基于LabVIEW8.2的虚拟频谱滤波器的设计.doc

1、基于LabVIEW8.2的虚拟频谱滤波器的设计学生姓名 肖锋 学 号 2010204061 院 系 信息工程与自动化学院 专 业 测试计量技术与仪器 二,一一年 四月 二八 日基于LabVIEW8.2的虚拟频谱滤波器的设计 肖锋 2010204061 (昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500) 摘要:虚拟仪器技术是仪器技术和计算机技术深层次结合的产物是指以通用计算机作为系统控制器用软件实现人机交互和大部分功能的一种计算机仪器系统。介绍基于图形化编程语言LabVIEW8.2的虚拟频谱滤波器的设计。该虚拟频谱滤波器主要用于分析由仿真信号产生的带噪声信号主要由仿真信号生成、滤波器

2、滤波、截止频率调节、谱测量、信号检测处理和信号频率响应显示模块组成。实验证明该虚拟频谱滤波器运行可靠、性能良好和结果正确。 关键词:虚拟仪器;虚拟频谱分析仪;LabVIEW 0 引言 随着微处理器和计算机技术的发展，微处理器或计算机被越来越多地嵌到测量仪器中，构成了所谓的智能仪器。他使用键盘代替传统仪器面板上的旋钮或开关，对仪器实施操控，利用计算机强大的数据处理能力，智能仪器不但能完成常规测量仪器的一般功能，而且能够提供自动量程转换，自动校准等“智能化”功能。智能仪器一般都带有GPIB 或RS 232 接口，具备可程控功能，可以方便地与其他仪器互连，组成更复杂的自动测试系统。虚拟仪器是90 年

3、代提出的新概念，短短的几年间，获得了迅猛的发展，足以证明虚拟仪器是大势所趋，标志着二十一世纪自动测试与电子仪器领域技术发展的一个重要方向。所谓虚拟仪器就是基于2计算机平台，利用其软件和硬件资源，实现比传统仪器更强大的功能。传统仪器是由仪器厂家设计并定义好功能的一个封闭系统，它有固定的输入?输出接口和仪器操作面板，每种仪器实现一类特定的测量功能，并以确定方式提供给用户。而虚拟仪器是在计算机的支持下采用必要的数据采集硬件，通过软件设计来实现仪器的全部功能。这使得虚拟仪器在性能上更具有灵活性，用户可根据自身的需要定制仪器的功能，充分体现了它的优越性。开发和设1计虚拟仪器，可使用LabVIEW，Lab

4、Windows，CVI，visual c+ 等语言。 本文介绍虚拟频谱滤波器的设计，基于图形化编程语言LabVIEW8.2实现虚拟频谱滤波器的信号发生、波形显示、数字滤波、截止频率调节、频谱分析、信号检测等功能。实验证明，该虚拟频谱滤波器可以实现对采样信号的显示、分析等操作并且结果正确、可靠，功能比传统仪器强大。 1 系统总体方案设计 本文以美国NI公司的LabVIEW8.2为软件开发平台设计虚拟频谱滤波器。 1.1 设计目的 设计的虚拟频谱滤波器，主要是用于分析由仿真信号产生的带噪声信号。根据经带通滤波器后的频率响应，以及滤波前后的信号的双通道谱测量结果，检测滤波后的信号是否在用户所要求的频

5、率范围之内。 1.2设计方法 本设计包括:仿真信号产生的带噪声的信号，在经过带通滤波器进行频率响应后，对滤波前后的信号进行双通道谱测量，以检测滤波后的信号是否在用户所需求的频率范围之内。主要用到LabVIEW8.2 Express VI中相关控件有:仿真信号VI、滤波器VI、双通道谱测量VI及信号掩区和边界测量VI。此外，在编写程序框图的过程中，使用了编程控件中的应用程序属性节点，以及根据分析测量设计子VI的基本知识点。 具体而言，本设计的测量控件中，仿真信号VI产生信号，即通过双通道谱测量控件对输入信号(未经滤波的原始信号)和输出信号(经过滤波的滤波信号)进行分析，比较滤波信号的幅度响应情况

6、。最后通过信号掩区和边界测量VI来检测经过滤波器滤波的信号是否能够在用户设定的信号频率范围，从而对滤波器的滤波效果进行比较分析和检测。 1.3虚拟测试系统的流程图 1.3.1程序流程图 系统程序流程图如图1所示。 图1 系统程序流程图 1.3.2前后面板流程图 前面板程序框图如图2 图2 前面板流程图 后面板程序框图如图3 图3 后面板程序图 2 模块介绍 设计的虚拟频谱分析仪由六个软件模块组成:仿真信号生成、滤波器滤波、截止频率调节、谱测量、信号检测处理和信号频率响应显示模块。 2.1仿真信号生成模块 本设计中的滤波器仿真信号由仿真信号 Express VI产生，信号成分主要为直流信号，在该

7、直流信号基础上加入均匀白噪声信号。该双通道谱测量控件主要演示滤波器的滤波能力及信号掩区和边界测试VI对滤波后的信号是否符合要求进行检测能力，因此，采用直流信号加入均匀白噪声可以代表处理信号的整个频率范围，可以很容易地确定经过滤波器滤波后信号的频率响应范围及响应信号的幅值等信息。 2.2 滤波器滤波功能模块 本设计滤波器采用 Express VI中的滤波器，选用带通滤波器对仿真信号产生的信号进行带通滤波，并产生所需要的滤波信号。也可以用其他滤波类型对信号进行滤波，如采用带阻滤波、高通滤波、低通滤波等。 32.3 截止频率调节功能模块 该功能块能够通过处理逻辑把截止频率控件所产生的截止频率变化情况

8、反映到相应滤波功能块、双通道谱测量功能块和信号检测功能块中。其中，输入到滤波器功能块的情况可以直接反映在通过滤波器输出信号上。截止频率变化信息传递到另外两个功能块中则需要一些处理逻辑功能来实现。 其一，测试信号游标控制功能。在检测功能块的输出端，即测试信号波形图上用两个游标来反映上下截止频率的变化此部分功能模块通过该波形图的引用节点把变化信息传递到游标位置变化上。 其二，双通道谱测量重新平均计算控制功能。当截止频率调节控件的数值发生变化或在外围循环过程相邻两次计算过程中截止频率信号发生变化时，需要把重新平均信息传递到双通道谱测量控件。因此，要在循环体上设置位移寄存器记录相邻两次循环中截止频率的

9、信息，并和截止频率调节控件产生信号进行逻辑判断和比较。为此设计changed.vi子控件，用来实现这些逻辑功能的判断和处理。子VI前面板和后面板程序框图如图4和图5所示。 图4 子VI前面板 图5 子VI程序框图 2.4 双通道谱测量处理模块 在这部分功能块中，把未经滤波的原始信号和经过滤波器滤波后的滤波信号接入双通道谱测量Express VI 中，根据滤波信号和未滤波信号的单通道有序对，计算和处理这两路输入信号的频率响应和相干情况，输出两路信号频率响应的幅度、相位、实部和虚部等信息。 2.5 信号检测处理模块 此部分功能通过信号掩区和边界检测Express VI来进行，用户根据要设定要检测信

10、号的边界，包括信号掩区的上下限。把双通道频谱测量VI进行频率响应处理后得到的幅度响应信号输入该VI的信号输入端，通过对每个采样数据和掩区信号的上下限数值进行比较，检测经过滤波器后的信号是否在设定的信号掩区范围和边界范围之内，若在设定范围内，则在该VI输出端以“通过”逻辑真输出。 2.6 信号和频率响应显示模块 此部分用于双通道谱测量控件各部分的信号以波形图形式进行直观地显示，主要体现在所设计的VI控件的前面板以波形图的形式显示。主要包括仿真信号产生的原始信号的波形显示、经过滤波器后的滤波信号的波形显示、双通道谱测量进行处理后产生的频率响应曲线进行显示、检测信号结果的波形显示，同时显示信号掩区和

11、边界测试的信号，以及代表带通滤波器截止频率的游标位置。 3 双通道频谱滤波器控件的操作 第一步:运行本设计的LabVIEW 双通道频谱测量控件VI 第二步:观察通过带通滤波器所产生的信号频率响应情况，以及经过滤波产生的响应信号曲线是否在检测信号的范围和边界范围之内。同时，注意观察信号分析所产生的原始信号、经过滤波器滤波的信号、以及通过信号经过滤波器所产生的频率响应情况。 第三步:在双通道谱测量控件运行过程中，通过调节上下截止频率调节控件，改变带通滤波器的上下截止频率，观察经过滤波器滤波后的响应曲线。 4 结语 实践证明，在计算机强大的硬件资源和软件资源下，利用LabVIEW 图形化编程语言，设

12、计出了功能强大、操作方便的虚拟频谱滤波器器，与传统仪器比较，它有许多优点: 软件开发效率高，仪器开发周期短; 可操作性和可维护性好; 不动硬件，可通过软件重构，产生新的仪器功能; 硬件具有开放性，允许通过升级硬件来提高其性能。 正是因为虚拟仪器如此多的优点，才使得虚拟仪器发展迅速，成为未来仪器发展的一个4重要方向。 参考文献 1 岂兴名，周建兴，娇津毅，LabVIEW8.2 入门与典型实例M，北京:人民邮电出版社，2008:125-244 2 杨乐平，李海涛，肖相生等，LabV IEW 程序设计与应用M 2版，北京:电子工业出版社, 2005 3 张立学，基于LabV IEW的虚拟数字示波器设计J，长沙大学学报，2008 (5) : 66-69 4 江 伟，袁 芳，黄乡生，多功能虚拟数字示波器的设计 J ，中国测试技术，2004， 4(7):58-60 5 Peter A. Blume，The LabVIEW Style BookM