虛擬儀器課程設(shè)計(jì)--虛擬函數(shù)發(fā)生器與虛擬頻譜分析儀

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的函數(shù)發(fā)生器和虛擬頻譜分析儀結(jié)合了虛擬儀器技術(shù)和labview圖形化編程技術(shù)，借助于計(jì)算機(jī)，利用虛擬儀器進(jìn)行測(cè)量和分析，并將結(jié)果輸出到屏幕中，從而完成測(cè)量過(guò)程。本文模擬頻譜分析儀和函數(shù)發(fā)生器的工作原理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有用信號(hào)的測(cè)量。</p>&l

2、t;p>　　首先，本文介紹了背景及意義，再分析了函數(shù)發(fā)生器和頻譜分析儀，再將虛擬儀器技術(shù)和傳統(tǒng)儀器比較區(qū)別。</p><p>　　然后，介紹了虛擬儀器軟件的編程設(shè)計(jì)，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)。</p><p>　　最后，結(jié)合軟件的調(diào)試，通過(guò)對(duì)實(shí)際情況的模擬，從而驗(yàn)證了虛擬函數(shù)發(fā)生器和頻譜分析儀的功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器,labview,函

3、數(shù)發(fā)生器,頻譜分析儀</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第 1 章 緒論1</p><p>　　1.1 背景及意義1</p><p>　　1.2 函數(shù)發(fā)生器2</p><p><b>　　1.3 濾波器3</b></p>&l

4、t;p>　　1.4 頻譜分析儀現(xiàn)狀及發(fā)展3</p><p>　　1.5 本文所做工作6</p><p>　　第 2 章 虛擬儀器技術(shù)7</p><p>　　2.1 虛擬儀器技術(shù)的三大組成部分8</p><p>　　2.1.1 高效的軟件8</p><p>　　2.1.2 模塊化的I/O硬件9</

5、p><p>　　2.1.3 用于集成的軟硬件平臺(tái)9</p><p>　　2.2 虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢(shì)9</p><p>　　2.2.1 性能高9</p><p>　　2.2.2 擴(kuò)展性強(qiáng)10</p><p>　　2.2.3 節(jié)約時(shí)間10</p><p>　　2.2.4 無(wú)縫集成10&

6、lt;/p><p>　　2.3 虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)10</p><p>　　2.3.1　外掛式虛擬儀器11</p><p>　　2.3.2 PXI型高精度集成虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)11</p><p>　　2.3.3 網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器11</p><p>　　第 3 章 Labview圖形化軟件12</p&g

7、t;<p>　　3.1 labview簡(jiǎn)介12</p><p>　　3.2 labview優(yōu)點(diǎn)13</p><p>　　第 4 章 虛擬函數(shù)發(fā)生器與虛擬頻譜分析儀設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1 函數(shù)發(fā)生器模塊14</p><p>　　4.2 濾波模塊15</p><p>　　4.3 頻譜分

8、析模塊16</p><p>　　4.4 總體程序圖及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證17</p><p>　　第 5 章 結(jié)論與總結(jié)22</p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　第 1 章 緒論&

9、lt;/b></p><p><b>　　1.1 背景及意義</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在我國(guó)各行業(yè)中，大量使用電力機(jī)車(chē)，整流設(shè)備、變頻裝置等非線性用電設(shè)備，他們產(chǎn)生的諧波等對(duì)電網(wǎng)形成了影響，使電能質(zhì)量下降，因此有必要進(jìn)行檢測(cè)和分析。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)使用的諧波檢測(cè)儀器往往是進(jìn)口路產(chǎn)品，即使是國(guó)產(chǎn)的儀器也大多

10、不兼容，不能共享軟、硬件資源，不能進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，并且價(jià)格昂貴。如果自己組建系統(tǒng)，為了完成較復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)，往往需要根據(jù)特定的測(cè)試任務(wù)購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用的硬件產(chǎn)品。除此之外，一般每個(gè)儀器大都有自己的顯示器、內(nèi)存、ftp等硬件，造成了硬件資源的浪費(fèi)。</p><p>　　虛擬儀器的出現(xiàn)捅破了以往傳統(tǒng)儀器的特點(diǎn)，充分利用不斷發(fā)展和完善的計(jì)算機(jī)技術(shù)，以通用計(jì)算機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)為平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)的硬件資源，并輔以軟件作為其開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

11、用戶利用面向測(cè)量?jī)x器的控制和管理的圖形化軟件平臺(tái)（labview，labwindows/cvi、HP-VEE等），開(kāi)發(fā)集測(cè)量、管理和控制于一身的應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)測(cè)試要求。一臺(tái)普通的電腦、若干軟件包和基本的硬件電路就可以構(gòu)成一套完整的測(cè)試系統(tǒng)，并具備數(shù)據(jù)處理的功能和友好的人機(jī)界面。這種儀器具有普通儀器的基本功能，又有一般儀器不具備的特殊功能，并且在儀器成本、儀器維護(hù)上節(jié)約人力物力。</p><p>　　我國(guó)將有的儀器

12、為虛擬儀器。國(guó)內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。虛擬儀器技術(shù)的提出與發(fā)展，標(biāo)志著二十一世紀(jì)自動(dòng)測(cè)試與電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。</p><p>　　目前，我國(guó)正處于科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，對(duì)儀器設(shè)備的需求將更加強(qiáng)勁。虛擬儀器賴(lài)以生存的計(jì)算機(jī)近幾年正以迅猛的勢(shì)頭席卷全國(guó)，這為虛擬儀器的發(fā)展莫定

13、了基礎(chǔ)。虛擬儀器作為傳統(tǒng)儀器的替代品，市場(chǎng)容量巨大。</p><p><b>　　1.2 函數(shù)發(fā)生器</b></p><p>　　信號(hào)發(fā)生器是一種最悠久的測(cè)量?jī)x器，早在20年代電子設(shè)備剛出現(xiàn)時(shí)它就產(chǎn)生了。隨著通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，40年代出現(xiàn)了主要用于測(cè)試各種接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，使信號(hào)發(fā)生器從定性分析的測(cè)試儀器發(fā)展成定量分析的測(cè)量?jī)x器。同時(shí)還出現(xiàn)了可用來(lái)測(cè)量脈沖電

14、路或用作脈沖調(diào)制器的脈沖信號(hào)發(fā)生器。由于早期的信號(hào)發(fā)生器機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，功率比較大，電路比較簡(jiǎn)單，因此發(fā)展速度比較慢。直到1964年才出現(xiàn)第一臺(tái)全晶體管的信號(hào)發(fā)生器。</p><p>　　自60年代以來(lái)信號(hào)發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器，這個(gè)時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且僅能產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡(jiǎn)單波形，由于模擬電路的漂移較大，使其

15、輸出的波形的幅度穩(wěn)定性差，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。自從70年代微處理器出現(xiàn)以后，利用微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，硬件和軟件使信號(hào)發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生比較復(fù)雜的波形。這時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì)DAC的程序控制，就可以得到各種簡(jiǎn)單的波形。軟件控制波形的一個(gè)最大缺點(diǎn)就是輸出波形的頻率低，這主要是由CPU的工作速度決定的，如果想提

16、高頻率可以改進(jìn)軟件程序減少其執(zhí)行周期時(shí)間或提高CPU的時(shí)鐘周期，但這些辦法是有限度的，根本的辦法還是要改進(jìn)硬件電路。</p><p>　　隨著現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理等技術(shù)的發(fā)展，極大促進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)在電子測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用，使原有的模擬信號(hào)處理逐步被數(shù)字信號(hào)處理所代替，從而擴(kuò)充了儀器信號(hào)的處理能力，提高了信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度、精度和變換速度，克服了模擬信號(hào)處理的諸多缺點(diǎn)，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器隨之發(fā)展起來(lái)。</p&g

17、t;<p>　　信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用非常廣泛，種類(lèi)繁多。首先，信號(hào)發(fā)生器可以分通用和專(zhuān)用兩大類(lèi)，專(zhuān)用信號(hào)發(fā)生器主要為了某種特殊的測(cè)量目的而研制的，如電視信號(hào)發(fā)生器、脈沖編碼信號(hào)發(fā)生器等。這種發(fā)生器的特性是受測(cè)量對(duì)象的要求所制約的。其次，信號(hào)發(fā)生器按輸出波形又可分為正弦波信號(hào)發(fā)生器、脈沖波信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和任意波發(fā)生器等。再次，按其產(chǎn)生頻率的方法又可分為諧振法和合成法兩種。一般傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器都采用諧振法，即用具有頻率選擇

18、性的回路來(lái)產(chǎn)生正弦振蕩，獲得所需頻率。但也可以通過(guò)頻率合成技術(shù)來(lái)獲得所需9-率。利用頻率合成技術(shù)制成的信號(hào)發(fā)生器，通常被稱(chēng)為合成信號(hào)發(fā)生器。</p><p><b>　　1.3 濾波器</b></p><p>　　濾波器（filter）是指減少或消除諧波對(duì)電力系統(tǒng)影響的電氣部件。是一種用來(lái)消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到純凈的直流電。對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該

19、頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路，就是濾波器，其功能就是得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)特定頻率。</p><p>　　濾波器，顧名思義，是對(duì)波進(jìn)行過(guò)濾的器件?！安ā笔且粋€(gè)非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時(shí)間起伏變化的過(guò)程。該過(guò)程通過(guò)各類(lèi)傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)，稱(chēng)之為各種物理量的時(shí)間波形，或者稱(chēng)之為信號(hào)。因?yàn)樽宰兞繒r(shí)間‘是連續(xù)取值的，所以稱(chēng)之為連續(xù)時(shí)

20、間信號(hào)，又習(xí)慣地稱(chēng)之為模擬信號(hào)(Analog Signal)。隨著數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)(一般簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)算機(jī))技術(shù)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，為了便于計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生了在抽樣定理指導(dǎo)下將連續(xù)時(shí)間信號(hào)變換成離散時(shí)間信號(hào)的完整的理論和方法。也就是說(shuō)，可以只用原模擬信號(hào)在一系列離散時(shí)間坐標(biāo)點(diǎn)上的樣本值表達(dá)原始信號(hào)而不丟失任何信息，波、波形、信號(hào)這些概念既然表達(dá)的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現(xiàn)代社會(huì)賴(lài)以生存的各種信息的載體。信息需要傳播，靠的就

21、是波形信號(hào)的傳遞。信號(hào)在它的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)拿恳粋€(gè)環(huán)節(jié)都可能由于環(huán)境和干擾的存在而畸變，有時(shí)，甚至是在相當(dāng)多的情況下，這種畸變還很?chē)?yán)重，以致于信號(hào)及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當(dāng)中了。</p><p>　　濾波，本質(zhì)上是從被噪聲畸變和污染了的信號(hào)中提取原始信號(hào)所攜帶的信息的過(guò)程。</p><p>　　1.4 頻譜分析儀現(xiàn)狀及發(fā)展</p><p><b>

22、;　　傳統(tǒng)頻譜分析儀</b></p><p>　　傳統(tǒng)的頻譜分析儀的前端電路是一定帶寬內(nèi)可調(diào)諧的接收機(jī)，輸入信號(hào)經(jīng)變頻器變頻后由低通濾器輸出，濾波輸出作為垂直分量，頻率作為水平分量，在示波器屏幕上繪出坐標(biāo)圖，就是輸入信號(hào)的頻譜圖。由于變頻器可頻譜分析儀</p><p>　　以達(dá)到很寬的頻率，例如30Hz-30GHz，與外部混頻器配合，可擴(kuò)展到100GHz以上，頻譜分析儀是頻率覆

23、蓋最寬的測(cè)量?jī)x器之一。無(wú)論測(cè)量連續(xù)信號(hào)或調(diào)制信號(hào)，頻譜分析儀都是很理想的測(cè)量工具。但是，傳統(tǒng)的頻譜分析儀也有明顯的缺點(diǎn)，它只能測(cè)量頻率的幅度，缺少相位信息，因此屬于標(biāo)量?jī)x器而不是矢量?jī)x器。</p><p><b>　　現(xiàn)代頻譜分析儀</b></p><p>　　基于快速傅里葉變換（FFT）的現(xiàn)代頻譜分析儀，通過(guò)傅里葉運(yùn)算將被測(cè)信號(hào)分解成分立的頻率分量，達(dá)到與傳統(tǒng)頻譜分

24、析儀同樣的結(jié)果，。這種新型的頻譜分析儀采用數(shù)字方法直接由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）對(duì)輸入信號(hào)取樣，再經(jīng)FFT處理后獲得頻譜分布圖。在這種頻譜分析儀中，為獲得良好的儀器線性度和高分辨率，對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)ADC的取樣率最少等于輸入信號(hào)最高頻率的兩倍，亦即頻率上限是100MHz的實(shí)時(shí)頻譜分析儀需要ADC有200MS/S的取樣率。目前半導(dǎo)體工藝水平可制成分辨率8位和取樣率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取樣率800MS/S的ADC，亦即

25、，原理上儀器可達(dá)到2GHz的帶寬，為了擴(kuò)展頻率上限，可在ADC前端增加下變頻器，本振采用數(shù)字調(diào)諧振蕩器。這種混合式的頻譜分析儀可擴(kuò)展到幾GHz以下的頻段使用。FFT的性能用取樣點(diǎn)數(shù)和取樣率來(lái)表征，例如用100KS/S的取樣率對(duì)輸入信號(hào)取樣1024點(diǎn)，則最高輸入頻率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取樣點(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn)，則分辨率提高到25Hz。由此可知，最高輸人頻率取決于取樣率，分辨率取決于取樣點(diǎn)數(shù)。FFT運(yùn)算時(shí)間與取樣，點(diǎn)數(shù)成對(duì)數(shù)關(guān)系

26、，頻譜分析儀</p><p>　　頻譜分析在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中有著廣泛的應(yīng)用。例如，對(duì)各類(lèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)械、電機(jī)、機(jī)床等機(jī)器的主體或部件進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的譜分析，可以提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，或者尋找震源和診斷故障，保證設(shè)備的安全運(yùn)行等。在聲納系統(tǒng)中，為了尋找海洋水面船只或潛艇，需要對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行譜分析，以提供有用信息，判斷艦艇運(yùn)動(dòng)速度、方向、位置、大小等。因此對(duì)頻譜分析方法的研究一直是當(dāng)前信號(hào)處理技術(shù)中一個(gè)十分活

27、躍的課題。</p><p>　　1965年庫(kù)利一圖基在《計(jì)算數(shù)學(xué)》雜志上發(fā)表快速傅里葉變換(FFT)算法，F(xiàn)FT和頻譜分析很快發(fā)展成為機(jī)械設(shè)備故障診斷、振動(dòng)分析、無(wú)線電通信、信息圖像處理和自動(dòng)控制等多種學(xué)科重要的理論基礎(chǔ)。然而長(zhǎng)期的應(yīng)用和近年來(lái)的理論分析表明，經(jīng)快速傅里葉變換得到的離散頻譜，在頻率、幅值和相位方面均可能產(chǎn)生較大誤差，單諧波加矩形窗時(shí)最大誤差從理論上分析可達(dá)36.4%仁鬧，即使加其他窗時(shí)，也不能完全

28、消除此影響。在加Hanning窗時(shí)，只進(jìn)行幅值恢復(fù)時(shí)的最大幅值誤差仍高達(dá)15.3ry0，相位誤差高達(dá)士90度。因此，頻譜分析的結(jié)果在許多領(lǐng)域只能定性而不能精確的定量分析和解決問(wèn)題，大大限制了該技術(shù)的工程應(yīng)用，特別是在機(jī)械振動(dòng)和故障診斷中的應(yīng)用受到極大限制。</p><p>　　從70年代中期，有關(guān)學(xué)者開(kāi)始致力于頻譜校正理論的研究以期解決離散頻譜誤差較大的問(wèn)題。1975年約翰等從事電學(xué)領(lǐng)域研究工作的學(xué)者采用插值法對(duì)

29、加矩形窗的離散化頻譜進(jìn)行校正，解決了電學(xué)中的離散高次諧波參數(shù)的精確測(cè)量問(wèn)題;1983年托馬斯提出了加Hanning窗的內(nèi)差法，進(jìn)一步提高了離散高次諧波參數(shù)的分析精度。1993年，丁康和謝明提出了三點(diǎn)卷積法幅值校正法￡鬧，提高了頻率間隔較大的信號(hào)的離散頻譜幅值精度，解決了工程實(shí)際中的一些問(wèn)題。1994年，丁康、謝明等提出和發(fā)展了比例頻譜校正方法，使內(nèi)差法系統(tǒng)的發(fā)展成為一種通用的頻譜校正方法，解決了頻率間隔較大的離散化頻譜幅值、相位和頻率的

30、精確求解問(wèn)題，并對(duì)離散頻譜的校正方法和誤差分析驚醒了深入的分析和研究。1996年，余加兵等提出了采用復(fù)調(diào)制細(xì)花譜分析將已產(chǎn)生頻譜干擾的密集頻率成分分離開(kāi)，消除干擾，再用比例法進(jìn)行校正以解決密集頻率成分的離散頻譜的校正問(wèn)題。1997年，丁康等分析了離散頻譜中的負(fù)頻率成分和多頻譜成分的干擾現(xiàn)象，提出了離散頻譜中用相位判據(jù)和傅值判據(jù)綜合判定和識(shí)別單頻率成分的方法，實(shí)現(xiàn)了單頻率成分和頻率間隔較大的多頻率成分的自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)校正</p>

31、;<p>　　從目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者所進(jìn)行的大量研究工作來(lái)看，主要是對(duì)單頻率信號(hào)(或頻率間隔較大的多頻率信號(hào))離散頻譜的自動(dòng)識(shí)別和校正，密集頻率的校正也只限于兩個(gè)臨近頻率成分的校正，未能深入到連續(xù)頻率成分頻譜的誤差和校正方法的研究。而實(shí)際工程中的許多信號(hào)是密集頻率成分或連續(xù)頻率成分的信號(hào)，比如在旋轉(zhuǎn)機(jī)械、故障診斷和非線性動(dòng)力系統(tǒng)分析中，常常出現(xiàn)密集頻譜現(xiàn)象。在有限樣本長(zhǎng)度下，由此類(lèi)信號(hào)的FFT譜很難識(shí)別其頻率構(gòu)成，確定個(gè)頻率的參

32、數(shù)，而且由于旁瓣泄漏或主瓣干擾的影響，基于單頻率信號(hào)頻譜校正的比值法不再適合此類(lèi)多頻率信號(hào)。對(duì)此類(lèi)信號(hào)在進(jìn)行離散頻譜分析時(shí)所產(chǎn)生誤差的分析方法與頻率間隔較大的信號(hào)誤差分析方法存在巨大差異，校正方法也不相同，校正難度很大。因此，當(dāng)前具有密集頻譜的頻譜校正問(wèn)題是頻譜校正技術(shù)最難解決的問(wèn)題之一，成為工程界和研究離散頻譜校正的學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn)。</p><p>　　1.5 本文所做工作</p><p&

33、gt;　　結(jié)合虛擬儀器技術(shù)等，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)虛擬的函數(shù)發(fā)生器和頻譜分析儀，該虛擬函數(shù)發(fā)生器和頻譜分析儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　完成的工作有：</b></p><p>　　虛擬儀器程序的設(shè)計(jì)和編制，針對(duì)一般函數(shù)發(fā)生器能產(chǎn)生的波形及產(chǎn)生波形可能含有噪聲的情況，對(duì)波

34、形進(jìn)行濾波，最后對(duì)濾除噪聲后的波形進(jìn)行分析。</p><p>　　第 2 章 虛擬儀器技術(shù)</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。自1986年問(wèn)世以來(lái)，世界各國(guó)的工程師和科學(xué)家們都已將NI LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)效

35、率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　虛擬儀器（vi）是計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（cat）的最新發(fā)展，它充分利用快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)提高測(cè)試計(jì)量?jī)x器設(shè)備的功能、性能和應(yīng)用范圍，為用戶定義和構(gòu)造自己的測(cè)試儀器系統(tǒng)提供了全新的解決方案。虛擬儀器并不完全等同于計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試，它是一種基于信號(hào)采集與分析理論、具有標(biāo)準(zhǔn)

36、化軟硬件及其接口和良好集成性與柔性的儀器系統(tǒng)，是一種新的測(cè)試儀器標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。</p><p>　　傳統(tǒng)的電子儀器是自封閉的系統(tǒng)，它具有信號(hào)輸入、輸出的能力，并有固定的用戶界面，比如：輸入、輸出信號(hào)接插件、旋鈕、按鈕、顯示儀表、顯示面板等。一個(gè)儀器包括傳感器、信號(hào)處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、存儲(chǔ)器和內(nèi)部總線等專(zhuān)門(mén)化的電路。通過(guò)這些電路來(lái)轉(zhuǎn)換、測(cè)量、分析實(shí)際信號(hào)，并將結(jié)果以各種方式顯示。然而，有時(shí)為了構(gòu)成具有

37、一定功能的系統(tǒng)，配置了一套儀器，但對(duì)其中的某些儀器，只用到了其中一部分功能，而將它作其他功能使用時(shí)，卻不具備或達(dá)不到所需指標(biāo)。如另配置一套儀器，不斷效率不高，而且價(jià)格高。要是能將原有的儀器稍加改動(dòng)，就可以擴(kuò)大其使用范圍。但是傳統(tǒng)的儀器功能是由制造商決定的，用戶不能任意更改，用戶如按自己的要求定制儀器需要昂貴的價(jià)格。虛擬儀器概念的提出是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流。以下是傳統(tǒng)測(cè)試儀器和虛擬儀器的一個(gè)比較：<

38、/p><p>　　表2-1 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器比較</p><p>　　2.1 虛擬儀器技術(shù)的三大組成部分</p><p>　　2.1.1 高效的軟件</p><p>　　軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過(guò)設(shè)計(jì)或調(diào)用特定的程序模塊，工程師們可以高效地創(chuàng)建自己的應(yīng)用以及友好的人機(jī)交互界面。NI公司提供的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程軟件

39、———LabVIEW，把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成用簡(jiǎn)單或圖標(biāo)提示的方法選擇功能(圖形)，并用線條把各種圖形連接起來(lái)的簡(jiǎn)單圖形編程方式，使得不熟悉編程的工程技術(shù)人員都可以按照測(cè)試要求和任務(wù)快速“畫(huà)”出自己的程序，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強(qiáng)大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)的方式，并將結(jié)果按自己的要求顯示出來(lái)。此外，NI提供了更多交互式的測(cè)量工具和更高層的系統(tǒng)管理軟件工具，例如連接設(shè)計(jì)與測(cè)試的交互

40、式軟件Signal-Express，用于傳統(tǒng)C語(yǔ)言的LabWindows/CVI，針對(duì)微軟Visual Studio的Measurement Studio等等，均可滿足用戶對(duì)高性能應(yīng)用的需求。有了功能強(qiáng)大的軟件，測(cè)試工程師們就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，從而發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測(cè)試應(yīng)用中的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　2.1.2 模塊化的I/O硬件</p><p>　　面對(duì)日益復(fù)雜的

41、測(cè)試測(cè)量應(yīng)用，虛擬儀器供應(yīng)商提供了全方位的軟硬件的解決方案。無(wú)論是使用PCI，PXI，PCMCIA，USB或者是1394總線，都有相應(yīng)的模塊化的硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類(lèi)從數(shù)據(jù)采集、信號(hào)調(diào)理、聲音和振動(dòng)測(cè)量、視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、儀器控制、分布式I/O到CAN接口等工業(yè)通訊，應(yīng)有盡有。高性能的硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開(kāi)發(fā)軟件，可以為負(fù)責(zé)測(cè)試和設(shè)計(jì)工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測(cè)量系統(tǒng)，滿足各種獨(dú)特的應(yīng)用要求。</p><p>　　2.1

42、.3 用于集成的軟硬件平臺(tái)</p><p>　　NI公司首先提出的專(zhuān)為測(cè)試任務(wù)設(shè)計(jì)的PXI硬件平臺(tái)，已經(jīng)成為當(dāng)今測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，它的開(kāi)放式構(gòu)架、靈活性和PC技術(shù)的成本優(yōu)勢(shì)為測(cè)量和自動(dòng)化行業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)翻天覆地的改革PXI作為一種專(zhuān)為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺(tái)，內(nèi)建有高端的定時(shí)和觸發(fā)總線，再配以各類(lèi)模塊化的I/O硬件和相應(yīng)的測(cè)試測(cè)量開(kāi)發(fā)軟件，用戶就可以建立完全自定義的測(cè)試測(cè)量解

43、決方案。無(wú)論是面對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，還是高端的混合信號(hào)同步采集，借助PXI高性能的硬件平臺(tái)，都能應(yīng)付自如。</p><p>　　2.2 虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢(shì)</p><p><b>　　2.2.1 性能高</b></p><p>　　虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全"繼承"了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主

44、導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤(pán)的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　2.2.2 擴(kuò)展性強(qiáng)</p><p>　　NI的軟硬件工具使得我們不再受限于當(dāng)前的技術(shù)中。這得益于NI軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)

45、需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，我們可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。</p><p>　　2.2.3 節(jié)約時(shí)間</p><p>　　在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，NI高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)

46、布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。</p><p>　　2.2.4 無(wú)縫集成</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。NI的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助我們輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)

47、，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的應(yīng)變測(cè)試儀的諸多優(yōu)點(diǎn)表明，虛擬儀器系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值，是傳統(tǒng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器的理想替代產(chǎn)品。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，將為虛擬儀器提供更強(qiáng)大的功能，即可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器實(shí)時(shí)測(cè)試。只要在應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)中添加網(wǎng)絡(luò)功能模塊，借助于寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以很容易的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)測(cè)試，這是基于虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)今后的發(fā)展方向。相信將來(lái)

48、的應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)一定是虛擬儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)，其測(cè)試功能會(huì)更強(qiáng)大，精度會(huì)更高，應(yīng)用會(huì)更廣。</p><p>　　2.3 虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷完善，虛擬儀器技術(shù)將向以下三個(gè)方向發(fā)展。</p><p>　　2.3.1　外掛式虛擬儀器</p><p>　　由于基于P

49、CI總線的虛擬儀器在插入DAQ時(shí)都需要打開(kāi)機(jī)箱等，比較麻煩，再加上測(cè)試信號(hào)直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)，各種現(xiàn)場(chǎng)的被測(cè)信號(hào)與計(jì)算機(jī)之間存在電磁干擾問(wèn)題。外掛式虛擬儀器是將測(cè)量到的物理信號(hào)通過(guò)預(yù)處理，轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字信號(hào)后，再由一根串口線或者USB線傳給計(jì)算機(jī)處理，這樣既減少了板卡的裝拆過(guò)程，也節(jié)約了計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源，只需運(yùn)行相配套的軟件就可得到想要的結(jié)果。所以外掛式虛擬儀器系統(tǒng)將成為今后廉價(jià)型虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的主流。</p><p

50、>　　2.3.2 PXI型高精度集成虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)</p><p>　　對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)，現(xiàn)在比較先進(jìn)I/O總線技術(shù)主要是VXI總線和PXI總線。VXI主要用于滿足高端自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用的需要，但是它基于過(guò)時(shí)的VME總線，而現(xiàn)代計(jì)算機(jī)不支持這種總線結(jié)構(gòu)，所以它不能利用PC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從而也不能將主流軟件的支持、低成本、高性能等好處帶給最終用戶。而PXI平臺(tái)基于PCI，所以它固有PCI的一些優(yōu)點(diǎn):較低的成本，不斷

51、提高的性能，以及為最終用戶提供主流軟件模型。PXI系統(tǒng)高度的可擴(kuò)展性和良好的兼容性，以及比VXI系統(tǒng)更高的性?xún)r(jià)比，將使它成為未來(lái)大型高精度集成測(cè)試系統(tǒng)的主流虛擬儀器平臺(tái)。</p><p>　　2.3.3 網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器</p><p>　　隨著Internet技術(shù)的發(fā)展，一些公司已開(kāi)發(fā)出通過(guò)Web瀏覽器觀測(cè)嵌入式智能儀器的產(chǎn)品，使人們可以通過(guò)Internet操作儀器設(shè)備。根據(jù)虛擬儀器的特性

52、，我們能夠方便地將虛擬儀器組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將分散在不同地理位置不同功能的測(cè)試設(shè)備聯(lián)系在一起，使昂貴的硬件設(shè)備、軟件在網(wǎng)絡(luò)上得以共享，不僅讓人們能夠輕而易舉地得到自己需要的測(cè)試數(shù)據(jù)，還能帶來(lái)巨大的效益。可以想象，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，醫(yī)生完全有可能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)操作儀器給遠(yuǎn)處的病人診斷疾病。</p><p>　　第 3 章 Labview圖形化軟件</p><p>　　3.1 labview

53、簡(jiǎn)介</p><p>　　LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境之一，它是主要用于開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)測(cè)量采集系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)合數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等領(lǐng)域的專(zhuān)用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。</p><p>　　LabVIEW的最大特色是采用編譯型圖形

54、化編程語(yǔ)言――G語(yǔ)言(GraphProgramming)，它與C，Pascal，Basic等傳統(tǒng)語(yǔ)言有著相似之處，如：相似的數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試工具，以及模塊化的編程特點(diǎn)。但二者最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語(yǔ)言用文本語(yǔ)言編程，程序的執(zhí)行依賴(lài)于文本所描述的指令;而LabVIEW使用圖形語(yǔ)言(即，各種圖標(biāo)、圖形符號(hào)、連線等)以框圖的形式編寫(xiě)程序。用LabVIEW編程無(wú)需具備太多編程經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW使用的都是測(cè)試工程師們熟悉

55、的術(shù)語(yǔ)和圖標(biāo)，如各種按鈕、開(kāi)關(guān)、波形圖等，界面非常直觀形象，因此，LabVIEW對(duì)于沒(méi)有豐富編程經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試工程師們來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)極好的選擇。</p><p>　　LabVIEW語(yǔ)言具有豐富的擴(kuò)展函數(shù)庫(kù)，集成了大量的生成圖形界面的模板，如各種表頭、旋鈕、開(kāi)關(guān)、LED指示燈、圖表等，界面直觀、形象，相對(duì)于傳統(tǒng)的編程方式而言，它簡(jiǎn)單易學(xué)而且執(zhí)行效率高。與傳統(tǒng)的編程方式相比，使用LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器，可以提高效率4

56、-10倍。</p><p>　　LabVIEW的圖形環(huán)境內(nèi)置豐富的函數(shù)庫(kù)，提供了多種網(wǎng)絡(luò)的接口，支持先進(jìn)的流動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)认冗M(jìn)技術(shù)，使系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)更加方便，其中基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換編程技術(shù)――數(shù)據(jù)套接字(DataSocket)技術(shù)便是一特色。這種技術(shù)是一種開(kāi)放的技術(shù)，與人們已習(xí)慣采用的TCP/IP編程接口、DDE等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)共享技術(shù)比較，使用起來(lái)更方便，開(kāi)發(fā)效率更高，而且不需要大量的編程工作量

57、。數(shù)據(jù)套接提供統(tǒng)一的API編程接口，從數(shù)據(jù)共享的角度，它是對(duì)WinSock的高級(jí)封裝，允許用戶與各種服務(wù)器進(jìn)行交互并在應(yīng)用之間交換信息，比如LabVIEW以及一些不同的數(shù)據(jù)源或目標(biāo)，源和目標(biāo)包括其他的應(yīng)用、文件、OPC (OLE For Process Control)服務(wù)器、Web服務(wù)器以及FTP服務(wù)器。使用DataSocket類(lèi)和統(tǒng)一資源定位器(Uniform Resource Locator，簡(jiǎn)稱(chēng)URL)，就可建立數(shù)據(jù)套接的源與目

58、標(biāo)的連接，用戶可以像使用LabVIEW中的其他數(shù)據(jù)類(lèi)型一樣用DataSocket讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享</p><p>　　LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類(lèi)似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。</p

59、><p>　　3.2 labview優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　LabVIEW從被推出到現(xiàn)在，20年的實(shí)踐證明LabVIEW確實(shí)是一個(gè)使用方便卻又功能非常強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，LabVIEW具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)了儀器控制與數(shù)據(jù)采集的完全圖形化編程，設(shè)計(jì)者無(wú)需編寫(xiě)任何文本形式的代碼。</p><p>　?。?）提供了大量的面向測(cè)控

60、領(lǐng)域的庫(kù)函數(shù)，如面向數(shù)據(jù)采集的DAQ庫(kù)函數(shù)、內(nèi)置GPIB、VXI、串口等數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)程序；面向分析的高級(jí)分析庫(kù)；面向顯示的大量?jī)x器面板。</p><p>　?。?）提供了大量與外部代碼或應(yīng)用軟件進(jìn)行連接的機(jī)制。</p><p>　　（4）具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)連接功能，支持常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，便于用戶開(kāi)發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)測(cè)控、遠(yuǎn)程虛擬儀器系統(tǒng)。</p><p>　　（5）LabVIEW

61、應(yīng)用程序具有可移植性，適用于多種操作系統(tǒng)</p><p>　　（6）可生成可執(zhí)行文件，脫離LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境運(yùn)行。</p><p>　　第 4 章 虛擬函數(shù)發(fā)生器與虛擬頻譜分析儀設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)虛擬函數(shù)發(fā)生器和虛擬頻譜分析儀，根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)原則，將這一個(gè)系統(tǒng)分為函數(shù)產(chǎn)生模塊、濾波模塊、頻譜分析模塊3個(gè)部分。下圖是進(jìn)行總設(shè)計(jì)模塊的框圖。&

62、lt;/p><p>　　圖 4-1 總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　4.1 函數(shù)發(fā)生器模塊</p><p>　　對(duì)一個(gè)基本的函數(shù)發(fā)生器進(jìn)行選擇函數(shù)，對(duì)其使用一個(gè)條件函數(shù)，對(duì)其進(jìn)行選擇函數(shù)，能進(jìn)行正弦波、三角波、鋸齒波、方波四種信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且用布爾對(duì)其進(jìn)行顯示，當(dāng)選擇函數(shù)時(shí)，相應(yīng)的函數(shù)燈就會(huì)亮起。其工作原理是，選擇要產(chǎn)生的函數(shù)，輸入信號(hào)，條件函數(shù)會(huì)執(zhí)行，執(zhí)行相應(yīng)的程

63、序，并且對(duì)應(yīng)的函數(shù)燈亮起。</p><p>　　圖4-1-1 鋸齒波信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　在這個(gè)信號(hào)發(fā)生器中，使用了枚舉（信號(hào)類(lèi)型），對(duì)信號(hào)類(lèi)型進(jìn)行選擇，就可以選擇不同的函數(shù)波形，同時(shí)，被選擇的波形的指示燈亮。</p><p>　　圖4-1-2 噪聲模塊</p><p>　　同時(shí)考慮到在實(shí)際過(guò)程中，可能有噪聲產(chǎn)生，因此增加了一個(gè)噪聲

64、產(chǎn)生模塊，以模擬實(shí)際中的情形。</p><p>　　用均勻的白噪聲進(jìn)行模擬，用幅值進(jìn)行是否有噪聲產(chǎn)生和噪聲大小的確定。</p><p><b>　　4.2 濾波模塊</b></p><p>　　濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。是根據(jù)觀察某一隨機(jī)過(guò)程的結(jié)果，對(duì)另一與之有關(guān)的隨機(jī)過(guò)程進(jìn)行估計(jì)的概率理論與方法。本

65、文中用的是巴特沃斯濾波器進(jìn)行濾波。根據(jù)輸出波形的波形進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果波形較好，能很好的進(jìn)行頻譜分析，就不采用濾波器；若波形輸出不是很好，就需使用濾波器，調(diào)節(jié)濾波器的高頻截止頻率等參數(shù)，從而調(diào)節(jié)出較好的波形以進(jìn)行頻譜分析。</p><p>　　圖 4-2-1 帶阻濾波模塊</p><p>　　這次試驗(yàn)采用2個(gè)條件結(jié)構(gòu)，一個(gè)條件結(jié)構(gòu)是決定是否使用濾波器，當(dāng)為真時(shí)，可以對(duì)濾波器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；另一

66、個(gè)條件結(jié)構(gòu)是進(jìn)行濾波方式的選擇，使用了一個(gè)枚舉（濾波方式），對(duì)其可以選擇使用高通、低通、帶通、帶阻濾波器。</p><p>　　4.3 頻譜分析模塊</p><p>　　當(dāng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波之后，得到與原波形相近的波形后，對(duì)其進(jìn)行頻譜分析，使用labview中的一些軟件模塊，對(duì)其周期，峰峰值等參數(shù)進(jìn)行分析。</p><p>　　圖 4-3-1 頻譜分析模塊</p&

67、gt;<p>　　4.4 總體程序圖及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證</p><p>　　根據(jù)要求，總體的程序圖如下：</p><p>　　圖4-4-1 總體設(shè)計(jì)程序框圖</p><p>　　圖 4-4-2 總體設(shè)計(jì)前面板圖</p><p>　　實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，將電源開(kāi)關(guān)按下，選擇波形為正弦波，輸入信號(hào)的頻率為6.16148HZ，相位為6.81455，輸

68、入幅值為409.438，沒(méi)有添加噪聲，從而得到的前面板圖為：</p><p>　　圖 4-4-3 未添加噪聲前面板輸出圖</p><p>　　未添加噪聲的時(shí)候，測(cè)量的幅值周期平均值、峰峰值、正峰、反峰等測(cè)量值都沒(méi)有發(fā)生變化。</p><p>　　當(dāng)輸入的信號(hào)添加幅值為200的均勻白噪聲后，得到的前面板圖如下：</p><p>　　圖 4-4-

69、4 添加噪聲的前面板輸出圖</p><p>　　從這2個(gè)圖分析可以知道，添加噪聲之后，其波形圖的圖形上有“小毛刺”，同時(shí)頻譜分析中，其峰峰值等都會(huì)隨時(shí)間不同而產(chǎn)生變化，它們的值都不會(huì)是個(gè)固定值，這樣形成的測(cè)量誤差就有點(diǎn)大，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因而添加了濾波器，來(lái)決定是否進(jìn)行濾波。</p><p>　　圖 4-4-5 采用濾波器后的采樣</p><p>　　因有噪聲的影

70、響，所以采用了一個(gè)濾波器進(jìn)行濾波，從而得到一個(gè)較完好的信號(hào)，從而得到比較準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。</p><p>　　第 5 章 結(jié)論與總結(jié)</p><p>　　本文采用了目前比較流行的美國(guó)國(guó)家儀器公司的LabVIEW作為該系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)虛擬儀器和LabVIEW軟件進(jìn)行了介紹，并詳細(xì)地介紹一種基于LabVIEW環(huán)境下自行開(kāi)發(fā)的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。虛擬儀器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)的核心是軟件的開(kāi)發(fā)。該儀器

71、不但界面友好，而且功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便。經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)表明，它能夠產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室常用的正弦波、三角波、方波、鋸齒波信號(hào)，并模擬產(chǎn)生噪聲，采用巴特沃斯濾波器對(duì)其進(jìn)行濾波，從而得到與原信號(hào)相近的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。</p><p>　　本文結(jié)合現(xiàn)有條件，圍繞虛擬函數(shù)發(fā)生器和虛擬頻譜分析儀的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到以下一些結(jié)論：</p><p>　　利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛擬函數(shù)發(fā)生器和虛擬頻譜分析

72、儀。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的虛擬儀器采用轉(zhuǎn)盤(pán)旋鈕來(lái)模擬實(shí)際的儀器，而采用的原件相對(duì)簡(jiǎn)單，為實(shí)現(xiàn)具體的函數(shù)發(fā)生器和頻譜分析儀創(chuàng)造了條件。</p><p>　　當(dāng)然，本次試驗(yàn)也有一些不足，本文設(shè)計(jì)的頻譜分析儀相對(duì)簡(jiǎn)單，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)較高級(jí)的功能，只是實(shí)現(xiàn)了相對(duì)簡(jiǎn)單的一些基本測(cè)量功能。</p><p>　　同時(shí)在這次課程設(shè)計(jì)中，不僅加深了對(duì)labview軟件的認(rèn)識(shí)，還加

73、深了對(duì)系統(tǒng)模塊化分析處理的思想。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先要感謝我的老師xx，xx老師在對(duì)我學(xué)習(xí)虛擬儀器和labview軟件方面進(jìn)行了悉心指導(dǎo)，傾注了大量的心血。xx老師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，孜孜不倦的研究態(tài)度，令我欽佩，在李老師的指導(dǎo)下，我不僅學(xué)到了豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還學(xué)到了待人接物和嚴(yán)謹(jǐn)求學(xué)的態(tài)度，使我終生受益&l

74、t;/p><p>　　當(dāng)然，一個(gè)人的力量是有限的，同時(shí)也要感謝我的同學(xué)，感謝他們對(duì)我labview軟件上的幫助，使我能順利完成課程設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 黃松嶺. 虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2008</p><p>　　[2] 劉君華.

75、基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2003</p><p>　　[3] 張小虹. 數(shù)字信號(hào)處理[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005</p><p>　　[4] 李云志. 虛擬技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì). 電子科學(xué)技術(shù)評(píng)論, 2005</p><p>　　[5] 荊銳. 虛擬儀器技術(shù). 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2007</p>