本频谱分析仪由加速度传感器、单片机、液晶显示和LabVIEW四个部分组成。
传感器部分是以MMA7455加速度传感器为核心，含放大，滤波，A/D转换电路的集成模块。
单片机选用STC89C52，它将传感器采集到的数据通过串口上传到LabVIEW，同时用1602液晶显示加速度值。
上位机采用LabVIEW编程对数据进行1024点FFT处理，并根据文献，利用连续傅里叶谱算法进行频谱细分进一步提高频率分辨率。
理论验证和实际试验表明该系统实现简单可靠，精度高，只要提高A/D转换的精度，可以设计成一个便携式高精度斜拉索索力检测系统。
关键字：MMA7455 STC89C52 LCD1602 LabVIEW 频谱细分Abstract：The spectrum analyzer is composed of four parts : the acceleration sensor,SCM, LCD display and LabVIEW software. MMA7455L is used in the Sensor part which includes amplifier, filter, A/D converter . The STC89C52 transmits the data collected by sensors to the LabVIEW through the serial port, meanwhile the data also displayed by the LCD1602. The computer software designed by the LabVIEW calculates the 1024-point FFT by an improved algorithm, and it outputs high resolution detected frequency. Theoretical and real experiments show that the system is simple , reliable and high precision. It can be designed as a portable bridge cable force detection system by improving the conversion accuracy of A/D converter. Keyword:MMA7455L STC89C52 LCD1602 LabVIEW spectrum algorithm一、方案比较与论证1、加速度传感器比较与论证方案一：采用压电式传感器LC0405。
基于LabVIEW的频谱分析仪的设计
３ 期 ６
杨金孝 ， ： 于 Ｌ ｂ ＩＷ 的频谱分析仪的设计 等 基 ａＶ Ｅ
９ ９ ０１
由于提 高频 率 的分 辨 率 与过 于庞 大 的采 样 点
信号 的努桥 与处理 （ 予频域的 ） 萋
的运 算量 之 间的矛 盾 ， 们 提 出 了选 择 性 的频 率 细 我 化 的方法 。 率 细 化 的 方法 有许 多 种 ， 中又 以复 频 其
第 １ ０卷
第３ ６期
２１ ０ ０年 １ ２月
科
学
技
术
与
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程
Ｖ １ １ Ｎｏ ３ Ｄ ｃ ２ １ ｏ． ０ ．６ ｅ． ００
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中图法 分类号
Ｔ ３ ．； Ｍ９ ５ １
文献标志码
Ａ
Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 是美 国 Ｎ 公司专 门针 对测 控 领 域开 ａＶ Ｅ Ｉ 发 的一 种 图 形 化 的程 序 设 计 工 具 。利 用 图标 和连
杂 的特 征提 取手 段 ， 由于几 乎 所 有 成熟 的信 号 变换
域 信号 处理 都被 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 中简 单 图形 化 的调用 实 ａＶ Ｅ
表现。
其 在测控 领域 的应 用也越 来越 多 ¨ 。 Ｊ 本文 先利 用数 据 采 集 卡采 集 信 号 的 电压 数 据 ，
然 后借助 于 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 的信 号 分 析 函数 进 行 频 域 分 ａＶ Ｅ
析 Ｊ利用 高级 信号 处 理理 论 中 的频 域 多分 辨 率 分 ，
基于LabVIEW的虚拟信号频谱分析仪设计
谱分析仪的软件设计方法 ， Ｌｂ ＩＷ８６ 以 ａＶ Ｅ ． 作为开发平 台， 配合利用 Ｎ 公 司的 Ｐ Ｉ ５ 数据采集卡， Ｉ Ｃ６ １ ２ 实现
信号 采集 、 示 和频谱 分析 功 能． 显
１ 频 谱 分 析 仪 器 功 能
频谱 分 析是将 信 号强 度按 频率顺 序 展 开 ， 其 成 为频 率 的 函 数． 义 介 绍 的信 号 分 析 仪 的 主要 功 能 使 本
前面板用于设置输人参数 、 观察信号及信号分析结果 ， 模拟真实的频谱分析仪面板． 由于虚拟面板直
接 面 向用 户 ， 是控 制 软件 的核 心 ， 因此设 计这 部分 时 ， 主要 考 虑 界 面美 观 、 操作 简 洁 ， 户能 通 过 面板 上 的 用
收 稿 日期 ： ０ ０—１ ２ ２１ ０— ６
数据采集卡 ， 虚拟 信号分析仪能够分析信号频率小 于 ５ Ｈｚ最大 幅值 小于 ５Ｖ的 电压 信号 的频 谱 ； ０ｋ ， 采集 到 的波形通过相应 的程序处理模块 处理 ， 能够得 到波形的频率 、 幅值 、 平均值 和均方根 等信息 ；波形信 号、 号 信 参数信息及波形 的频谱分析 结果 能够通过保存模块 以报表 的形式进行保存 ． 实验 证明 ， 所设计 的频 谱分析仪
人机交互界面． 使用过程中， 用户可 同时观察信号的时域波形 、 单频信号的波形参数和频谱分析结果．
图 １ 虚拟 频谱分析仪前 面板
３ 软 件 程 序 设 计
基 于虚 拟仪 器 的频谱 分 析仪 程 序设 计 主要 包括 ３个 模 块 ： 号 采集 与 处理 、 信 信号 的频谱 分 析 、 号 及 信 信 号 频谱 分 析结 果保 存 ． ３ １ 信 号采 集与 处 理 数 据 采集 模块 利用 Ｎ 公 司 的 Ｐ Ｉ２ １数 据采 集 卡进 行 数据 采集 ， ． Ｉ Ｃ６５ 频谱 分析 仪 的
labview虚拟信号频谱分析仪的设计与实现-毕业设计[管理资料]
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目录1 绪论 (4)课题研究的背景和意义 (4)虚拟仪器的国内外现状综述 (4)频谱分析技术发展现状及趋势 (5)本文所作的工作 (6)2 虚拟仪器及LabVIEW (7)虚拟仪器的简介 (7)虚拟仪器及其构成 (7)虚拟仪器的发展 (7)虚拟仪器与传统仪器的比较 (8)LabVIEW 的介绍 (9)LabVIEW软件的特点 (9)LabVIEW的基本开发环境 (9)LabVIEW模板简介 (9)3 LabVIEW虚拟信号频谱分析仪的设计与实现 (11)信号频谱分析基础 (11)周期信号与离散频谱 (11)傅立叶级数的三角函数展开式 (12)傅立叶级数的复指数函数展开式 (12)周期信号频谱的特点 (13) (13)频谱密度函数X(ω) (13)、非周期信号的傅立叶积分表示 (14).......................................................................................... 错误!未定义书签。
(i)及其频谱x s(ω) (15)(DFT) (16)信号的频谱分析 (17)栅栏效应 (17)泄漏 (18)窗平滑技术 (18)4 软件模拟平台的构建 (18)基于实验教学的频谱分析仪的设计 (19) (22) (22)数据处理模块 (23) (24)结果显示模块 (24)仪器面板和程序流程图 (25)程序的集成与调试 (27)频谱分析仪的波形显示 (28)正弦信号的频谱图和相位图 (28)加噪声的正弦信号的频谱图和相位图 (29)5结论 (30)6致谢 (30)7参考文献 (30)摘要本文设计的虚拟频谱分析仪结合了虚拟仪器技术，频谱教正技术和软件编程技术。
借助于数据采集系统将被测信号采集到主控计算机内，利用虚拟仪器进行测量和分析，并将结果输出大批屏幕或报表中，从而完成整个测试过程。
围绕虚拟频谱分析仪的设计和实现这个主题，本文研究了频谱分析仪的原理和仪器各项功能的实现方法。
基于LabVIEW和DSP技术的FFT频谱分析仪
基于LabVIEW和DSP技术的FFT频谱分析仪1 虚拟仪器概念和特点虚拟仪器是虚拟技术在仪器仪表领域中的一个重要应用。
它是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其他技术领域密集渗透的过程中，与测试技术、仪器仪表技术密切结合孕育出的一项新的成果。
20 世纪80 年代，NI 公司首先提出了虚拟仪器的概念，认为虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。
虚拟仪器是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及与文件管理等基本智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使其与计算机融为一体，构成了从外观到功能都完全与传统硬件仪器一致，同时又充分享用计算机智能资源的全新的仪器系统。
由于仪器的专业化功能和面板控件都由软件形成，因此国际上把这类新型的仪器称为“虚拟仪器”[1]。
目前在虚拟仪器技术领域，使用较为广泛的计算机语言是NI 公司推出的LabVIEW。
LabVIEW 是一种图形化的编程语言开发环境，类似于C 和BASIC 开发环境，但较之不同的是，LabVIEW 使用的是图形化的编辑语言，又称为“G”语言。
这种编程语言的特点是用具有框图结构的VI 代替繁琐的程序代码，产生的程序是框图的形式，同时它尽可能利用了技术人员、工程师、专家所熟悉的术语、概念和图标，因而广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受。
LabVIEW 逐渐成为一种标准的数据采集和仪器控制软件，在进行研究、设计、测试并实现仪器系统时，可大大提高工作效率。
2 DSP 在虚拟仪器中的应用在PC 虚拟仪器领域，采用高速DSP 和局部总线的结构将成为PC 虚拟仪器的主流结构。
虚拟仪器作为仪器发展的新阶段，虽然其专业化功能和面板控件都是以软件形式所表现出来，但其硬件采集。
基于LabVIEW的音频信号数据采集和频谱分析
毕业设计（论文）基于LabVIEW的音频信号数据采集和频谱分析系别自动化工程系专业名称测控技术与仪器班级学号学生姓名指导教师XXXX年6月10日基于LabVIEW的音频信号数据采集和频谱分析摘要虚拟仪器是20世纪80年代兴起的一项新技术，是现代仪器仪表发展的重要方向，在建模仿真、设计规划和教育训练等方面都有应用。
目前NI公司所提供数据采集设备性能好，但是价格昂贵，构建信号分析系统成本偏高。
计算机声卡具备数据传输和A/D转换功能，作为数据采集卡具有价格低廉、开发容易和系统灵活等优点。
基于上述分析，本文用计算机声卡代替普通采集卡作为硬件，在LabVIEW平台上设计了一个信号分析系统，并在信号分析实验中进行了应用。
主要贡献为下述几点: l)提出了采用声卡作为数据采集设备构建虚拟音频信号分析系统并应用于实验教学的设想。
通过高校实验室现状的调研和对声卡性能的分析，分析了由声卡组建可以用于实验教学的信号分析系统的必要性和可行性。
2)构建了基于LabVIEW的音频信号采集分析系统，具有信号采集、分析、波形显示、存储以及数据文件再调用分析等功能。
分析、解决了设计及实现过程中出现的问题。
关键词：LabVIEW，声卡数据采集，信号分析A Signal Analysis System Based on LabVIEWAuthor：Du WenjuanTutor：XXAbstractVirtual instrument technology is a new technology, and it is an important direction in modern instrumentation development. Virtual instruments are often used in modeling and simulation, design and planning, education and training. The acquisition equipment from NI has a good performance, but constructing signals analysis system will cause high cost.Sound card with data transmission and A/D converter functions as a DAQ card has low-price, easy-developing and flexible-system such virtues. Based on the above analysis, taking the computer sound card instead of DAQ card as hardware, designs the system based on LabVIEW, and implements it in the signal analysis experiments. The main contents are listed as follows:l)An envisage for using sound card as a virtual audio data acquisition equipment to construct the signals analysis system and implements it in the experiments is put forward. The necessity and feasibility by the sound card system to set up signals analysis system based on research of teaching program of experiments in the number of traditional college is analyzed.2)Audio signal acquisition and analyze system is constructed based on LabVIEW, it has functions of virtual signal acquisition, analysis, waveform display, storage and transfer of data files to meet the needs of the experimental teaching.Key Words：LabVIEW, Sound card data acquisition, Signals Analysis目录1 绪论 (1)1.1 课题开发背景和发展现状 (1)1.2 研究的意义 (2)2 虚拟仪器、声卡及数据采集理论 (3)2.1 虚拟仪器介绍 (3)2.1.1虚拟仪器的特点 (3)2.1.2虚拟仪器的组成 (4)2.1.3 虚拟仪器与传统仪器的比较 (4)2.2 LabVIEW简介 (6)2.2.1 LabVIEW程序的基本构成 (6)2.2.2 LabVIEW的应用 (7)2.3声卡 (7)2.3.1声卡的基本功能 (8)2.3.2声卡的工作原理 (8)2.3.3声卡的性能指标 (9)2.4 信号分析理论 (10)2.4.1 数据采集理论基础 (10)2.4.2快速傅立叶变换（FFT） (12)2.4.3 谐波分析理论 (14)3 信号分析系统解决方案 (18)3.1声卡作为数据采集卡的可行性分析 (18)3.2信号分析系统设计方案比较 (19)3.3 系统模块划分 (20)4 信号处理程序设计 (22)4.1 系统欢迎界面的设计 (22)4.2系统主页面的设计 (23)4.3实时采集信号模块的设计 (25)4.4 历史重载信号模块的设计 (26)4.5信号采集和处理模块 (26)4.5.1音频信号的采集 (26)4.5.2音频信号的分析 (28)4.6辅助模块 (29)4.7帮助模块 (29)4.8程序的运行与调试 (30)4.8.1运行VI (30)4.8.2调试VI (30)5 实验结果 (32)总结和展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录 (38)附录A (38)附录B (40)1 绪论本文旨在运用虚拟仪器开发软件LabVIEW8.5，设计开发基于声卡的音频信号数据采集和频谱分析系统，使其具有通过普通声卡进行声音数据的采集、分析、显示以及存储的功能。
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的设计与实现
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的设计与实现
引言
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一种图形化的编程语言，集成了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数
据采集卡通讯的全部功能，还内置了便于应用TCP／IP、ActiveX等软件标
准的库函数。
利用LabVIEW可以方便地建立各种虚拟仪器。
频谱分析仪是对无线电信号进行测量的必备手段，是从事电子产品研发、
生产、检验的常用工具，应用十分广泛，被称为工程师的射频万用表。
传统
的频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机，输入信号经变频器
变频后由低通滤器输出。
滤波输出信号作为垂直分量，频率作为水平分量，
在示波器屏幕上绘出坐标图，就是输入信号的频谱图。
由于变频器可以达到
很宽的频率，例如30Hz-30GHz，与外部混频器配合，可扩展到100GHz以上，所以频潜分析仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一，无论测量连续信号或调制
信号，频谱分析仪都是很理想的测量工具。
但是传统的频谱分析仪只能测量
频率的幅度，缺少相位信息，因此属于标量仪器，而且体积庞大。
利用LabVIEW强大的虚拟仪器开发功能，可实现基于快速傅里叶变换(FFT)的现
代频谱分析仪功能，采用数字方法直接由模拟／转换器(ADC)数字对输入信
号取样，再经FFT处理后获得频谱图，可以解决传统频谱分析仪价格昂贵，
携带不便等缺点。
1 虚拟频谱分析仪总体设计方案
虚拟频谱分析仪由数据采集卡、计算机和在其上运行的用LabVIEW开发
的应用软件组成，如图1所示。
基于LabVIEW的频谱分析仪设计
不可能大量采购，同时其功能较为单一，与此相对应
的是大学学科分类越来越细，每一专业都需要专用的
测量仪器，因此仪器设备不能实现资源共享，造成了
浪费。
虚拟仪器正是解决这一矛盾的最佳方案。基于
ＰＣ 平台的虚拟仪器，可以充分利用学校的微机资源，
完成多种仪器功能，可以组合成功能强大的专用测试
系统，还可以通过软件进行升级。在通用计算机平台
算
Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｂｏｔｈ ｖｉｒｔｕａｌ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｓｉｇｎａｌ
机
ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｃａｎ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｓｉｎｅ ｗａｖｅ， ｔｒｉａｎｇｌｅ ｗａｖｅ， ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ， ｓａｗｔｏｏｔｈ ｗａｖｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｉｇｎａｌ． Ｉｔ
（２）频谱分析模块 频谱分析模块主要是对信号发生器模块产生的测 试信号进行分析与处理。它可以完成以下功能：测试信 号经滤波、加窗处理后，进行时域分析、频域分析以及 谐波分析。可以进行各种参数设置，包括采样设置、滤 波器类型选择及其参数设置、窗函数类型选择等。
３ 功能说明
（１）时域分析
信号的时域分析主要是测量测试信号经滤波处
关键词：图形化编程；虚拟频谱分析仪；ＬａｂＶＩＥＷ
引言
随着科学技术的迅猛发展，电子设备和技术向集
成化、数字化和高速化方向发展，而在学校特别是大
学中，要想紧跟技术的发展，就要不断更新教学和实
验设备。传统仪器下的高校实验教学，已严重滞后于
信息时代和工程实际的需要。仪器设备很大部分陈
旧，而先进的数字仪器（如数字存储示波器）价格昂贵
基于LabVIEW的频谱分析仪
基于LabVIEW的频谱分析仪姓名：***学号：*********专业：机械工程2015年12月20日基于LabVIEW的频谱分析仪摘要----------------------------------------------2引言----------------------------------------------2第一章设计任务及思路----------------------------31.设计任务2.设计思路第二章 LabVIEW的简介----------------------------3第三章虚拟频谱分析仪的前面板设计----------------4第四章程序框图的设计----------------------------61.仿真信号的产生及各种干扰噪声的叠加2.对信号进行滤波和加窗函数处理3.对信号进行时域分析、频域分析及谐波分析第五章结束语-----------------------------------13参考文献-----------------------------------------14摘要：介绍了基于LabVIEW的频谱分析仪的设计和实现。
整个系统由虚拟信号发生器模块和频谱分析模块两部分组成。
虚拟信号发生器模块能够产生正弦波、三角波、方波、锯齿波等标准信号，并且可以叠加各种干扰噪声；频谱分析模块主要是对上述信号进行滤波和加窗函数处理，输出处理后的波形，同时进行时域分析、频域分析以及谐波分析。
关键词：LabVIEW；频谱分析引言频谱分析仪是信号频域分析的重要工具,能提供时域观测中所不能看到的独特信号,如正弦信号的频谱纯度、非正弦波的频谱、谐波失真等,也是电子产品研发、生产、检验的常备工具,需求十分广泛。
传统频谱分析仪价格昂贵、体积较大、功能固定,使其应用场合受到一定限制。
虚拟仪器把测试技术与计算机技术结合起来,由软件实现信号采集、分析处理、结果显示等功能。
基于labview的虚拟信号分析仪的设计
毕业设计基于LabVIEW的虚拟信号分析仪的设计2013年6月诚信声明本人郑重申明：所呈交的毕业论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本人签名：年月日毕业设计任务书设计（论文）题目：基于LabVIEW的虚拟信号分析仪的设计1．课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，学习LABVIEW的相关知识和图形化编程的算法，并掌握程序模块化设计、数据库、Web、多线程等技术，为学生在毕业后从事测控技术工作打好基础。
2．主要任务（1）查阅与本课题相关的技术资料，并写出文献综述；（2）掌握信号频谱分析仪的设计原理；（3）学习LABVIEW软件，能够进行图形化编程；（4）完成毕业设计论文。
3．主要参考资料[1]武一，杨瑞文，时惠玲虚拟信号测量仪的设计与开发[J].电子测量技术，2008,31（3）：55-57[2]张宏群.基于LABVIEW的虚拟信号分析仪的设计[J].仪器仪表用户，2007,14（5）：124-125[3]丁玉美，高西全.数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.201-211基于LabVIEW的虚拟信号分析仪设计摘要虚拟仪器技术的发展是21世纪的自动测试与电子测量仪器技术领域的一个重要发展方向。
该技术是用常见的计算机作为基础，并在此平台基础上进行仪器的的定义、设计以及测试功能。
使得用户在操作这种计算机的时候就像是在操作一台由自己专门设计使用的一种特殊的电子仪器设备。
进行操作的人员可以通过非常直观的图形化用户界面和易于理解的图形化编程语言来控制系统的开始、运行和结束，从而实现数据的采集、信号分析、被测信号和频谱图的显示、波形图显示、故障诊断、数据存储、和控制输出等功能。
在虚拟仪器系统中，硬件主要用来实现信号的输入和输出功能，而软件可以很容易地进行修改，从而可以改变仪器系统需要实现的功能，以适应不同用户的实际需要。
基于LABVIEW周期信号频谱分析
1 引言傅立叶变换是数字信号处理领域一种很重要的算法。
要知道傅立叶变换算法的意义，首先要了解傅立叶原理的意义。
傅立叶原理表明：任何连续测量的时序或信号，都可以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。
而根据该原理创立的傅立叶变换算法利用直接测量到的原始信号，以累加方式来计算该信号中不同正弦波信号的频率、振幅和相位。
和傅立叶变换算法对应的是反傅立叶变换算法。
该反变换从本质上说也是一种累加处理，这样就可以将单独改变的正弦波信号转换成一个信号。
因此，可以说，傅立叶变换将原来难以处理的时域信号转换成了易于分析的频域信号（信号的频谱），可以利用一些工具对这些频域信号进行处理、加工。
最后还可以利用傅立叶反变换将这些频域信号转换成时域信号。
本课程设计利用Labview软件对信号进行频谱分析。
本课程设计主要是通过对周期信号的研究和分析，掌握信号的频谱分析方法，理解信号有时域转换到频域的原理及方法，尤其对于周期信号可进行傅里叶变换，理解傅里叶变换的求解方法。
本课程设计通过对周期性信号及任意信号的频谱分析，加深对快速傅里叶变换（FFT）的理解。
2 虚拟仪器开发软件LabVIEW8.2入门2.1 LabVIEW简介2.1.1 LabVIEW概念LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。
与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。
LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。
LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。
虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。
毕业论文--基于LabVIEW的虚拟频谱仪的设计与实现
本科毕业论文（设计）题目基于LabVIEW的虚拟频谱仪的设计与实现指导老师职称学生姓名学号专业班级院 (系）完成时间基于LabVIEW的虚拟频谱仪的设计与实现摘要LabVIEW是一种有效的运用虚拟仪器设计技术来进行虚拟仪器开发的计算机应用软件，本设计是在计算机的平台上，把虚拟仪器技术、信号与系统分析和LabVIEW软件等相结合而设计出的虚拟频谱仪，其主要目的是对信号进行频谱分析。
用LabVIEW软件自身产生的仿真信号模块发出信号,并通过LabVIEW软件内的其他模块来实现信号的采集、滤波、傅里叶变换和频谱分析.利用LabVIEW软件来设计虚拟仪器，可以利用其图形化的编程语言，灵活的编程思维,设计出不同功能的虚拟仪器。
在工业生产中,虚拟仪器的应用为信号和数据的测量及控制提供了方便,它可以代替一些传统的测量仪器来实现对信号的分析与处理功能，在这种情况下，对节约成本、提高资源效率要求极高的社会来说，虚拟仪器的发展为人们带来了很大社会效益.关键词：LabVIEW；虚拟仪器；信号生成；信号采集；信号分析The design and implementation of Virtual SpectrumInstrument Based on LABVIEWABSTRACTLabVIEW is a kind of effective using virtual instrument design technology for virtual instrument developed of computer application software, this design is in the platform of computer，combining with virtual instrument technology，signal and system analysis and the LabVIEW software to design a virtual frequency spectrum instrument, its main purpose is the spectrum analysis for the signal 。
基于LabVIEW虚拟频谱分析仪的设计
毕业论文（设计）题目：基于LabVIEW虚拟频谱分析仪的设计学生姓名学号专业电子信息工程班级指导教师学部计算机科学与电气工程答辩日期2012年5月19日基于LABVIEW虚拟频谱分析仪的设计摘要LABVIEW是一种有效的进行虚拟仪器设计和通信电路系统仿真的有效工具。
本设计基于“硬件的软件化”思想，在对信号分析、虚拟仪器技术和声卡的实用性进行理论分析的基础上，利用虚拟仪器专用语言LabVIEW开发环境，设计了基于虚拟仪器技术的语音信号分析仪。
用普通的计算机声卡代替数据采集卡，利用声卡和LABVIEW的多线程技术实现音频信号的数据采集，开发基于PC机声卡的虚拟音频信号分析仪。
该系统实现了数据采集、时域分析和频域分析等多种功能。
其中时域分析包括实时显示波形，测量信号电压、频率、周期等参数；频域分析包括幅值谱、相位谱、功率谱和FFT变换等。
实验表明：这类系统具有程序设计简单、通用性好、可移植性高、界面设计简单大方、易于操作等优点。
关键词：LABVIEW；虚拟仪器；数据采集；信号分析Design the Virtual Spectrum Analysis Instrument Based onLABVIEWAbstractLabVIEW is an effective tool in virtual electronic equipment design and simulation of communication circuit system. This article designed a kind of voice analyzer by using LabVIEW based on the theoretical analysis of digital signal processing theories, virtual instrument technology and sound card application. Substitute commercial DAQ card with sound card, combined with sound card and multithread technology of LABVIEW, the acquisition of volume was realized. This analyzer has realized signal functions such as data acquisition, time-domain analysis and frequency-domain analysis. The time-domain analysis includes the real-time display of the waveform, the signal parameter measurements of voltage, frequency and period. The frequency-domain analysis contains amplitude spectrum, phase spectrum, power spectrum and FFT transform. The system experiments show that: this design proposal takes some advantage of easy programmer, high versatility, good transplantation and easily worked, and so on.Keywords:LABVIEW; Virtual Instrument; data acquisition; signal analysis目录摘要 ...................................................................................................................................... I I Abstract .. (III)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 虚拟仪器的特点和发展 (1)1.3 本设计的结构 (3)第2章虚拟仪器及LabVIEW介绍 (5)2.1 虚拟仪器的基本概念 (5)2.2 虚拟仪器的构成及分类 (6)2.3 LabVIEW简介 (8)第3章基于LabVIEW虚拟频谱分析仪设计与实现 (11)3.1abVIEW软件的应用方法 (11)3.2频谱分析函数的设计 (15)3.3 基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪信号发生器模块 (17)3.4 所用控件模块的设计 (18)3.5虚拟频谱仪前面板与程序框图 (22)第四章总结 (31)4.1 本设计小结 (31)4.2 存在的不足与展望 (31)第4章参考文献 (32)第5章致谢............................................................................................ 错误！未定义书签。
基于LabVIEW的频谱分析仪报告1
基于LabVIEW的频谱分析仪机电学院测控技术与仪器系晋芳摘要：以LabVIEW为平台，设计了一个简单的频谱分析仪，该仪器能实时显示采集到的信号的波形和FFT变换的图形，并将该信号的各参数测量出来。
关键字：LabVIEW FFT 频谱分析一、设计任务基于目前智能仪器实验室的硬件系统通过LabVIEW编程实现简易频谱分析仪，要求能采集－10－10V、频率2Hz－25KHz的各种信号并能显示采集到信号的幅度频谱。
二、设计要求1、基本功能（1）能够采集幅值范围在-10V~10V，频率在25KHz以下的信号并显示出来；（2）能够将所采集信号的频谱计算出来并显示出来。
（3）编写友好的人机界面；2、发挥部分（1）能够对采样信号波形失真度进行测量；（2）能够存储频谱波形；三、频谱分析原理频谱分析最常用的方法就是离散傅立叶变换（DFT），为了快速计算DFT，通常采用一种快速傅立叶变换(FFT)的方法。
当信号的采样点数是2的幂时，就可以采用这种方法。
FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。
通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。
FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。
FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。
FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。
因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。
计算机只能处理有限长度的信号，原信号x(t)要以T(采样时间或采样长度)截断，即有限化。
有限化也称为加“矩形窗”或“不加窗”。
矩形窗将信号突然截断，这在频域造成很宽的附加频率成分，这些附加频率成分在原信号x(t)中其实是不存在的。
一般将这一问题称为有限化带来的泄露问题。
泄露使得原来集中在f0上的能量分散到全部频率轴上。
泄露带来许多问题：如①使频率曲线产生许多“皱纹”（Ripple），较大的皱纹可能与小的共振峰值混淆；②如信号为两幅值一大一小频率很接近的正弦波合成，幅值较小的一个信号可能被淹没。
基于LABVIEW显示的FPGA频谱分析仪
课程设计报告课程名称：EDA技术课程设计题目：基于LABVIEW显示的FPGA频谱分析仪学生姓名：学号：二级学院：专业：电子信息科学与技术班级：指导教师姓名及职称：起止时间：2018 年 9 月—— 2019 年 1 月报告评分: ______________________________课程老师签名: __________________________基于LABVIEW显示的FPGA频谱分析仪摘要：针对目前频谱分析仪价格昂贵的现象，以FPGA和单片机作为核心器件，设计基于LABVIEW显示的频谱分析仪。
该系统前端利用PCF8591对被测信号进行AD采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，调用快速傅里叶变换（FFT）IP核进行高速运算，在进一步数据处理后通过串口通讯将数字信号发送到PC端，经过LABVIEW图形界面进行可视化界面搭建，最终描绘出频谱图。
整个系统具有硬件简单、实用廉价、性能指标优越的优点，适用于电子信息类的教学实验。
关键词：FPGA；LABVIEW；FFT；PCF8591；单片机目录1 绪论 (1)1.1 课题的具体功能与要求 (1)1.2 课题研究的情况 (1)1.3 课题研究的意义 (1)1.4 本章小结 (1)2 方案论证 (2)2.1 总体方案的选择 (2)2.2 各单元模块的比较 (2)2.2.1 FPGA系统 (2)2.2.2 STM32F103C8T6最小系统 (2)2.2.3 PCF8591 AD转换模块 (3)2.2.4 LABVIEW图形显示显示 (3)2.2.5 0.96寸OLED显示模块 (3)2.3 本章小结 (3)3 硬件系统 (3)3.1 硬件系统的工作原理 (3)3.2 各单元模块的设计与原理 (3)3.2.1 FPGA配置FFT核 (3)3.2.2 STM32F103C8T6最小系统 (4)3.2.3 PCF8591 AD转换模块 (4)3.2.4 0.96寸OLED显示模块 (4)3.3 本章小结 (4)4 软件系统 (5)4.1 软件系统流程 (5)图3 RTL顶层文件 (5)4.2 各单元的软件流程 (5)4.2.1 FFT模块 (5)图4 FFT模块仿真图 (5)4.2.2 IIC模块 (5)图5 IIC模块仿真图 (6)4.2.3 串口模块 (6)图6 串口模块仿真图 (6)4.2.4 LABVIEW图形界面 (6)图7 LABVIEW图形界面 (7)4.3 本章小结 (7)5 系统调试 (7)5.1 硬件的检测 (7)5.2 单元模块的调试 (7)5.2.1 主控电路STM32F103C8T6的调试 (7)5.2.2 PCF8591模块 (7)5.2.3 OLED模块 (7)5.3系统运行调试 (8)5.4本章小结 (8)6 总结与展望 (8)参考文献 (8)[1].焦素敏.《EDA应用技术》.清华大学出版社，2002.4 (8)[2].潘松，黄继业.《EDA技术实用教程》(第二版).科学出版社，2005.2 (8)[3].吴厚航.《FPGA设计实战演练（逻辑篇）》清华大学出版社2015.2 (8)附录 (9)基于LABVIEW显示的FPGA频谱分析仪目前，对于电子信息类专业，如果没有廉价频谱仪辅助观察，学生只能从书中抽象理解信号特征，严重影响教学实验效果。
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的设计
基于ＬａｂＶＩＥＷ的虚拟频谱分析仪的设计摘要：本文设计了一种基于虚拟仪器技术的频谱分析仪，解决了传统频谱分析仪存在的一系列问题。
文中阐述了虚拟频谱分析仪主程序及各功能模块的设计与实现，并设计虚拟信号发生器来验证各种功能。
关键词：虚拟仪器LabVIEW语言频谱分析仪一、引言信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域, 而频谱分析正是信号处理中一个非常重要的分析手段。
一般的频谱分析都依靠频谱分析仪来完成。
频谱分析仪既用于工程设计和系统调试，也用于控制理论等课程的实验教学。
目前普遍使用的国内产品存在的主要问题是加工工艺复杂，价格昂贵, 体积庞大, 不便于工程技术人员的携带。
近年来，由于电子技术、计算机技术和网络技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现。
在上述背景下。
出现了新的仪器概念――虚拟仪器。
所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器，频谱分析仪等；可集成于自动控制，工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。
它由计算机，应用软件和仪器硬件组成。
LabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件，它能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。
本文设计了一种新型的基于LabVIEW的频谱分析仪，与传统的频谱分析仪相比，它用软件代替了硬件，而且功能增强，价格降低。
使工程技术人员可以用一部笔记本电脑就可轻松完成信号的频谱分析。
二、本虚拟频谱分析仪的主要功能特点本虚拟频谱分析仪具有以下功能：★时域显示功能：本分析仪能将虚拟信号发生器产生的信号波形显示在仪器的软面板上。
★频谱分析功能：本分析仪能对信号进行幅相谱、功率谱和谐波分析。
★频率响应函数分析功能：用来分析系统的频率响应函数（Frequency Response Function）。
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基于LABVIEW的信号频谱分析仪设计摘要随着科学技术的进步，对测量技术的要求越来越高。
电子测量技术在各个领域得到越来越广泛的应用，传统的电子测量仪器由于其功能单一，体积庞大，已经很难满足实际工作的需要。
集成电路和计算机技术的迅猛发展使电子测量仪器逐渐向数字化、智能化方向发展，与传统仪器相比表现为：功能更强、处理速度更快、频带更宽、用途更广、操作更简单、体积更小、可扩充性更好。
微型计算机的普及程度和性能不断提高，使得基于PC平台的虚拟仪器系统应运而生。
虚拟仪器可以充分利用计算机的运算、存储和显示功能，因而在降低仪器成本的同时使仪器的灵活性和数据处理能力大大提高，可以很好地满足学校科研和教学改革的需要。
本文论述了基于虚拟仪器概念的信号采集系统的实现方案，重点讨论了在数据传输、显示和处理中的关键技术。
使用USB数据采集卡，最终实现了基于 PC 平台的，具有频率计和频谱分析仪功能的数字存储示波器系统。
本文所选用的软件LabView 是美国 NI 公司的创新软件产品，也是日前应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境。
它具有开发周期短、运行速度快、可重用性、使用方便灵活等优点。
因此LabView 对虚拟存储示波器的设计是一种最理想的方法。
关键词：虚拟仪器；数字存储示波器；谐波分析仪；LabView仪器驱动程序THE DESIGN OF SIGNAL SPECTRUM ANALYSER BASED ON LABVIEWABSTRACTWith the advancement of science and technology, the development of measurement technique is getting more and more important. The application of electronic measurement technique has extended to more fields than ever. Due to limited functions and big size, traditional electronic measurement equipment is no longer suited for common purposes. Thanks to the rapid development of integrated circuit and computer technology, measurement instruments are becoming digitized and pared with traditional equipment, the new instruments have more functions, higher processing speed, wider bandwidth, friendlier interface,smaller size and better expandability. The prevalence and rocketing development of personal computers give birth to a new kind of instrument, Virtual Instrument (VI). VI is based on PC platform, and can make use of the software and hardware resources of a PC. Compared with its ability of data processing and flexibility, VI has a low price, which means it is a good choice for research and teaching reform inuniversities.This dissertation discusses the implementation of a signal acquisition system,based on the concept of VI and focuses on key techniques in data transmission, display and processing. With a USB data acquisition card connectedto PC, a digital storage oscillograph (DSO) with the function of cymometer and spectrum analyzer is bVIEW is the innovate software of national instruments corps, of America.lt is also the most widely used、the most quickly developing and the strongest function gragh software.lt has short epolder and fast run-rate.So LabViewis the best way of design virtual digital storage oscillogragh.Key words: virtual instrument；digital-storage oscillograph；Harmonic-Analyser LabVIEW-instrument driver equivalent目录1 绪论 (1)1.1虚拟仪器的概念 (1)1.2虚拟仪器的组成 (1)1.3虚拟仪器的特点及优势 (2)1.4虚拟仪器的发展状况 (3)1.5本课题的意义 (3)2 数据采集和谐波分析理论 (6)2.1数据采集理论基础 (6)2.1.1快速傅立叶变换(FFT) (7)2.1.2准同步采样 (9)2.2谐波分析理论 (11)2.2.1谐波分析原理 (11)2.2.2谐波参数定义 (13)2.2.3功率概念 (14)3 系统软硬件开发平台 (15)3.1系统软件开发平台-LABVIEW (15)3.2系统硬件平台 (16)4系统软件体系结构 (19)4.1软件总体构成 (19)4.2数据采集过程 (21)4.3系统应用程序设计 (22)5 仿真结果和误差分析 (30)5.1仿真结果 (30)5.2误差分析 (34)6 结论和展望 (36)6.1结论 (36)6.2展望 (36)参考文献 (36)致谢 (40)1 绪论1.1 虚拟仪器的概念虚拟仪器[1](Virtual Instrument ,VI)的概念是由美国国家仪器公司(NI)最先提出的。
所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器[2]、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪[11]等;可集成于自动控制、工业控制系统之中;可自由构建成专有仪器系统。
虚拟仪器是智能仪器之后的新一代测量仪器。
虚拟仪器的核心技术思想就是“软件即是仪器”。
该技术把仪器分为计算机、仪器硬件和应用软件三部分。
虚拟仪器以通用计算机和配备标准数字接口的测量仪器(包括 GPIB, RS-232 等传统仪器以及新型的 VXI 模块化仪器)为基础，将仪器硬件连接到各种计算机平台上，直接利用计算机丰富的软硬件资源，将计算机硬件(处理器、存储器、显示器)和测量仪器(频率计、示波器、信号源)等硬件资源与计算机软件资源(包括数据的处理、控制、分析和表达、过程通讯以及图形用户界面)有机的结合起来[2]。
1.2 虚拟仪器的组成虚拟仪器由软件和硬件两部分组成，突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式用具有测试软件的计算机实现传统电子仪器的功能。
虚拟仪器的构成框图如图1.2所示[9]。
虚拟仪器的硬件是计算机和为其配置的各种传感器互感器信号调理器数据采集器等计算机及其配置的电子测量仪器硬件模块组成了虚拟仪器测试硬件平台的基础。
软件是虚拟仪器的灵魂。
NI 公司在提出虚拟仪器概念时用“软件就是仪器（Software is Instrument ）”的口号来表达虚拟仪器的特征，强调了软件在虚拟仪器中极为重要的位置。
虚拟仪器的软件包括：虚拟仪器的前面板、信号采集模块、信号处理模块和数据存储模块等[4]。
因此测量信号是在软件的控制下，经由电子测量硬件平台的采集，再经电子图1.1 虚拟仪器系统组成框图计算机的处理，得到最终的测试结果，并以数据、曲线、图形等显示在电子计算机的终端显示屏上。
1.3 虚拟仪器的特点及优势虚拟仪器是基于计算机的功能化硬件模块和计算机软件构成的电子测试仪器[14]，而软件是虚拟仪器的核心。
其中软件的基础部分是设备驱动软件，而这些标准的仪器驱动软件使得系统的开发与仪器的硬件变化无关。
这是虚拟仪器最大的优点之一，有了这一点，仪器的开发和换代时间将大大缩短。
虚拟仪器中应用程序将可选硬件(如 GPIB, VXI, RS-232, DAQ 板)[12]和可重复用库函数等软件结合在一起，实现了仪器模块间的通信、定时与触发。
原码库函数为用户构造自己的虚拟仪器(VI)系统提供了基本的软件模块。
由于VI 的模块化、开放性和灵活性，以及软件是关键的特点，当用户的测试要求变化时可以方便地由用户自己来增减硬、软件模块，或重新配置现有系统以满足新的测试要求。
这样，当用户从一个项目转向另一个项目时，就能简单地构造出新的 VI系统而不丢失己有的硬件和软件资源。
虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。
尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。
虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的”硬件软件化”的发展趋势，因而常被称作“软件仪器“。
它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据;它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训即可迅速掌握操作规程；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。
表 1.1 虚拟仪器与传统仪器的比较由表 1.1 可见，与传统仪器相比，虚拟仪器在各方面都具有明显的优势，能够满足科技高速发展对电子测量技术提出的新要求，必然会成为电子测量仪器发展的趋势。