labview课程设计报告

摘要

随着电子技术、计算机技术和数字信号处理技术的发展，以及它们在测量领域中的广泛应用，新的测试理论、测试方法以及测试仪器的不断出现。仪器的概念及其设计理论正在发生着巨大的变化，虚拟仪器受到越来越多的关注。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，是一种计算机操纵的模块化仪器系统。主要由通用的计算机资源、应用软件和仪器硬件等构成。它是按照信号的处理与采集，结果的输出及显示的结构模式来建立通用信号处理硬件平台。

本文就是在这个通用信号处理硬件平台上，进行了基于LabVIEW的虚拟函数发生器的设计，设计基于LabVIEW软件的虚拟函数信号发生器（能够产生实验室常用的正弦波、三角波、方波、锯齿波信号），在函数信号的输出中加入相应的噪声信号，并在已设计好的虚拟信号发生器的基础上对产生的信号做相应的频谱分析。

关键词：虚拟仪器，LabVIEW，虚拟函数信号发生器，频谱分析

目录

1 绪论 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.2 函数信号发生器发展概况 (2)

1.3 频谱分析仪发展概况 (4)

2 虚拟仪器技术 (6)

2.1 虚拟仪器的概念 (6)

2.2虚拟仪器的硬件系统 (8)

2.3 虚拟仪器的软件系统 (10)

3 LabVIEW图形化开发环境 (11)

3.1 LabVIEW简介 (11)

3.2 LabVIEW 的优点 (11)

3.3 LabVIEW编程模块 (13)

4 虚拟函数发生器与虚拟频谱分析仪的设计 (15)

4.1 基本原理 (15)

4.2 模型的建立 (15)

4.3 系统设计 (16)

4.4 运行结果 (17)

4.4.1 正弦波运行结果图 (17)

4.4.2三角形波运行结果图 (18)

4.4.3锯齿波运行结果图 (19)

4.4.4方波运行结果图 (19)

4.4.5正弦波加噪后运行结果图 (20)

4.4.6方波加噪后运行结果图 (21)

5 心得体会 (22)

参考文献 (23)

致谢 (24)

1 绪论

1.1 课题背景

虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代。“虚拟”的含义主要强调了软件在这类仪器中的作用，体现了虚拟仪器与主要通过硬件实现各种功能的传统仪器的不同。LabVIEW是一种图形化的编程语言和开发环境，它面向的是广大的普通工程师而非编程专家。自美国国家仪器公司于1986年正式推出以来，目前LabVIEW 在测控领域的影响越来越大，逐步奠定了NI在虚拟仪器方面的领导地位。现在该软件已广泛应用于航空、航天、通信、电力、汽车、电子半导体、生物医学等众多领域。一些著名高校在内的许多学校不仅建立了基于虚拟仪器的实验室，而且还开设了LabVIEW 编程的课程。例如清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的出厂检验，主要检测发动机的功率特性、负荷特性等华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用四川联合大学基于虚拟仪器的设计思路，研制了“航空电台二线综合测试仪”，将台仪器集成于一体，组成虚拟仪器系统复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学等一批高校，也开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。

作为现代仪器仪表发展的方向, 虚拟仪器已迅速发展成为一种新的产业. 美国是虚拟仪器的诞生地,也是全球最大的虚拟仪器制造国. 到1994 年底, 虚拟仪器制造厂已达95 家, 共生产1

000 多种虚拟仪器产品, 销售额达2. 93 亿美元, 占整个仪器销售额73 亿美元的4%。到1996 年, 虚拟仪器已在仪器仪表市场中占有10%的份额生产虚拟仪器的主要厂家NI、HP 等公司, 目前都生产数百个型号的虚拟仪器产品. 这些产品在国际市场上有较强的竞争力, 已进入中国市场.国内虚拟仪器研究的起步较晚, 最早的研究也是从引进消化NI 的产品开始. 但经过多年研究, 我国已经在虚拟仪器开发方面形成了自己的特色，国家自然科学基金委员会已将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一, 并被列为十五期间优先资助领域，我国国民经济的持续快速发展, 加快了企业的技术升级步伐, 先进仪器设备的需求更加强劲; 虚拟仪器赖以生存的个人计算机最近几年以极高的速度在中国发展, 这些都为虚拟仪器在我国的普及奠定了良好的基础. 据专家预测，到本世纪初我国将有的仪器为虚拟仪器。发达国家虽然在此领域比我国起步较早，但差距并不是很大，我们应当充分把握时机，取长补短，学习国外先进经验，将我国的虚拟仪器产业水平逐渐向先进国家靠拢。

1.2 函数信号发生器发展概况

信号发生器是一种最悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现

了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从

定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了

可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于

早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。

自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，

正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的它是各类波形发生器和信号源的核心电路方波是通过电压比较器产生的，比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小，方波电压作为积分运算电路的输入，积分运算电路的输出得到三角波电压，直接数字合成（DDS）技术信号源的任意波产生方法：直接从波表提取N个点，这N个点是用户自定义的点，同传统的频率合成技术相比，DDS技术具有极高的频率分辨率，极快的变频速度，变频相位连续，相位噪声低，易于功能扩展和便于全数字化集成，容易实现对输出信号的多种调制。

由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。自从70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。软件控制波形的一个最大缺点就是输出波形的频率低，这主要是由CPU的工作速度决定的，如果想提高频率可以改进软件程序减少其执行周期时间或提高CPU的时钟周期，但这些办法是有限度的，根本的办法还是要改进硬件电路。

随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大促进