基于labview的虚拟信号分析仪器的设计毕业设计Word文档格式.doc

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1.2.3虚拟仪器的分类 7

1.2.4虚拟仪器系统的构成 8

1.3LabVIEW 10

1.3.1LabVIEW简介 10

1.3.2LabVIEW应用程序的构成 10

1.3.3LabVIEW中的操作模板 12

第二章信号发生 13

2.1信号发生器的发展史 13

2.2信号发生器的设计 14

2.2.1信号的发生 14

2.2.2基本函数发生器的设计 16

2.2.3基本混合单频信号发生器的设计 18

2.2.4均匀白噪声信号发生器的设计 21

2.2.5公式波形信号发生器的设计 22

第三章信号分析 23

3.1信号的时域分析 23

3.1.1测量信号的基本平均值与均方差 24

3.1.2信号的幅值以及极大值、极小值 25

3.2信号的频域分析 26

3.2.1快速傅里叶变换幅值—相位谱 26

3.2.2FFT频谱（幅度-相位） 27

第四章信号的处理 29

4.1信号的滤波处理 29

4.2巴特沃斯滤波器的滤波设计 29

4.3数字FIR滤波器的滤波设计 30

4.4滤波器ExpressVI的滤波设计 31

第五章虚拟信号分析仪器的综合设计 34

5.1虚拟信号分析仪器综合设计前面板 34

5.2虚拟信号分析仪器综合设计程序框图 35

5.3虚拟信号分析仪器的运行 36

第六章总结 37

参考文献 38

致谢 39

摘要

虚拟仪器是在以计算机为核心的硬件平台上，通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融为一体，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，从而完成各种测试功能的仪器系统。

它充分利用最新的计算机技术来实现和扩展仪器的功能，用计算机屏幕可以简单地模拟大多数仪器的调节控制面板，以各种需要的形式表达并且输出检测结果，用计算机软件实现大部分信号的分析和处理,完成大多数控制和检测功能。

LabVIEW是一种高效用于构建数据采集与监测系统图形化编程语言。

本文运用LABVIEW设计出一个信号的产生、分析和处理的应用程序。

可以根据要求，产生多种常用信号，并能够对其进行时域和频域的常用分析。

首先是对原始信号进行时域波形显示,频域频谱显示。

最后再对滤波后的信号进行相关分析,除掉谐波干扰信号。

关键词：

LabVIEW虚拟仪器信号处理

ABSTRACT

Virtualinstrumentisonthecomputerasthecoreofhardwareplatform,throughthesoftwaretothecomputerhardwareresourcesandhardwareorganicallyfuseandinstrumentusingpowerfulcomputersoftwarefunctiontorealizesignaldatacalculations,analysis,processing,soastocompletethefunctionofvarioustestinstrumentsystem.Itmakefulluseofthelatestcomputertechnologytorealizeandexpandthefunctionoftheinstrument,useacomputerscreencansimplysimulatemostoftheinstrumentstoadjustthecontrolpanel,expressedintheformofavarietyofneedsandoutputtestresults,usingcomputersoftwaretorealizemostofthesignalanalysisandprocessing,completemostofthecontrolanddetection.

LabVIEWisaneffectiveandwidelyusedtoconstructthedataacquisitionandmonitoringsystemforthegraphicalprogramminglanguage.ThispaperUSESLABVIEWdesignasignalanalysisandprocessingoftheapplication.Canbegeneratedaccordingtotherequirements,avarietyofcommonlyusedsignals,andcancarryonthetimedomainandfrequencydomainanalysisofthecommonlyused.Thefirstistheoriginalsignal,accordingtothetimedomainwaveformfrequencyspectrumdisplay.Finally,thesignalafterfilteringcorrelationanalysis,getridofharmonicinterferencesignal.

Keywords：

LabVIEW;

virtual;

signalprocessing

第一章虚拟仪器的概述

计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。

粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。

随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。

另一种方式是将仪器装入计算机。

以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。

虚拟仪器（virtualinstruments）主要是指这种方式,充分利用现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能。

1.1仪器的发展

1.1.1仪器的发展

随着电子技术的发展，仪器的发展经历了四个时期:

第一代仪器：

模拟仪器。

如指针式万用表、晶体管电压表，它们的基本特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。

第二代仪器：

数字化仪器

数字化仪器目前相当普及，如数字电压表、频率计等。

这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。

第三代仪器：

智能仪器

智能仪器内置微处理器，能进行自动测量，具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动。

它的全部功能全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。

第四代仪器：

虚拟仪器

虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。

从1988年开始，陆续有虚拟仪器产品面市。

此后，虚拟仪器产品飞速增加。

　　从仪器的发展历史可以看出，仪器领域已经历了两次技术革命。

第一次仪器革命是由于数字电子技术的发展引起的，使仪器形态进入了数字化仪器时代；

第二次仪器革命是由于微处理器的大量应用引起的，使仪器形态进入了智能仪器时代。

目前，仪器领域正在进行第三次仪器革命，这次革命是由通用计算机硬软件技术的进步引起的，这次仪器革命将使仪器形态进入第四个时期：

虚拟仪器时代。

[2]

1.1.2虚拟仪器的发展历程

虚拟仪器的起源可以追朔到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。

PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。

对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。

虚拟仪器从概念的提出到目前技术的日趋成熟，体现了计算机技术对传统工业的革命。

大致说来，虚拟仪器发展至今，可以分为三个阶段，而这三个阶段又可以说是同步进行的。

[8]

第一阶段，利用计算机增强传统仪器的功能。

由于GPIB总线标准的确立，计算机和外界通信成为可能，只需要把传统仪器通过GPIB和RS-232同计算机连接起来，用户就可以用计算机控制仪器。

随着计算机系统性能价格比的不断上升，用计算机控制测控仪器成为一种趋势。

这一阶段虚拟仪器的发展几乎是直线前进。

第二阶段，开放式的仪器构成。

仪器硬件上出现了两大技术进步：

一是插入式计算机数据处理卡（plug-inPC-DAQ）；

二是VXI仪器总线标准的确立。

这些新的技术使仪器的构成得以开放，消除了第一阶段内在的由用户定义和供应商定义仪器功能的区别。

第三阶段，虚拟仪器框架得到了广泛认同和采用。

软件领域面向对象技术把任何用户构建虚拟仪器需要知道的东西封装起来。

许多行业标准在硬件和软件领域以产生，几个虚拟仪器平台已经得到认可并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具。

发展到这一阶段，人们也认识到了虚拟仪器软件框架才是数据采集和仪器控制系统实现自动化的关键。

[1]

1.1.3虚拟仪器的发展趋势

现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物。

随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。

在此背景下，1986年美国国家仪器公司（NationalInstruments，NI）提出了虚拟仪器（VirtualInstrument，VI）的概念。

尽管迄今为止虚拟仪器还没有一个统一的定义，但是一般认为：

虚拟仪器是在PC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统。

作为一种以计算机软件为核心的新型仪器系统，虚拟仪器具有功能强、测试精度高、测试速度快、自动化程度高、人机界面优异、灵活性强等优点，通常被认为是第三代自动测试系统的同义语[3]。

使用虚拟仪器系统可以避免仪器编程过程中的大量重复性劳动，从而大大缩短复杂程序的开发时间，并且客户可以用不同的模块来构造自己的虚拟仪器系统，选择统一的测试策略。

由于虚拟仪器的功能和性能已被不断提高，如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。

而虚拟仪器的各种优点让用户可放心地舍弃旧的传统测量设备，接受更新型、以计算机为基础的虚拟仪器系统。

由于计算机的性能价格比不断改进，使虚拟仪器的价格更为大众化，用户不必再受限于传统仪器的使用限制和昂贵的价格，进一步降低了使用成本，减少了系统的开发费用和系统的维护费用[4]。

此外，新型笔记本电脑又把虚拟仪器的便携性和强大功能推向一个新的水平