基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的研究与设计

论文编号:JD249   论文字数:20563,页数:43    

摘  要
随着微电子技术、计算机技术、网络通信技术和软件技术的高速发展,传统的仪器开始向计算机化的方向发展。虚拟仪器(ＶＩ)概念的产生正是基于这样一种技术背景。虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算仪器。它利用软件在微机屏幕上构成虚拟仪器面板,在硬件的支持下对信号进行采样,既可以进行实时的信号分析、显示,又可以在离线条件下对存储的采集结果进行各种软件处理。通过软件编写及硬件配置,虚拟仪器可以实现完全由用户自己定义、适合不同应用环境和对象的各种功能。
在测试领域中,频谱分析仪是一种重要的常用仪器。但是这种仪器的加工工艺复杂,生产技术要求高,价格昂贵。采用虚拟仪器技术,只需在相应的硬件支持下,即可以用软件编程来实现虚拟频谱分析仪。
本论文介绍了虚拟频谱分析仪的设计和实现，这个虚拟仪器是基于图象化编程语言——LabVIEW而编写的，可以执行正弦波和方波的处理，包括正弦波和方波仿真信号的生成、显示、时域分析和频域分析等功能。同时这个虚拟仪器具有友好的人机界面。

关键词：虚拟仪器，虚拟频谱分析仪，图形化编程语言

Abstract
With the fast development of micro-electronics technique, computer technique, network communication technique and software technique, the tradition instrument is in the direction development of the calculator .Virtual Instrument(VI) concept is producing exactly on the background like this kind of technique. The virtual instrument points to the personal computer instrument which has the virtual instrument front-panel. It makes use of the software to constitute the virtual instrument front-panel on the tiny machine , and proceeds to adopt the signal under the hardware''s support, not only can proceed the signal analysis and show of the wave in real time, but can proceed the consequence in the memory under the off-line term every kind of software handle. By writing the software and installing the hardware , the virtual instrument can completely be defined  by customer, in keeping with different applied environment with the object''s every kind of function.
In the test realm, Spectrum Analyzer is a kind of important instrument in common. But processing craft of this kind of instrument is complicated, producing the instrument request high technique, the price is expensive. Adoption virtual instrument technique, we only need under the corresponding hardware support, then use the software to realize the virtual spectrum analyst instrument.
The paper presents the design and implementation of virtual spectrum analyst. This Virtual Instrument (VI) is designed using the graphical programming language LabVIEW and is capable of processing sine wave and square wave. It has many functions including the generation of sine wave and square wave, display and analysis in the time and frequency domains。The VI presents an user-friendly human-machine interface.
KEYWORDS：Virtual instrument, Virtual spectrum analyst, Graphic programming

目    录
第一章前言 1
1.1 课题背景 1
1.2 研究意义 1
1.3 研究内容 2
第二章虚拟仪器及LabVIEW介绍 3
2.1 虚拟仪器的基本概念 3
2.1.1 什么是虚拟仪器 3
2.1.2 虚拟仪器的特点 4
2.1.3 虚拟仪器的构成及分类 4
  2.1.3.1 通用仪器硬件平台 4
  2.1.3.2 软件结构 5
2.2 LabVIEW简介  6
2.2.1 什么是LabVIEW  6
2.2.2  LabVIEW软件的特点与优点 8
第三章信号处理知识 9
3.1 信号的发生 9
3.2 数字信号处理技术 9
   3.2.1频域分析介绍 10
   3.2.2 信号的频域分析 10
       3.2.2.1 周期信号与离散频谱 10
       3.2.2.2 非周期信号与连续频谱 12
3.3快速傅立叶变换(FFT)  13
   3.3.1离散傅立叶变换的定义 ....14
   3.3.2基2FFT算法 14
基于LabVIEW虚拟频谱分析仪设计与实现 19
4.1 LabVIEW软件的应用方法 19
4.1.1 LabVIEW的模板介绍 19
    4.1.2 创建一个VI程序 19
    4.1.3 程序调试 21
4.2基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪信号发生器模块 22
4.2.1 正弦波信号发生器 22
4.2.2 方波信号发生器 23
4.2.3 Case选择结构的使用 25
4.3所用控件模板的介绍 26
4.4虚拟频谱分析仪前面板与程序框图 28
4.5频谱分析函数的设计 31
第五章虚拟仪器硬件设备-----数据采集卡介绍与使用 32
5.1测量系统的组成 32
5.2数据采集卡的基本性能指标 33
5.3数据采集系统的使用 35
第六章虚拟频谱分析仪的设计可行性研究与国内外现状 37
6.1本设计的可行性分析 37
6.2国内外现状的调查与研究 38
结论与展望 41
参考文献 42
致谢 43