虚拟仪器课程设计

目录

1．任务书 (1)

2．摘要 (2)

3．主要任务 (2)

3.1信号处理 (2)

3.1.1信号发生器的设计 (2)

3.1.2频谱分析仪的设计 (6)

3.1.3消噪演示仪的设计 (12)

3.2串行口通讯的设计 (13)

4.总结 (15)

5.参考文献 (15)

《虚拟仪器》课程设计任务书

二．摘要

工程技术领域的需求，对信号的分析和处理提出了较高的要求。传统的仪器功能单一，价格昂贵，使用不灵活，已不能满足现代测试信号的分析处理的要求。随着信息技术的迅猛发展，对仪器的性能要求也越来越高。由于电子技术，计算机技术的高速发展及其在电子测量技术和仪器领域中的应用，新的测试领域以及新的仪器结构不断出现。以虚拟仪器为代表的新型测量仪器改变了传统仪器的思想，充分利用计算机强大的软硬件功能，把计算机技术和测量技术紧密结合起来，是融合了电子测量，计算机和网络技术的新型测量技术。

本设计是利用Labview软件平台下的工具模板，控件模板和函数模板，根据虚拟仪器的原理，完成信号发生器，频谱分析仪的设计，串行口通讯的设计和消噪演示，本设计可以对各正弦信号，方波信号，三角信号，锯齿波信号和白噪声进行信号处理，频谱分析，运用不同的滤波器进行消噪演示并以波形的形式将实验结果体现出来。

三．主要任务

3.1信号处理

3.1.1信号发生器的设计

(1)基本原理

测试信号有多种产生途径，我们这里主要研究的是在Labview 中的波形产生函数得到的仿真信号波形数据。Labview提供了丰富的

仿真信号，包括正弦、方波、三角波、多频信号、调制信号、随机噪声信号、任意波形等。Labview中有3个不同层次的信号发生器（Express VI仿真信号发生器、波形发生器VI和普通信号发生器VI。3种信号发生器都能满足基本信号的功能，主要区别在于使用的难易程度和灵活性。Express VI仿真信号发生器产生动态数据类型的信号，使用起来最简单；普通信号发生器VI产生数组类型的信号，使用起来比较复杂；波形发生器VI产生波形数据，使用的复杂程度介于两者之间。

本次我们使用波形发生器VI下的模块来产生正弦、方波、三角波、白噪声及它们的叠加信号。

（2）程序

框图程序及前面板如下图所示，其中框图程序采用case选择结构，case1产生正弦、方波、三角波信号，case2产生白噪声信号，case3是它们的叠加信号。

（3）结果演示

如图为正弦信号波形：如图为方波信号波形：

如图为三角波信号波形：如图为白噪声波形：

如图为正弦信号叠加白噪声产生的波形：

3.1.2频谱分析仪的设计

（1）基本原理

频谱分析是指把时间域的动态信号通过DFT和FFT转换到频域进行分析。内容包括：

第一，频谱分析：包括幅值谱和相位谱，实部谱和虚部谱；

第二，功率谱：包括自谱和互谱；

第三，频率响应函数分析：系统输出信号和输入信号频谱之比；

第四，相干函数分析：系统输入信号与输出信号之间谱的相关程度

频谱分析技术在计算机中实现的基础就是DFT。

1.正玄信号的频谱分析程序

1.正玄信号频谱分析的演示结果

2．方波频谱分析的程序框图

2.方波频谱分析的结果演示

3．白噪声的频谱分析程序

3.白噪声的频谱分析的结果演示

4.方波与白噪声叠加后的频谱分析程序

4.方波与白噪声叠加后频谱分析的结果演示

5.正玄波与白噪声叠加后的频谱分析程序

5.正玄波与白噪声叠加后频谱分析的结果演示

3.1.3消噪演示

（1）基本原理

滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大的衰减其他频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行谱分析。

此次，我使用的是低通滤波器和巴特沃斯滤波器，用他们分别对信号的噪声进行滤除，然后比较两者。下面介绍这两种滤波器的原理：第一低通滤波器从0~f1频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f1的频率成分几乎不受衰减的通过，而高于f1的频率成分受到极大地衰减。

第二巴特沃斯滤波器通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带内逐渐下降为0。巴特沃斯低通滤波器的幅度幅度平方函数H(W)2=1/[1+(W/W C)2N]

（2）框图程序

（3）前面板结果演示

3.2.串行口通讯的设计

（1）串行原理

本次课程设计的设计内容是在LABVIEW开发平台下，结合测试与信号处理理论设计串口通信演示仪。并要求串口通信演示仪在前面板上设置串口号、数据帧（起始位、数据位、奇偶校验位和停止位、）格式，波特率；在前面板上有文本输入框和输出框，用于输入和显示

传输的数据。

（2）程序

四．总结

4.1心得体会

实验以课本上的知识为基础，而此次的课程设计又是对书本知识的一次实践，设计过程中要亲力亲为，务必将每个步骤，每个细节弄明白，弄清楚。俗话说，“实践是检验真理的唯一标准”，经过此次的设计，我体会到该课程的实用性很强，做实验时不能仅对课本知识生搬硬套，还需要在实验中对遇到的问题对知识灵活运用，实验后更要复习，思考，这样，才能有更深刻的印象和体会。

五．参考文献

詹惠琴，古军，袁亮．虚拟仪器设计。北京：高等教育出版社，2008

陆绮荣，基于虚拟仪器个人实验室的构建。北京：电子工业出版社，2006

邓炎，王磊，Labview7.1编程与虚拟仪器设计。北京：机械工业出版社，2004

杨乐平，李海涛，肖相生．LabVIEW程序设计与应用。北京：电子工业出版社，2002

雷振山，Labview7Epress实用技术教程。北京：中国铁道出版社，2004 张重雄．虚拟仪器技术分析与设计。北京：电子工业出版社，2007