1、 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 -3 1.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 -6 1.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
2、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
3、示等功能。图形化的程序设计编程简单、直观、开发效率高。随着虚拟仪器技术的不断发展，图形化的编程语言必将成为测试和控制领域内敲有前途的发展方向。 第一章 设计任务及思路 1.设计任务 （ 1）仿真产生各种信号，频率幅值可调； （ 2）可以叠加各种干扰噪声； （ 3）对上述信号进行滤波和加窗函数处理； （ 4）显示输出波形，同时进行时域分析、频域分析及谐波分析。 2.设计思路 设计思路如下图 1 所示。 图 1 第二章 LabVIEW 的简介 LabVIEW 是一种程序开发环境，由 美国 国家仪器（ NI）公司研制仿真信号的产生 信号的处理 信号的输出 开发 ， 与 C 和 BASIC 一样， L
4、abVIEW 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 。 LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程 语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 LabVIEW 则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了 VI 及函数的执行顺序。 VI 指虚拟仪器，是 LabVIEW 的程序模块 。 La
5、bVIEW 提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建 用户界面 。用户界面在 LabVIEW 中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码， 又称 G 代码。 LabVIEW 的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。 LabVIEW开发环境集成了工程师和科学家快速构建各种应用所需的所有工具，旨在帮助工程师和科学家解决问题、提高生产力和不断创新。 第三章 虚拟频谱分析仪的前面板设计 前面板、后面板的设计分别如图 2、图 3 所示。 图 2 图 3 虚拟频谱分析仪前面板主要是由频谱显示器组成。这个程
6、序放在一个大的 While 循环中，这个循环是由采样触发开关控件来控制，当控件输出的信号为真时，循环会一直持续下去，否者循环结束。最后将采集 到的数值送到各种频谱分析模块，得出采集数据的动态变化量输出显示。 第四章 程序框图的设计 1.仿真信号的产生及各种干扰噪声的叠加 信号生成 VI库里提供了两个信号生成 Express VI可快速生成所需要的信号，它们分别是“仿真信号”和“仿真任意信号”。在这里采用“仿真信号”来仿真产生各种信号。 仿真信号 Express VI 的适用场合与基本信号的生成类似，可以根据指定参数生成正弦波、三角波、方波、锯齿波、直流信号等几种基本类型的信号。在框图上放入改
7、VI 后，弹出的配置对话框如图 4所示。 图 4 从对话框中不仅可以配置基 本的信号类型、频率、初始相位、幅度、偏移量、采样率等参数，还可以选择是否叠加上某种类型的噪声 ,噪声类型同样也提供了多种常见类型可选，以及是否微移采样率以保证整周期采样。在这里选择添加噪声，来实现干扰噪声的叠加。 2.对信号进行滤波和加窗函数处理 （ 1） 对信号进行滤波 滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器两类。依靠软件实现的数字滤波器与模拟滤波器或硬件实现的滤波器相比，有着活性强、可靠性高、稳定性好等突出的优势，而且具有极低的成本优势。 数字滤波器可分为无线冲激响应（ IIR）滤波器和有限冲激响应（ FIR)滤波器两大
8、类，两者 划分的主要标准是系统函数对单位的样值的响应是否无线长。 IIR 滤波器具有幅频特性较平坦的特点， FIR 滤波器则可以做到严格的线性相移。 LabVIEW 中提供了数目众多的滤波器函数，无论是 IIR 滤波器还是 FIR 滤波器都可以实现，可传递的信号数据类型也包括波形信号和数组信号两种，可以灵活的调用。在这里选择 IIR 滤波器对信号进行滤波。输出结果如图 5 所示。 图 5 （ 2） 对信号进行加窗函数处理 窗函数的作用包括截断信号、减少谱泄漏和用于分离频率相近的大幅值信号与小幅值信号。 LabVIEW 提供了多种窗函数，包括 Hanning窗、 Hamming 窗、 Blackman 窗、 Triangle 窗、 Flap Top 窗、 Force窗等等。对一个数据序列加窗时， LabVIEW 认为此序列即是信号截断的序列，因此窗函数输出的序列与输入的序列的长度相等。 本设计对信号进行的加窗函数的处理选择用 Hanning 窗。原始信号与 Hanning 窗函数处理后的信号输出波形图如 6 所示。
