畢業(yè)論文----虛擬儀器及l(fā)abview介紹

1、<p>　　1 虛擬儀器及LabVIEW介紹</p><p>　　1.1 虛擬儀器概述</p><p>　　測量儀器發(fā)展至今，大體經(jīng)歷了四代歷程，即模擬儀器、分立元件式儀器、數(shù)字化儀器和智能儀器。</p><p>　　由于微電子技術、計算機技術、通信技術、網(wǎng)絡技術的高度發(fā)展及其在電子測量技術與儀器上的應用，新的測試理論、新的測試方法、新的測試領域以及新的儀

2、器結構不斷出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)突破了傳統(tǒng)儀器的概念，電子測量儀器的功能和作用已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化，其中計算機處于核心地位，計算機軟件技術和測試系統(tǒng)更緊密地結合成一個有機整體，導致儀器的結構、概念和設計觀點等也發(fā)生了突破性的變化。在這種背景下，美國國家儀器公司（National Instruments）在20世紀80年代最早提出虛擬儀器（Virtual Instrument）的概念，同時推出了用于虛擬儀器開發(fā)的工程軟件包LabVIEW。NI

3、公司宣稱“The Software is the Instrument”，即“軟件就是儀器”。在這里，計算機是虛擬儀器的核心設備，該儀器的功能是通過軟件仿真實現(xiàn)的。它將傳統(tǒng)儀器由硬件電路實現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析處理與顯示功能，改由功能強大的計算機來執(zhí)行，所以計算機是其核心；當計算機與適當?shù)腎/O接口設備配置完畢，虛擬儀器的硬件平臺就被確定，此后軟件就成為儀器的關鍵部分，這也是“軟件就是儀器”之說的來由。這意味著只要按照測量原理</p>

4、<p>　　虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流，對科學技術的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的進步將產(chǎn)生不可估量的影響，同時對改善高校實驗教學儀器設備，提高教學質(zhì)量也是一個福音。</p><p>　　1.2labview簡介</p><p>　　LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一種圖形化的

5、編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。</p><p>　　圖形化的程序語言，又稱為“Ｇ”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增

6、強你構建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。</p><p>　　像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。</p><p>　　1.3 虛擬儀器技術</p><p>　　1.3.1 虛擬儀器的

7、定義</p><p>　　虛擬儀器（Virtual Instrument）是基于計算機的儀器。在計算機和儀器的密切結合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。粗略地說這種結合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器的功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀

8、器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。虛擬儀器是基于通用計算機的測試、測量和控制系統(tǒng)，由于能充分利用計算機的軟硬件資源，因此虛擬儀器具有功能強大、結構靈活和性價比高等特點，可在很大范圍內(nèi)替代傳統(tǒng)儀器。虛擬儀器通常具有一個或多個友好的虛擬面板（人機界面），用戶可通過虛擬面板很方便地進行操作。用戶可對虛擬儀器的功能和用途進行定義、組合和擴展，從而更快、更省和更方便的解決測試、測量和自動化的應用問題。 </p><p>　

9、　下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。</p><p>　　虛擬儀器由通用儀器硬件平臺（簡稱硬件平臺）和應用軟件兩大部分組成。</p><p>　　1.3.2 虛擬儀器硬件平臺</p><p><b>　　(1) 計算機</b></p><p>　　它一般為一臺PC機或者工作站，它是硬件平臺的核心。虛擬儀器使用的個人計算

10、機中，微處理器和總線成為最重要的因素。</p><p>　　其中，微處理器的發(fā)展是最迅速的，它使虛擬儀器的能力得到極大地提高。80年代末制造的虛擬儀器頻率分析儀完成一個1024點的快速傅立葉變換需要1秒鐘的時間；今天的系統(tǒng)可以在1毫秒內(nèi)完成同樣的運算，速度提高了一千倍。這意味著，如果以前人們是用虛擬儀器來做快速傅立葉變換觀察信號，那么今天可以利用它進行高速的實時運算，并將之應用于過程控制和其它控制系統(tǒng)中。<

11、/p><p>　　總線技術的發(fā)展也為提高虛擬儀器的處理能力提供了必要的支持。PCI總線性能比ISA總線提高了近十倍，使得微處理器能夠更快地訪問數(shù)據(jù)。使用ISA總線時，插在電腦中的數(shù)據(jù)采集板的采集速度最高為2MBps；使用PCI總線時，最高采集速度可提高到132MBps。由于總線速度的大大提高，現(xiàn)在可以同時使用數(shù)塊數(shù)據(jù)采集板，甚至圖象數(shù)據(jù)采集也可以和數(shù)據(jù)采集結合在一起。</p><p>　　(2

12、) I/O接口設備</p><p>　　I/O接口設備主要完成被測輸入信號的采集、放大、摸/數(shù)轉換。不同的總線有其相應的I/O接口硬件設備，如利用PC機總線的數(shù)據(jù)采集卡/板（簡稱為數(shù)采卡/板，DAQ）、GPIB總線儀器、VXI總線儀器模塊、串口總線儀器等。虛擬儀器的構成方式主要有5種類型，如圖1-2所示。</p><p><b>　　I/O接口設備</b></p

13、><p>　　圖1-2虛擬儀器的構成方式</p><p><b>　　·PC—DAQ系統(tǒng)</b></p><p>　　PC—DAQ系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集板、信號調(diào)理電路及計算機為儀器硬件平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用計算機本身的ISA總線，將數(shù)采卡/板（DAQ）插入計算機的空槽中即可。</p><p><

14、;b>　　·GPIB系統(tǒng)</b></p><p>　　GPIB系統(tǒng)是以GPIB標準總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。</p><p><b>　　·VXI系統(tǒng)</b></p><p>　　VXI系統(tǒng)是以VXI標準總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。</p>

15、;<p><b>　　·PXI系統(tǒng)</b></p><p>　　PXI系統(tǒng)是以PXI標準總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。</p><p><b>　　·串口系統(tǒng)</b></p><p>　　串口系統(tǒng)是以Serial標準總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀

16、器測試系統(tǒng)。</p><p>　　無論上述哪種VI系統(tǒng)，都通過應用軟件將儀器硬件與計算機相結合。</p><p>　　考慮到PC—DAQ插卡式虛擬儀器在五種虛擬儀器系統(tǒng)中，是虛擬儀器最基本最廉價的構成形式。在經(jīng)費不足或時間不充裕的情況下經(jīng)常被采用，下面就對這種虛擬儀器系統(tǒng)做簡單的介紹。</p><p>　　它的硬件平臺主要有PC計算機和數(shù)據(jù)采集卡（DAQ卡）組成。&

17、lt;/p><p>　　數(shù)據(jù)采集卡（DAQ卡）由以下幾個部分組成：</p><p>　　1. 多路開關。將各路信號輪流切換的放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集。</p><p>　　2. 放大器。將前一級多路開關切換進入待采集信號放大（或衰減）至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)。通常實際系統(tǒng)中放大器作成增益可調(diào)的放大器，設計者可根據(jù)輸入信號不同的幅值選擇不同的增益倍數(shù)。&

18、lt;/p><p>　　3. 采樣保持器。取出待測信號在某一瞬時的值（即實現(xiàn)信號的時間離散化），并在A/D轉換過程中保持信號不變，如果被測信號變化很緩慢，也可以不用采樣/保持器。</p><p>　　4. A/D轉換器。將輸入的模擬量轉化為數(shù)字量輸出，并完成信號幅值的量化。隨著電子技術的發(fā)展，目前通常將采樣/保持器同A/D轉換器集成在一塊芯片上。</p><p>　　以

19、上四個部分都處在計算機的前向通道，是組成數(shù)據(jù)采集卡的主要環(huán)節(jié)，與其它有關電路如定時/計數(shù)器、總線接口電路等集成在一塊印刷電路板上，即構成數(shù)據(jù)采集卡（DAQ卡），完成對信號數(shù)據(jù)的采集、放大及模/數(shù)轉換任務。</p><p>　　PC--DAQ插卡式虛擬儀器系統(tǒng)充分利用了PC計算機的機箱、總線、電源及軟件資源，但是因而也受到PC計算機機箱環(huán)境和計算機總線的限制，存在諸多的不足，如電源功率不足、散熱條件差等。</

20、p><p>　　1.3.3 虛擬儀器的軟件</p><p>　　開發(fā)虛擬儀器必須有合適的軟件工具，目前的虛擬儀器軟件開發(fā)工具有如下兩類。</p><p>　　文本式編程語言：如C ,Visual C + + , Visual Basic等</p><p>　　圖形化編程語言：如 LabVIEW,HPVEE等</p><p>

21、;　　這些軟件開發(fā)工具為用戶設計虛擬儀器應用軟件提供了最大限度的方便條件與良好的開發(fā)環(huán)境。本文中，虛擬儀器設計所涉及的是LabVIEW虛擬儀器編程語言。</p><p>　　虛擬儀器軟件由兩部分構成，即應用軟件和I/O接口儀器驅動程序。</p><p>　　虛擬儀器的應用程序包含兩方面功能的程序：</p><p>　　實現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序。</p&

22、gt;<p>　　定義測試功能的流程圖軟件程序。</p><p>　　I/O接口儀器驅動程序。這類程序用來完成特定外部硬件設備的擴展、驅動</p><p><b>　　和通信。</b></p><p>　　大部分虛擬儀器開發(fā)環(huán)境均提供一定程度的I/O設備支持。許多I/O驅動程序已經(jīng)集成在開發(fā)環(huán)境中。以LabVIEW為例，他能夠支持

23、串行接口、GPIB及VXI等標準總線和多種數(shù)據(jù)采集板，LabVIEW還可以驅動許多儀器公司的儀器，如Hewlett-Packard，Philips，Tektronix，B&K,Fluke等。同時，LabVIEW還可調(diào)用Windows動態(tài)連接庫和用戶自定義的動態(tài)連接庫中的函數(shù)，以解決對某些非NI公司支持的標準硬件在使用過程中的驅動問題。</p><p>　　1.4虛擬儀器的特點及優(yōu)勢</p>

24、<p>　　1.4.1 虛擬儀器的特點</p><p>　　虛擬儀器的起源可以追朔到20世紀70年代，那時計算機測控系統(tǒng)在國防、航天等領域已經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展。PC機出現(xiàn)以后，儀器級的計算機化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計算機上推出了LabVIEW2.0以前的版本。對虛擬儀器和LabVIEW長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認

25、的權威。</p><p>　　虛擬儀器的主要特點有：</p><p>　　盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。</p><p>　　可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。</p><p>　　用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。</p><p>　　多種技術的集成,

26、 包括硬件技術和軟件技術; 微電子技術、測量技術、計算機技術和網(wǎng)絡技術。</p><p>　　利用上述多個領域最新技術不斷地進步。</p><p>　　多種用途儀器設備的集合。</p><p>　　開發(fā)周期短、成本低、應用領域廣和性能價格比高。</p><p>　　1.4.2 虛擬儀器的優(yōu)勢</p><p>　　虛擬

27、儀器技術的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構建，所以應用面極為廣泛。虛擬儀器技術十分符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器”。它功能強大，可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動機參數(shù)、汽油標號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù)；它操作靈活，完全圖形化界面，風格簡約，符合傳統(tǒng)設備的使用習慣，用戶不經(jīng)

28、培訓即可迅速掌握操作規(guī)程。</p><p>　　1.5 LabVIEW開發(fā)平臺介紹</p><p>　　1.5.1 LabVIEW應用程序的構成</p><p>　　所有的LabVIEW應用程序，即虛擬儀器（NI），它包括前面板（front panel）、流程圖（block diagram）以及圖標/連接器（icon/connector）三部分。</p>

29、<p><b>　　1. 前面板</b></p><p>　　前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)有開關、旋鈕、圖形以及其他控制（control）和顯示對象（indicator）。圖1-3所示是一個隨機信號發(fā)生和顯示的簡單VI的前面板，上面有一個顯示對象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機數(shù)。還有一個控制對象——開關

30、，可以啟動和停止工作。顯然，并非簡單地畫兩個控件就可以運行，在前面板后還有一個與之配套的流程圖。</p><p><b>　　2. 流程圖</b></p><p>　　流程圖也稱為后面板，提供VI的圖形化源程序。在流程圖對VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件和連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結構

31、和連線等。圖１－4是與圖１－3對應的流程圖。我們可以看到流程圖中包括了前面板上的開關和隨機數(shù)顯示器的連線端子，還有一個隨機數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結構。隨機數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機信號送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下去，設置了一個While Loop循環(huán)，由開關控制這一循環(huán)的結束。</p><p><b>　　3. 圖標/連接器</b></p><p>　　VI

32、具有層次化和結構化的特征。一個VI可以作為子程序，這里稱為子VI（SubVI），被其他VI調(diào)用。圖標與連接器在這里相當于圖形化的參數(shù)。</p><p>　　1.5.2 LabVIEW的操作模板</p><p>　　在LabVIEW的用戶界面上，應特別注意它提供的操作模板，包括工具（Tools）模板、控制（Controls）模板和函數(shù)（Functions）模板。這些模板集中反映了該軟件的功能

33、與特征。</p><p>　　1. 工具模板（Tools Palette）</p><p>　　該模板提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具，如圖1-3所示。如果該模板沒有出現(xiàn)，則可以在Windows菜單下選擇Show Tools Palette命令以顯示</p><p>　　圖1-5 LabVIEW的工具模板</p><p>　　當從

34、模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標箭頭就會變成該工具相應的形狀。當從Windows菜單下選擇了Show Help Window功能后，把工具模板內(nèi)選定的任一種工具光標放在流程圖程序的子程序（Sub VI）或圖標上，就會顯示相應的幫助信息。</p><p>　　2. 控制模板（Controls Palette）</p><p>　　該模板用來給前面板設置各種所需的輸出顯示對象和輸入控制對象。每個

35、標代表一類子模板。</p><p>　　圖1-6 LabVIEW的控制模板</p><p>　　如果控制模板不顯示，可以用Windows菜單的Show Controls Palette功能打</p><p>　　開它，也可以在前面板的空白處，點擊鼠標右鍵，以彈出控制模板。</p><p>　　3. 功能模板（Functions Palette

36、）</p><p>　　該模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具，模板上的每一個頂層圖標都表示一個子模板。若功能模板不出現(xiàn)，則可以用Windows菜單下的Show Functions Palette功能打開它，也可以在流程圖程序窗口的空白處點擊鼠標右鍵以彈出功能模板，功能模板如圖1-7所示。</p><p>　　圖1-7 LabVIEW的功能模板</p><p>　　1.5.3

37、 LabVIEW的特點</p><p>　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engneering Workbench）是由美國國家儀器公司（NI）在1986年推出的一種基于圖形編程語言（G語言）的開發(fā)環(huán)境，它具有十分強大的功能，包括數(shù)值函數(shù)運算、數(shù)據(jù)采集、信號處理、輸入/輸出控制、信號生成、圖象的獲取、處理和傳輸?shù)鹊取abVIEW與C，Pascal，Basic等傳統(tǒng)編

38、程語言有著諸多相似之處，如相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制結構、程序調(diào)試工具，以及模塊化的編程特點等。</p><p>　　但二者最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語言用文本語言編程；而LabVIEW使用圖形語言（即各種圖標、圖形符號、連線等）編程，界面非常直觀形象，而且使用的都是測試工程師們熟悉的旋鈕、開關、波形圖等，因此是一種直覺式圖形程序語言。用LabVIEW編程無須太多編程經(jīng)驗，只要以很直覺的方法建立前面板人機界面和方框

39、圖程序，便可以完成編程過程，使用戶免于傳統(tǒng)程序語言線性結構的困擾，這對于沒有豐富編程經(jīng)驗的工程師們來說無疑是個極好的選擇。同時，LabVIEW的執(zhí)行順序是依方框圖間數(shù)據(jù)的傳遞來決定的，并不像傳統(tǒng)文字式編程語言必須逐行地執(zhí)行，因此用戶能設計出可同時執(zhí)行多個程序的流程圖。</p><p>　　采用LabVIEW編程，其主要特點就是將虛擬儀器分解為若干基本的功能模塊（相當于硬件設計的集成電路），模塊的引腳代表輸入/輸出

40、接口。編程者可以通過交互式手段，采用圖形化框圖設計的方法，完成虛擬儀器的邏輯和測量分析功能設計。LabVIEW程序設計過程與人們設計儀器的思維過程十分相似，程序框圖就實現(xiàn)了程序代碼功能，避免了一般程序設計從框圖構思到程序表示的繁瑣。LabVIEW編程的另一個優(yōu)點是將軟件的界面設計與功能設計獨立開來，修改人機交互界面無須對整個程序進行調(diào)試，這對設計像儀器操作面板這樣復雜的人機界面而言是十分方便的。LabVIEW還為用戶提供了函數(shù)擴展功能，

41、從而可以調(diào)用C等傳統(tǒng)編程語言寫的程序代碼、調(diào)用標準動態(tài)鏈接庫等。</p><p>　　1.5.4labview的優(yōu)勢</p><p>　　1. 圖形化編程環(huán)境。</p><p><b>　　2．可重用性高。</b></p><p>　　3．開發(fā)功能高效、通用。</p><p>　　4．支持多種儀器

42、和數(shù)采硬件的驅動。</p><p>　　5．查錯、調(diào)試能力強大。</p><p>　　6. 支持多種操作系統(tǒng)。</p><p>　　7. 網(wǎng)絡功能強大。</p><p><b>　　8．開放性強。</b></p><p>　　1.6虛擬儀器設計步驟</p><p>　　通常

43、，一個虛擬儀器的設計步驟如下。</p><p>　　（1）在前面板設計窗口放置控件</p><p>　　首先，在前面板開發(fā)窗口使用工具模板中的相應工具，從控制模板中取用和放置好所需控件，進行控件屬性參數(shù)設置，標貼文字說明標簽。</p><p>　?。?）在流程圖編輯窗口，放置節(jié)點、圖框</p><p>　　在流程圖編輯窗口，使用工具摸板中

44、相應工具，從功能模板中取用并放置好所需圖標，它們是流程圖中的“節(jié)點、圖框”。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)流編程</b></p><p>　　使用連線工具按數(shù)據(jù)流的方向將端口、節(jié)點、圖框依次相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)從源頭按規(guī)定的運行方式送到目的終點。</p><p><b>　　（4）運行檢驗</b></p>

45、;<p>　　當完成步驟（1）、（2）、（3）后，前面板程序與流程圖圖形化程序的設計完畢，一個虛擬儀器已基本建立，是否達到預期功能，還需運行檢驗。有如下兩種檢驗方式 。</p><p>　　a.防真檢驗：不使用I/O接口硬件設備。對VI檢驗運行所需的信號數(shù)據(jù)采用由“數(shù)組”或“信號生成函數(shù)”產(chǎn)生的“防真信號”。</p><p>　　b.實測檢驗：它通過I/O接口硬件設備，采集輸

46、入標準信號，來檢驗虛擬儀器的功能。</p><p>　　防真檢驗在實測檢驗之前進行，是虛擬儀器所特有的優(yōu)勢，因為它對反復檢驗，調(diào)試，不斷完善改進虛擬儀器極為方便，是傳統(tǒng)儀器無法采用的檢驗手段。</p><p>　　（5）程序調(diào)試技術</p><p>　　利用快捷工具欄中的“運行”、“高亮執(zhí)行”、“單步執(zhí)行”、“斷點設置”進行以下程序調(diào)試步驟。</p>

47、<p><b>　　1．找出語法錯誤</b></p><p>　　如果一個VI程序存在語法錯誤，則在面板工具條上的運行按鈕會變成一個折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。這時該按鈕被稱作錯誤列表。點擊它，則LabVIEW彈出錯誤清單窗口，點擊其中任何一個所列出的錯誤，選用Find功能，則出錯的對象或端口就會變成高亮。</p><p>　　2．設置執(zhí)行程序高亮&l

48、t;/p><p>　　在LabVIEW的工具條上有一個畫著燈泡的按鈕，這個按鈕叫做“高亮執(zhí)行”按鈕。點擊這個按鈕使它變成高亮形式，再點擊運行按鈕，VI程序就以較慢的速度運行，沒有被執(zhí)行的代碼灰色顯示，執(zhí)行后的代碼高亮顯示，并顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值。這樣，你就可以根據(jù)數(shù)據(jù)的流動狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。</p><p><b>　　3．斷點與單步執(zhí)行</b></p>

49、<p>　　為了查找程序中的邏輯錯誤，有時希望流程圖程序一個節(jié)點一個節(jié)點地執(zhí)行。使用斷點工具可以在程序的某一地點中止程序執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數(shù)據(jù)。使用斷點工具時，點擊你希望設置或者清除斷點的地方。斷點的顯示對于節(jié)點或者圖框表示為紅框，對于連線表示為紅點。當VI程序運行到斷點被設置處，程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點，以閃爍表示。按下單步執(zhí)行按鈕，閃爍的節(jié)點被執(zhí)行，下一個將要執(zhí)行的節(jié)點變?yōu)殚W爍，指示它將被執(zhí)行。你也可以點擊暫

50、停按鈕，這樣程序將連續(xù)執(zhí)行直到下一個斷點。</p><p><b>　　4．探針</b></p><p>　　可用探針工具來查看當流程圖程序流經(jīng)某一根連接線時的數(shù)據(jù)值。從Tools工具模板選擇探針工具，再用鼠標左建點擊你希望放置探針的連接線。這時顯示器上會出現(xiàn)一個探針顯示窗口。該窗口總是被顯示在前面板窗口或流程圖窗口的上面。在流程圖中使用選擇工具或連線工具，在連線上點

51、擊鼠標右鍵，在連線的彈出式菜單中選擇“探針”命令，同樣可以為該連線加上一個探針。</p><p><b>　　（6）數(shù)據(jù)觀察</b></p><p>　　當檢驗觀察中發(fā)現(xiàn)有錯誤時，鼠標單擊“Highlight Execution”按鈕，觀察數(shù)據(jù)流中各個節(jié)點的數(shù)值。</p><p><b>　?。?）命名存盤</b>&l

52、t;/p><p><b>　　保存設計好的VI。</b></p><p><b>　　2數(shù)據(jù)采集方法</b></p><p>　　2.1 采集卡的安裝和配置</p><p>　　利用LabVIEW實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集有許多種方式，其中最簡單的方式莫過于直接利用NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集

53、VI實現(xiàn)。</p><p>　　在選購了NI公司的數(shù)據(jù)采集卡后，首先是將數(shù)據(jù)采集卡安裝到計算機或相關的機箱中，插在相應的總線插槽上，安裝相應的驅動程序，這一步驟和其他許多計算機硬件一樣。并且NI公司還提供了一個專用的管理軟件Measurement&Automation Explorer，來對所有NI公司產(chǎn)品相關的硬件進行管理，針對數(shù)據(jù)采集卡，這個軟件可以完成NI公司數(shù)據(jù)采集卡的檢測、性能測試、屬性配置和刪

54、除。一般在硬件驅動程序安裝的同時，Measurement&Automation Explorer軟件會自動安裝在計算機上。在正式開始數(shù)據(jù)采集之前，必須要用Measurement&Automation Explorer軟件對數(shù)據(jù)采集卡進行檢測、性能測試和屬性配置，這一步對后面正確使用LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI完成數(shù)據(jù)采集至關重要。</p><p><b>　　2.2數(shù)據(jù)采集過程<

55、/b></p><p>　　在LabVIEW中，數(shù)據(jù)采集VI主要位于NI Measurments子模板，其到達途徑為All function→NI Measurments。在這個子模板中，又包括Data Acquisition和DAQMX-Data Acquisition兩個子模板提供不同的數(shù)據(jù)采集VI。其中，Data Acquisition子模板中是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集VI，面向單個的數(shù)據(jù)采集卡直接采進信號的電

56、壓值，其操作對象是單個的數(shù)據(jù)采集卡；而DAQMX-Data Acquisition子模板中的是數(shù)據(jù)采集DAQMX類型的數(shù)據(jù)采集VI，可以面向多個數(shù)據(jù)采集卡，其操作對象是信號輸入或輸出通道，并且采進來的電壓值可以根據(jù)預先給定的規(guī)則變換成實際的物理量值。</p><p>　　LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集實際上包含了模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入/輸出和計數(shù)器四種信號輸入輸出方式。其中，用的最多的方式是模擬輸入方式，這種方

57、式的數(shù)據(jù)采集過程一般經(jīng)過以下步驟：</p><p>　　1. 數(shù)據(jù)采集VI通知數(shù)據(jù)采集卡相關的采樣參數(shù)：采樣頻率、采樣次數(shù)、采樣通道和數(shù)據(jù)緩存的大小。</p><p>　　2. 采樣開始，多路開關對采樣通道進行一次依次掃描，每個通道采樣一個點。</p><p>　　3. 采樣的模擬信號送到A/D轉換器轉換成數(shù)字信號。</p><p>　　4.

58、 數(shù)字信號存儲到數(shù)據(jù)緩存。</p><p>　　5. 重復2—4的操作，直到采集到了所需的采樣次數(shù)，全部數(shù)據(jù)順序存儲到緩存中。</p><p>　　6. 從數(shù)據(jù)采集卡的緩存中讀取數(shù)據(jù)到計算機的內(nèi)存中。</p><p>　　3 基于LabVIEW的虛擬儀器實驗教學系統(tǒng)的實現(xiàn)</p><p>　　3.1 基于LabVIEW的函數(shù)信號發(fā)生器設計&l

59、t;/p><p>　　3.1.1 實驗原理和功能</p><p>　　函數(shù)信號發(fā)生器可以提供各種波形的周期信號函數(shù)。若波形的周期數(shù)為N、信號頻率為、采樣頻率為、采樣點數(shù)為M,則相互之間的關系為,由此式可決定需要生成的波形周期數(shù)。采樣點數(shù)必須滿足香農(nóng)采樣定理,即。</p><p>　　此虛擬儀器發(fā)生器完全可以代替目前實驗室廣泛使用的傳統(tǒng)的信號發(fā)生器。</p>

60、<p>　　3.1.2 函數(shù)信號發(fā)生器前面板設計</p><p>　　前面板由一個Ring控件、波形圖控件、兩個開關按鈕控件和九個數(shù)值控制器組成。分為控制區(qū)和顯示區(qū)兩部分?？刂茀^(qū)完成對信號相關屬性的輸入控制,通過改變控制區(qū)中各輸入控件的類型或數(shù)值,可以實現(xiàn)輸入頻率、幅度、初始相位、直流偏移各不相同的正弦波、方波、三角波、鋸齒波四種常用函數(shù)波形.其中占空比只對方波起作用,無法通過其實現(xiàn)正弦波、三角波和鋸

61、齒波的波形偏移。</p><p>　　圖3-1函數(shù)信號發(fā)生器前面板</p><p>　　3.1.3 虛擬信號發(fā)生器后面板設計</p><p>　　LabVIEW的All function→Analyze→Signal Processing→Waveform Generation子模板下有豐富的仿真信號子VI，如基本函數(shù)信號發(fā)生器、正弦波序列發(fā)生器、方波序列發(fā)生器等。

62、我們只要把需要的子VI放入一個While結構即可構成典型信號發(fā)生器系統(tǒng)。</p><p>　　圖3-2 基本函數(shù)信號發(fā)生器子VI 圖3-3While結構</p><p>　　圖3-4 虛擬信號發(fā)生器后面板流程圖</p><p>　　3.1.4 調(diào)試和運行</p><p>　　在運行之前，應先在前面板中對信號控件參數(shù)進

63、行設置。這時請注意設置的參數(shù)要滿足香農(nóng)采樣定理,即。只要合理的設置才會生成另人滿意的信號波形。</p><p>　　3.2信號相位幅度差顯示計設計</p><p>　　3.2.1 實驗原理和功能</p><p>　　可以從視覺上在同一個波形圖上觀察兩個同頻正弦波的差別。兩個正弦波信號的幅值、相位都可由用戶選擇設定；信號的采樣點數(shù)、采樣周期數(shù)可由用戶選擇。利用Labv

64、iew中強大的運算功能和豐富的仿真信號子VI，我們很容易做到這一點。</p><p>　　3.2.2 信號相位幅度差顯示計前面板設計</p><p>　　前面板由一個波形圖控件、兩個數(shù)值顯示控件和六個數(shù)值輸入控件組成。數(shù)值輸入控件用來對波形的幅值、相位、采樣點數(shù)參數(shù)進行設置。顯示控件用來輸出數(shù)值的相位差和幅度。波形圖控件用來顯示生成的波形。</p><p>　　圖3

65、-5信號相位幅度差顯示計前面板</p><p>　　3.2.3 信號相位幅度差顯示計后面板設計</p><p>　　執(zhí)行Controls→Analyze→Signal Processing→Waveform Generation操作，它的子模板下有豐富的仿真信號子VI，如基本函數(shù)信號發(fā)生器、正弦波序列發(fā)生器、方波序列發(fā)生器等。我們可以利用它們產(chǎn)生我們需要的信號。</p>&l

66、t;p>　　執(zhí)行Controls→Array→Build Array 操作，放置一個圖標，并增加一個輸入，目的是將兩個輸入合稱為一個二維數(shù)組。</p><p>　　圖3-6信號相位幅度差顯示計后面板流程圖</p><p>　　3.2.4 調(diào)試和運行</p><p>　　在運行之前，應先在前面板中對信號控件參數(shù)進行設置。大家可以嘗試不同的設置來生成不同的信號波形

67、和顯示結果。</p><p>　　3.3 虛擬巴特沃斯濾波器設計</p><p>　　3.3.1 實驗原理和功能</p><p>　　3.3.1.1 實驗原理</p><p>　　在測試信號處理中,通常需要對噪音干擾進行抑制或衰減,但同時又希望測試信號能正常通過,這時可選用一種對特定頻率具有選擇性的電路來達到上述目的,這就是濾波的概念.<

68、;/p><p>　　濾波器是一種具有頻率選擇功能的裝置,它使信號中特定的頻率成分通過而極大地衰減其他頻率成分.在測試系統(tǒng)中,利用濾波器的這種篩選作用,可以濾除噪聲干擾或進行譜儀分析.</p><p>　　巴特沃斯濾波器擁有最平滑的頻率響應，在截止頻率以外，頻率響應單調(diào)下降。在通帶中是理想的單位響應，在阻帶中響應為零。巴特沃斯濾波器的優(yōu)點是具有平滑的單調(diào)遞減的頻率響應。過渡帶的陡峭程度正比于濾波

69、器的階數(shù)。巴特沃斯低通濾波器是一種所謂最平通帶特性逼近理想低通特性的濾波器。其幅頻特性為：</p><p><b>　　|H()|=</b></p><p>　　式中是低通截止頻率，n=1、2、3……為濾波器的階次。</p><p>　　巴特沃斯濾波器的幅頻特性有以下幾個特點：</p><p>　　1.當=0時，|H()

70、|取最大值，|H(0)|=1；</p><p>　　2.當=時，|H()|=， 稱為低通濾波器的截止頻率；</p><p>　　3.n值越大，幅頻特性曲線越接近理想特性曲線。在(/)<1(通帶范圍)時，n增加則減小，曲線越平坦；在(/)>1(阻帶范圍)時，n增大，則增大，|H()|越趨于零值，衰減越快。</p><p>　　3.3.1.2 功能</

71、p><p>　　該儀器可實現(xiàn)生成正弦波、方波、三角波等典型信號，并通過Butterworth filter進行濾波。典型信號頻率、幅值、初始相位均可由用戶自己設定。濾波器類型可選擇高通、低通、帶通和帶阻，濾波階次、低截止頻率、高截止頻率都可任意選擇。并且信號可以隨時復位和停止輸出。典型信號及濾波后信號最后送顯示器顯示波形。該儀器可作為濾波器綜合實驗。</p><p>　　3.3.2 虛擬巴特沃

72、斯濾波器前面板設計</p><p>　　前面板由兩個波形圖控件、兩個Ring控件、兩個開關按鈕控件和十個數(shù)值控制器組成。兩個波形圖控件分別用來顯示生成的虛擬仿真信號波形和該信號經(jīng)過濾波后的波形；兩個Ring控件分別用來進行波形選擇和濾波器類型選擇，波形可選擇正弦波、方波、三角波和鋸齒波，濾波器類型可選擇高通、低通、帶通和帶阻；十個Numeric Controls分別用來對源信號波形參數(shù)進行設置和濾波器參數(shù)進行設置

73、。</p><p>　　圖3-7巴特沃斯濾波器前面板</p><p>　　3.3.3 虛擬巴特沃斯濾波器后面板設計</p><p>　　在巴特沃斯濾波器后面板中有一個非常重要的子程序---Butterworth filter.vi。其到達路徑為：All function→Analyze→Signal Processing→Filter。它有</p>&

74、lt;p>　　圖3-8 Butterworth filter.vi</p><p>　　圖3-9巴特沃斯濾波器后面板流程圖</p><p>　　六個輸入端和兩個輸出端，分別為源信號輸入、采樣頻率、濾波類型、階次、低截止頻率、高截止頻率和濾波后信號輸出、錯誤輸出，它們與前面板上的控件相連。通過前面板上的參數(shù)輸入，即可對輸入的欲處理信號進行濾波。</p><p>

75、　　為了將仿真信號的波形的橫軸起點、橫軸分度值和幅值合成一個整體，后面板中還使用了簇結構，在Cluster子模板上選擇Bundle，它有三個輸入量：橫軸起點，設為0；橫軸分度值，由采樣頻率的倒數(shù)，即采樣間隔決定；輸入信號幅值。</p><p>　　3.3.4 調(diào)試和運行</p><p>　　對信號頻率、采樣頻率和采樣點數(shù)的設置原則，前面已經(jīng)介紹的很詳細了，這里不再贅述。對低截止頻率和高截止

76、頻率應該注意是：當虛擬巴特沃斯濾波器作為低通濾波器使用時，其高截止頻率被忽略，而低截止頻率必須滿足奈奎斯特采樣定理的條件。濾波器的階次是越高，其幅頻特性曲線過渡帶衰減越快。</p><p>　　3.4 虛擬信號頻譜分析儀的設計</p><p>　　3.4.1 實驗原理和功能</p><p>　　信號的頻譜描述是以頻譜f（=2f）為橫坐標變量來描述信號幅值、相位的變化

77、規(guī)律。</p><p>　　3.4.1.1 周期信號與離散頻譜</p><p>　　在有限的區(qū)間上的周期函數(shù)x(t)可以展開成傅立葉級數(shù)。傅立葉級數(shù)有兩種表達式</p><p>　　1. 傅立葉級數(shù)的三角函數(shù)展開式：</p><p>　　x(t)=sinnt+cosnt</p><p>　　=+(sinnt+cosnt

78、)</p><p>　　=+sin(nt+)</p><p>　　式中：=是直流分量；</p><p>　　=是余弦分量的幅值；</p><p>　　=是正弦分量的幅值；</p><p>　　=是各頻率分量的幅值；</p><p>　　=arctan是各頻率分量的相位；</p>&

79、lt;p><b>　　=是角頻率；</b></p><p>　　以角頻率n為橫軸，幅值或相角為縱軸作圖，則分別得到幅頻譜圖和相頻譜圖，它們是單邊譜，n由0→∞。</p><p>　　2. 傅立葉級數(shù)的復指數(shù)函數(shù)展開式：</p><p>　　x(t)=(m=0，1，2) (3-1)</p><p><b&

80、gt;　　式中為傅立葉系數(shù)。</b></p><p>　　=+=|| (3-2)</p><p><b>　　又=+j=||</b></p><p>　　根據(jù)歐拉公式= cosmt-j sinmt，代入式(3-2)可得</p><p><b>　　==</b></p>

81、;<p><b>　　==</b></p><p><b>　　||==</b></p><p><b>　　=arctan=-</b></p><p>　　m=0，常值分量==</p><p>　　以||-m和-m作圖分別為幅頻譜圖和相頻譜圖，它們都是雙邊譜，m

82、從-∞→+∞。</p><p>　　3. 周期信號頻譜的特點</p><p>　　離散性。只在n離散值上取值或只在m離散點上取值。</p><p>　　諧波性。每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍的頻率上，基波頻率是主分量頻率的公約數(shù)，相鄰譜線間隔為。</p><p>　　收斂性。常見的周期信號幅值總的趨勢是隨諧波次數(shù)的增高而減小。由于這種收斂性

83、，實際測量中可以在一定誤差允許范圍內(nèi)忽略次數(shù)過高的諧波分量。</p><p>　　3.4.1.2 非周期信號與連續(xù)頻譜</p><p>　　1. 頻譜密度函數(shù)X(w)</p><p>　　對于非周期信號，可以看作周期T為無窮大的周期信號。當周期趨近無窮大時，則基波譜線及譜線間隔=趨近無窮小，從而離散的頻譜就變成了連續(xù)的，所以非周期信號的頻譜是連續(xù)的。</p&g

84、t;<p>　　傅立葉級數(shù)的復指數(shù)函數(shù)展開式為：</p><p>　　x(t)= (3-3)</p><p><b>　　傅立葉系數(shù)</b></p><p>　　= (3-4)</p><p>　　當周期T→∞，譜線間隔=2/T趨近無窮小，離散量m( m=

85、0，1，2,……)變?yōu)檫B續(xù)量，傅立葉系數(shù)的模||趨于無窮小，故作不出||-m的幅頻圖，但各條譜線比例保持不變。將它放大T倍，則(3-4)變?yōu)椋?lt;/p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　因為有→d，所以有</b></p><p><b>　　=</b></p>

86、<p>　　由于時間T是積分變量，故上式積分后，僅是的函數(shù)，并記作X()或，即</p><p><b>　　X()==dt= </b></p><p>　　X()或X(f)表示單位頻段的頻率分量，是復數(shù)，稱為x(t)的頻率密度函數(shù)。</p><p>　　2. 非周期信號的傅立葉積分表示</p><p>　　作為

87、周期T為無窮大的非周期信號，當周期T→∞時，頻譜譜線間隔→d，T→，離散變量m→變?yōu)檫B續(xù)變量，求和運算就變成求積分運算。于是(3-3)就變?yōu)椋?lt;/p><p><b>　　x(t)== =</b></p><p>　　這就是傅立葉積分。記為x(t)=。于是就有</p><p><b>　　=dt</b></p>

88、<p><b>　　x(t)= d</b></p><p>　　將=2f帶入以上兩式，得</p><p><b>　　x(t)= df</b></p><p><b>　　X(f)= </b></p><p><b>　　X()=2X(f)</b&

89、gt;</p><p>　　作| X()-|或|X(f)-f|圖，就稱為非周期信號的幅值譜密度。</p><p>　　非周期信號用傅立葉級數(shù)來表示，其頻譜為連續(xù)的，它由無限多個頻率無限接近的頻率成分組成。各頻率上譜線幅值趨于無窮小，故用頻譜密度表示，它在數(shù)值上相當于將分量放大T=2/d倍，同時保持各頻率分量幅值相對分布規(guī)律不變。</p><p>　　3.4.1.3

90、離散時間信號的頻譜</p><p>　　在以計算機為中心的測試系統(tǒng)中，模擬信號x(t)進入計算機前先經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)中的采樣器，將連續(xù)時間信號變?yōu)殡x散時間信號，成為采樣信號后再經(jīng)A/D轉換器在幅值上量化為離散的數(shù)字信號。這樣，就會引起頻域上的一些變化。</p><p><b>　　1. 采樣定理</b></p><p>　　連續(xù)時間信號

91、x(t)被數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)中的采樣器以等時間間隔T采樣，則采樣時刻0、T、2T、……所得信號x(t)的瞬時值，就構成了連續(xù)信號x(t)的離散時間序列，(i=0、1、2……)。采樣信號的頻譜在幅值上比信號x(t)的頻譜X()放大了1/T倍，并呈現(xiàn)周期行，周期為。</p><p>　　采樣是把連續(xù)時間信號變?yōu)殡x散時間序列的過程。這一過程相當于在連續(xù)時間信號上“抽取”許多離散時刻iT(i=0、1、2……)上的信號瞬

92、時值。其中T是采樣間隔，=2/T為采樣角頻率，它們的取值是個很重要的問題。即采樣頻率，必須滿足關系：</p><p><b>　　≥2</b></p><p>　　式中為信號的最高頻率分量。當≤時，也就是采樣頻率=2/T≥2時，可以通過加一理想低通濾波器提取主分量，濾除全部m≥1的高頻分量，從而由X()恢復原信號x(t)在理論上無誤差。但是在實際工程中的低通濾波器不可

93、能有理想的低通特性，故采樣頻率需要更高，通常為=(4～20) 。如果采樣頻率不滿足采樣定理，譜線就會重疊，即使采用理想低通濾波器也不可能將混入的高頻主分量濾除。</p><p>　　2. 離散傅立葉變換</p><p>　　當采樣點i=0、1、2……N，共有N個，即無限長信號截斷后變?yōu)橹芷谛盘枺l譜由連續(xù)譜變?yōu)殡x散譜，即=K(K=0、1、2、……N-1)，于是有離散傅立葉變換(DFT)的定

94、義式如下：</p><p>　　X(K)=x(iT)= x(i) (3-5)</p><p>　　x(t)= X(K)=X(K) (3-6)</p><p><b>　　式中=是復數(shù)因子。</b></p><p>　　欲對連續(xù)時間信號x(t)用計算機進行離散傅立葉變換，首先經(jīng)采樣器對它進行采樣，滿足采樣頻

95、率為==2/T(T為采樣間隔)，從而獲得時間離散的信號(t)，它是一個無限長的離散的時間序列 (i=0,1,2,……)。實際上，只能對有限長的信號進行分析與處理，所以必須對無限長離散序列截斷，只取有限長時間=NT中的N個有限數(shù)據(jù) (i=0,1,2,……)。這樣，無限長時間信號x(t)就變成有限長時間信號=NT的周期信號。因此，其頻譜的特點是具有離散性、諧波性、周期性。</p><p>　　當對信號x(t)進行采樣

96、 ，共N個采樣點，得離散時間序列x(i) (i=0,1,2,…，N-1)，代入式(3-5)可得離散時間序列的頻譜X(K) (k=0,1,2,…，N-1)，共N條譜線，其中有效譜線N/2條；反之，將N條譜線代入式(3-6)，則可得i=0,1,2,…，N-1共N個離散時間序列x(i)。當N=4時，總計需+N(N-1)=28次運算；當N=1024時，則需要進行2096068次運算。如此多的計算次數(shù)使DFT不可能在實際工程中得到應用，因而出現(xiàn)了

97、各種用于減少DFT計算次數(shù)的算法。如基2時間奇偶分解算法等。那些能夠減少計算次數(shù)，縮短計算時間，能在工程實際中用來實現(xiàn)DFT計算的快速算法就稱為快速傅立葉變換，簡稱FFT。在許多軟件的工具箱中，已有各種實用函數(shù)或功能模板可供使用。LabVIEW就提供了這樣的功能模塊。</p><p>　　虛擬信號頻譜分析儀的功能主要是用來對生成的仿真信號進行FFT變換，獲得該時域信號的頻譜圖。</p><p&

98、gt;　　3.4.2 虛擬信號頻譜分析儀的前面板設計</p><p>　　前面板由一個數(shù)值控制器、兩個波形圖控件、兩個Ring控件、三個旋鈕控件組成。兩個波形圖控件分別用來顯示生成的虛擬仿真信號波形和該信號經(jīng)過FFT變換后的頻譜；兩個Ring控件分別用來進行波形選擇和加窗類型選擇，波</p><p>　　圖3-10 虛擬信號頻譜分析儀前面板</p><p>　　形可

99、選擇正弦波、方波、三角波和鋸齒波，加窗類型有海寧窗、漢明窗和三角窗可供選擇，三個旋鈕控件分別用來對信號頻率、采樣頻率、幅值參數(shù)進行設置，數(shù)值控件對采樣點數(shù)進行設置。</p><p>　　3.4.3 虛擬信號頻譜分析儀的后面板設計</p><p>　　該虛擬儀器應實現(xiàn)典型實驗信號的產(chǎn)生，并可以對典型實驗信號進行FFT變換，并顯示計算結果。所以其后面板流程圖應該由信號產(chǎn)生、信號分析和處理、模塊

100、組成，下面就對在這兩個功能模塊分別加以介紹。</p><p>　　3.4.3.1 典型實驗信號生成模塊</p><p>　　此模塊與虛擬信號發(fā)生器系統(tǒng)的基本類似，這里不再贅述。</p><p>　　3.4.3.2 虛擬信號分析和處理模塊</p><p>　　此模塊如圖3-11，主要做的就是對生成的虛擬信號進行FFT變換，以獲得它的頻譜圖。主要

101、由Hamming Windonw、Hanning Windonw、Triggle Windonw和FFT子VI組成，它們的圖標分別如3-12、3-13、3-14、3-15所示。下面對它們做簡單的介紹。</p><p>　　圖3-11 虛擬信號分析和處理模塊</p><p>　　圖3-12 Hamming Windonw.vi 圖3-13 Hanning Windon

102、w.vi</p><p>　　圖3-14 Triggle Windonw.vi 圖3-15 FFT.vi</p><p>　　1.窗函數(shù)子VI。它們的到達路徑為All function→Analyze→Signal Processing→Windonws，無論是Hamming Windonw還是Hanning Windonw和Triggle Windonw，都

103、是把無限長的信號進行截取，并防止泄漏。</p><p>　　2. FFT子VI。它的到達路徑為All function→Analyze→Signal Processing→Frequency Domain，F(xiàn)FT子VI對輸入的參數(shù)進行傅立葉變換，輸出參數(shù)為經(jīng)過變換后得到的數(shù)據(jù)序列，通常情況下為復數(shù)序列，而不是我們常用的實數(shù)幅值數(shù)據(jù)序列。所以，要避免犯這樣的錯誤：直接將這個輸出序列當作幅頻特性數(shù)據(jù)序列，送入Grap

104、h VI，希望得到幅頻特性曲線。所以，應先將FFT子VI輸出參數(shù)經(jīng)過Complex To Polar，再送到Graph VI。</p><p>　　圖3-16 虛擬信號頻譜分析儀后面板流程圖</p><p>　　3.4.4 調(diào)試和運行</p><p>　　在運行之前，應先在前面板中對信號控件參數(shù)進行設置。采樣頻率fs的最大值應是仿真信號頻率fx的n（一個周期采樣點數(shù)

105、）倍，且總點數(shù)N≥n。只要合理的設置才會生成另人滿意的信號波形。</p><p>　　3.5 虛擬調(diào)制解調(diào)器的設計</p><p>　　3.5.1 實驗原理和功能</p><p>　　用該調(diào)制解調(diào)器可觀察調(diào)幅波，以及經(jīng)過巴特沃斯濾波器濾波后的解調(diào)波形。</p><p>　　(1)調(diào)幅波的數(shù)學表達式及其特性</p><p&g

106、t;　　u(t)=EmZ(t) (3-8)</p><p>　　式中Em----比例常數(shù);----高頻載波角頻率; Z(t)----低頻緩變信號,其上限角頻率為;</p><p>　　式(3-8)就是調(diào)幅波的一般數(shù)學表達式,它反映了低頻緩變信號Z(t)對一高頻Z(t) ()振蕩信號()的控制.通常=(5—10).</p><p>　　一般將控制高

107、頻信號的緩變信號稱為調(diào)制信號,載送緩變信號的高頻()振蕩信號()稱為載波.利用信號Z(t)來控制或改變高頻振蕩的幅值稱為調(diào)制過程.</p><p><b>　　(2)調(diào)幅波的解調(diào)</b></p><p>　　調(diào)幅波u(t)的幅值反映調(diào)制信號Z(t)數(shù)值的變化,在調(diào)制器之后加解調(diào)器,可將被測的調(diào)制信號Z(t)與調(diào)幅波分離,并最后提取出來.解調(diào)器由乘法器和低通濾波器組成,

108、其原理框圖如圖3-17 所示.</p><p>　　圖3-17 解調(diào)器原理圖</p><p>　　解調(diào)器中的乘法器有兩個輸入信號，一個是待解調(diào)波u(t)：</p><p>　　u(t)=EZ(t)</p><p>　　式中E為比例常數(shù)。另一個輸入信號是參考信號(t)，它應是與載波頻率相同的高頻信號?？紤]到實際情況中與載波信號會有一個相位差θ，

109、則(t)為：</p><p>　　(t)=sin(t+θ)</p><p>　　于是乘法器的輸出y(t)為：</p><p>　　y(t)= u(t)·(t)=E Z(t)·sin(t+θ)</p><p>　　令A=E，并根據(jù)三角函數(shù)關系，所以</p><p>　　y(t)=AZ(t) sin(t

110、+θ)</p><p><b>　　=Z(t)</b></p><p>　　=Z(t)cosθ-Z(t)</p><p>　　當乘法器后接的低通濾波器的截止頻率遠小于頻率2，并大于信號Z(t)的最高頻率時，于是解調(diào)器的高頻分量將被低通濾波器大大衰減，而只有差額信號項Z(t)cosθ輸出，于是，解調(diào)器的輸出f(t)為：</p>&l

111、t;p>　　f(t)=Z(t)cosθ</p><p>　　該儀器的功能是生成兩個幅值、相位和頻率可調(diào)的正弦波，這兩個正弦波一個是高頻信號作為載波信號，另一個是低頻信號作為調(diào)制信號。低頻信號經(jīng)高頻載波后形成調(diào)幅波，調(diào)幅波再經(jīng)巴特沃斯濾波器濾波后解調(diào)，并同時輸出調(diào)幅波和解調(diào)后信號的波形。</p><p>　　3.5.2 調(diào)幅波解調(diào)器前面板設計</p><p>　

112、　前面板由兩個Waveform Graph控件分別顯示調(diào)幅波和解調(diào)信號的波形，高頻和低頻信號源參數(shù)、濾波器低截止頻率由用戶選擇。</p><p>　　3.5.3 調(diào)幅波解調(diào)器后面板設計</p><p>　　該后面板流程圖采用乘法器實現(xiàn)兩個正弦波信號的調(diào)制，采用前一節(jié)設計的巴特沃斯低通濾波器實現(xiàn)解調(diào)器，此后面板中的各功能模塊和子VI前面都已介紹，此處不再贅述。</p><

113、p>　　3.5.4 調(diào)試和運行</p><p>　　在運行之前，應先在前面板中對信號控件參數(shù)進行設置。這時請注意設置的參數(shù)要滿足香農(nóng)采樣定理,即。只要合理的設置才會生成另人滿意的信號波形。</p><p>　　圖3-18 調(diào)幅波解調(diào)器前面板</p><p>　　圖3-19 調(diào)幅波解調(diào)器后面板流程圖</p><p><b>　　

114、結 束 語</b></p><p>　　數(shù)字信號處理技術是本文理論知識的基礎，而虛擬儀器的基本思想和LabVIEW開發(fā)平臺則是程序開發(fā)設計過程中有力的工具。如果缺乏基礎性的理論知識，就無法很好地運用開發(fā)工具，無法解釋在開發(fā)過程中所遇到的問題，也就無法開發(fā)出具有使用價值的虛擬儀器；如果缺乏功能強大的開發(fā)平臺，再扎實的理論知識也難以轉化為有效的、實用的工具。在本文的初期準備階段，認真閱讀和參考了大量有關信