1、湖南科技大学本科生课程设计（论文） 湖 南 科 技 大 学 课 程 设 计 课程设计名称： 虚拟仪器 课程设计 学 生 姓 名： 刘峥嵘 学 院： 机电工程学院 专业及班级 ： 测控三班 学 号： 0903030318 指导教师： 毛征宇 郭迎福 王靖 2012 年 12 月 29 日 湖南科技大学本科生课程设计（论文） i 摘要 LabVIEW 是美国 National Instruments(简称 NI)公司推出的图形化软件开发环境。基于 LabVIEW 的虚拟信号频谱分析仪，可以产生一个周期信号并进行图形显示，信号的幅值、相位和频率可调，并对产生的周期信号，进行频谱分析并图形显示。基于
2、LabVIEW的相关分析虚拟实验仪器，可以测试两个三角波信号的互相关函数以及测试 4种典型信号的自相关函数 。 关键词 LabVIEW 频谱分析 互相关 自相关 湖南科技大学本科生课程设计（论文） ii 目录 第一章 设计题目及要求 1 1.1 虚拟信号频谱分析仪设计 1 1.2 相关分析虚拟实验仪器 设计 1 第二章 虚拟信号频谱分析仪的方案设计 2 2.1 虚拟信号频谱分 析仪的原理 2 2.2 总体方案设计的确定 2 第三章 虚拟信号频谱分析仪程序实现 3 3.1 前面板的设计和规划 3 3.2 程序框图设计 4 第四章 虚拟信号频谱分析仪的调试运行 6 第五章 相关分析虚拟实验仪器的方
3、案设计 8 5.1 相关分析虚拟实验仪器的原理 8 5.2 总体方案设计的确定 9 第六章 互相关分析虚拟仪的程序实现 10 6.1 前面板的设计和规划 10 6.2 程序框图设计 11 第七章 互相关分析的调试运行 12 第八章 自相关分析虚拟实验仪器的程序实现 14 8.1 前面板的设计和规划 14 8.2 程序框图设计 15 第九章 自相关分析的调试运行 16 第十章 总结与体会 19 参考文献 20 湖南科技大学本科生课程设计（论文） - 1 - 第一章 设计题目 及 要求 1.1 虚拟信号频谱分析仪设计 设计要求和功能描述： 要求：模拟产生一个周期信号（可选择方波、三角波、锯齿波等中
4、的一个）并进行图形显示；信号的幅值、相位和频率可调；对产生的周期信号，进行频谱分析并图形显示。 功能描述：可观察产生波形等经过 FFT 后的幅值谱 。并分析调试结果。 1.2 相关分析虚拟实验仪器设计 设计要求和功能描述： 要求： 可测试四种典型信号的自相关函数；可测试两个正弦函数的互相关函数。 湖南科技大学本科生课程设计（论文） - 2 - 第二章 虚拟信号频谱分析仪的方案设计 本设计所要求是利用波形函数产生一个频率、幅值、相位可调的信号，进行图形显示。并利用 FFT 函数对其进行傅里叶变换，把幅值谱在前面板显示出来。 2.1 虚拟信号频谱分析仪的原理 本设计的虚拟频谱分析仪即可以对虚拟信号
5、发生器所产生的信号进行频谱分析，也可以对通过信号调理器，基于 PCI 总线的 DAQ 卡组成的采集系统所采集到的外部信号进行频谱分析。其中，在对外部信号进行频谱分析时，外界被测信号首先传送到信号调理电路，且由信号调理电路对它进行放大、滤波、隔离等处理后，再经数据采集卡进行 A/D转换 以将模拟信号转换为数字信号，然后由软件对被测试信号进行频谱分析和处理，最后得到测试结果，并按要求将它们显示或储存起来。 2.2 总体方案设计的确定 本设计 主要有三个重点，信号生成、波形显示、傅立叶变换。信号生成直接由 LabVIEW提供的信号模拟，并在频率、幅值、相位采用输入控件进行输入，达到可变 的目的。 波
6、形由前面板的波形图控件显示，波形图将传递给它的数据一次全部显示在描绘区中，新的数据到达时将原来的数据全部刷新。 利用 LabVIEW 中的 FFT 函数可以对信号进行傅里叶变换，并通过一个复数至极坐标转换函数（使复数分解为极坐标分量），然后由波形图进行显示。 程序运行的流程图如下： 开 始依 据 用 户 的 要 求 和 参数 生 一 个 三 角 波 信 号通 过 “ 捆 绑 ” 函 数生 成 时 域 波 形 图对 三 角 波 信 号进 行 F F T 变 换通 过 “ 捆 绑 ” 函数 生 成 F F T 图调 节 频 率 、幅 值 、 相 位输 出 波 形 并分 析 结 果结 束图 2.1
7、流程图 湖南科技大学本科生课程设计（论文） - 3 - 第三章 虚拟信号频谱分析仪程序实现 3.1 前面板的设计和规划 根据任务要求所要实现的目的确定前面板所需要的相应控件和显示板。 3.1.2 控 件和显示件的确定 本设计要求信号的幅值、频率、相位可调，再加上信号的采样需要确定采样点数和采样频率，所以需要五个数值型输入控件。 设计要求进行波形显示和频谱分析图形显示，所以需要两个图形显示控件。这里选用波形图。 根据要求再需要加入两个布尔控件，一个停止按钮和一个滑动开关，滑动开关作为相位复位选择按钮。 3.1.3 前面板的布置 连续执行“控件数值数值输入控件”操作，在板面设计窗口中放置五个数值输
8、入控件，这些控件分别用于设定采样信号的相关参数，并把标签分别改为采样点数、采样频率、初始相位、信号频率、信号幅 值。 连续执行“ 控件图形波形图 ”操作，在板面设计窗口中放置两个图形显示控件波形图，这两个控件分别用来显示三角波时域波形和 FFT 图，把控件的标签分别改为时域波形和 FFT 波形。 执行“ 控件布尔滑动开关 /停止按钮 ”操作，在板面设计窗口中放置两个布尔控件，一个停止按钮和一个滑动开关，并把滑动开关的标签改为相位复位用来给相位复位。 然后对文本进行字体、字号和颜色设置，并在“控件修饰”中选用 平面框对控件布局进行调整，使之更规范、工整，得到前面板如图所示。 湖南科技大学本科生课
9、程设计（论文） - 4 - 图 3.1 前面板 3.2 程序框图设计 3.2.1 程序的分析 本设计需要生成一个三角波信号，并进行傅立叶变换，所以这里主要是用到了波形生成函数和FFT 函数，然后把输出的信号数据通过簇捆绑，在波形图控件上显示。 3.2.2 程序框图的实现 函数的调用：分别执行“函数信号处理波形生成”和“函数信号处理变换”调用三角波函数和 FFT 函数。执行“函数数值复数”调用复数至极坐标转换函数，对 FFT 变换后的复数转换成极坐标。执行“函数簇、类、变体”，选择两个簇捆绑函数，这是用来捆绑数据生成波形图。 函数的功能：把相位复位、采样点数、信号幅值、初始相位分别与 三角波函数
10、的重置相位、采样、幅值、相位输入接点相连，把信号频率与采样频率的商与三角波函数的频率接点相连，这样就可以改变输出波形的相位、幅值、频率了。 FFT 函数的输入端连接三角波的输出端，把三角波函数生成的信号数组进行傅立叶湖南科技大学本科生课程设计（论文） - 5 - 变换后，输出 FFT 数据。 复数至极坐标转换函数是使复数分解成极坐标分量，这里是把 FFT 函数输出的复数数据进行转换在波形图显示出来。 连接好所有函数与控件，得到的程序框图如图 3.2。 图 3.2 程序框图 湖南科技大学本科生课程设计（论文） - 6 - 第四章 虚拟信号频谱分析仪的调试运行 把采样点 数、采样频率、初始相位、信号幅值、信号频率分别设置为 100、 10、 0、1、 2，运行结果如下图。 图 4.1 运行结果一 改变采样点数、信号幅值、信号频率，得到的运行结果如下： 湖南科技大学本科生课程设计（论文） - 7 - 图 4.2 运行结果二 经以上调试运行，证明该设计符合要求，是一个可行的虚拟信号频谱分析仪。
