畢業(yè)論文-基于labview的虛擬頻譜分析儀設計【精校排版】

1、<p>　　本科畢業(yè)設計（論文）</p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要…………………………………………………………………………………………Ⅲ<

2、/p><p>　　Abstract……………………………………………………………………………………Ⅳ</p><p>　　第一章 引言………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 課題背景與研究意義……………………………………………………………1</p><p>　　1.2 國內外研究現(xiàn)狀………

3、…………………………………………………………2</p><p>　　1.2.1 傳統(tǒng)頻譜分析儀…………………………………………………………2</p><p>　　1.2.2 現(xiàn)代頻譜分析儀…………………………………………………………2</p><p>　　1.2.3 虛擬儀器的現(xiàn)狀…………………………………………………………3</p><p

4、>　　1.3 研究內容…………………………………………………………………………3</p><p>　　第二章 虛擬儀器及LabVIEW介紹………………………………………………………5</p><p>　　2.1 虛擬儀器的基本概念……………………………………………………………5</p><p>　　2.1.1 虛擬儀器含義………………………………………

5、……………………5</p><p>　　2.1.2 虛擬儀器的特點…………………………………………………………6</p><p>　　2.1.3 虛擬儀器的構成及分類…………………………………………………6</p><p>　　2.2 LabVIEW簡介 ……………………………………………………………………7</p><p>　　2.2

6、.1 LabVIEW含義……………………………………………………………7</p><p>　　2.2.2 LabVIEW軟件的特點與優(yōu)點……………………………………………9</p><p>　　第三章 虛擬頻譜分析儀…………………………………………………………………11</p><p>　　3.1 頻譜分析儀的介紹 ………………………………………………………

7、……11</p><p>　　3.2 虛擬頻譜分析儀的設計功能 …………………………………………………11</p><p>　　3.2.1 時域分析 ………………………………………………………………11</p><p>　　3.2.2 頻譜分析…………………………………………………………………11</p><p>　　3.2.3 倒頻

8、譜分析………………………………………………………………12</p><p>　　3.2.4 希氏伯特變換……………………………………………………………13</p><p>　　3.2.5 時域加窗…………………………………………………………………14</p><p>　　3.2.6 濾波功能…………………………………………………………………17</p&g

9、t;<p>　　第四章 基于LabVIEW虛擬頻譜分析儀設計與實現(xiàn)……………………………………20</p><p>　　4.1 虛擬頻譜分析儀系統(tǒng)結構……………………………………………………20</p><p>　　4.2 基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀前面板設計………………………………20</p><p>　　4.3 所用控件模板的介紹…

10、…………………………………………………………25</p><p>　　4.3.1 時域加窗…………………………………………………………………25</p><p>　　4.3.2 FFT分析…………………………………………………………………26</p><p>　　4.3.3 幅度-相位譜……………………………………………………………28</p>

11、<p>　　4.3.4 功率譜…………………………………………………………………29</p><p>　　4.3.5 倒頻譜…………………………………………………………………31</p><p>　　4.3.6 希氏伯特變換…………………………………………………………32</p><p>　　第五章 結論與展望…………………………………………………

12、……………………33</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………………………34</p><p>　　致謝 …………………………………………………………………………………………35</p><p>　　基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀設計</p><p><b>　　摘要</b>

13、</p><p>　　信號處理幾乎涉及到所有的工程技術領域，而頻譜分析正是信號處理中一個非常重要的分析手段。一般的頻譜分析都依靠傳統(tǒng)頻譜分析儀來完成，價格昂貴，體積龐大，不便于工程技術人員的攜帶。隨著微電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡通信技術和軟件技術的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的儀器開始向計算機化的方向發(fā)展。虛擬儀器，就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義、具有虛擬前面板、測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)

14、，既可以進行實時的信號分析、顯示,又可以在離線條件下對存儲的采集結果進行各種軟件處理。通過軟件編寫及硬件配置,虛擬儀器可以實現(xiàn)完全由用戶自己定義、適合不同應用環(huán)境和對象的各種功能。采用虛擬儀器技術,只需在相應的硬件支持下,即可以用軟件編程來實現(xiàn)虛擬頻譜分析儀。</p><p>　　本論文介紹了虛擬頻譜分析儀的設計和實現(xiàn)，該系統(tǒng)是基于圖象化編程語言——LabVIEW而編寫的，整個系統(tǒng)由虛擬信號發(fā)生器模塊和頻譜分析模

15、塊兩部分組成。虛擬信號發(fā)生器模塊能夠產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波等標準信號，并且可以疊加各種干擾噪聲；頻譜分析模塊主要是對上述信號進行濾波和加窗函數(shù)處理，輸出處理后的波形，同時進行時域分析、頻域分析以及諧波分析。同時這個虛擬儀器具有友好的人機界面。</p><p>　　關鍵詞：虛擬儀器；虛擬頻譜分析儀；LabVIEW；FFT</p><p>　　The Design of Virtua

16、l Spectrum Analyzer Based on LabVIEW</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Signal processing involved in almost all areas of engineering,and analysis of the spectrum signal processing is

17、 a very important means of analysis,The general analysis of the spectrum have to rely on traditional spectrum analyzer which is expensive,bulky and not easy to bring for the engineers and technicians.With the rapid devel

18、opment of micro-electronics, computer, network communication t and software’s technique, the tradition instrument is changed in the computerized direction.Virtual instru</p><p>　　In this paper the design and

19、 implementation of virtual spectrum analyzer are presented. The system is designed by using the graphical programming language LabVIEW. The whole system is composed of both virtual signal generator and spectrum analysis.

20、The virtual signal generator can generate sine wave,triangle wave,square wave, sawtooth wave and other standard signal.It window function on it, then to output the processed signals. It also analyzes time domain,frequenc

21、y domain and harmonic of wave at</p><p>　　Key words:Virtual instrument, Virtual spectrum analyzer, LabVIEW ,FFT</p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　1.1 課題背景與研究意義</p>

22、<p>　　現(xiàn)代計算機技術和信息技術的迅猛發(fā)展，猶如滾滾長江東流水，沖擊著國民經(jīng)濟的各個領域，也引起了測量儀器和測試技術的巨大變革。人們曾為測量儀器從模擬化、數(shù)字化到智能化的進步而欣喜，也為自動測試技術的日新月異的發(fā)展所鼓舞，當今虛擬儀器技術的出現(xiàn)又使得測量儀器進步入了高科技的殿堂。虛擬儀器利用軟件在微機屏幕上構成虛擬儀器面板,在硬件的支持下對信號進行采樣,既可以進行實時的信號分析、顯示,又可以在離線條件下對存儲的采集結果

23、進行各種軟件處理。通過軟件編寫及硬件配置,虛擬儀器可以實現(xiàn)完全由用戶自己定義、適合不同應用環(huán)境和對象的各種功能。</p><p>　　由于在機械測試中所需的測試儀器繁多復雜，導致對一些簡單的測試工作也需要大量的人力、物力。LabVIEW虛擬儀器圖形編程語言可組建虛擬測試系統(tǒng)，利用“軟件就是儀器”的技術方法，減少測試中的設備，同樣實現(xiàn)信號進行實時采集、處理、分析的目的。編程對工程技術人員來說是件麻煩事,LabVIE

24、W軟件用圖形編程語言,直觀簡單、易于操作。使用LabVIEW用戶可以隨意創(chuàng)建程序,并把它當作子程序調用,以創(chuàng)建更復雜的程序,且調用的層次沒有限制。LabVIEW這種創(chuàng)建和調用子程序的方法,使創(chuàng)建的程序結構模塊化,更易于調試、理解和維護。同時,LabVIEW能夠虛擬很多常規(guī)儀器,通過計算機仿真完成不同的功能,這樣既可節(jié)省設備投入的開支,又提高了效率。因此,學習和掌握LabVIEW的使用方法，用LabVIEW來設計虛擬頻譜分析儀，是適合工程

25、實際并能應用于實踐的很可行的設計。</p><p>　　傳統(tǒng)頻譜分析儀價昂且性能受限于頻寬范圍、濾波、頻譜分析儀器的數(shù)目與最大的多任務交換時間，且攜帶不方便。隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，利用虛擬儀器技術設計頻譜分析儀彌補了傳統(tǒng)頻譜分析儀的缺點，而且還有傳統(tǒng)頻譜分析儀所不具備的四大優(yōu)勢：性能高、擴展性強、開發(fā)時間少、無縫集成。它更深刻意義更在于，儀器的功能可以由用戶根據(jù)需要自行設計軟件來定義或擴展，而不是只能由廠家事先定義

26、且固定不可變更。這樣，用戶不必購買多臺不同功能或昂貴的集多種功能于一身的傳統(tǒng)頻譜分析儀，也不必不斷購買新的虛擬頻譜分析儀。因為虛擬頻譜分析儀儀器可與計算機同步發(fā)展，與網(wǎng)絡及其周邊設備互聯(lián)，用戶只需要改變軟件程序就可以不斷賦予它或擴展增強它的測量功能。這就是說，儀器的設計制造不再是廠家的專利。虛擬頻譜分析儀相對于傳統(tǒng)頻譜分析儀的以上這些優(yōu)勢，說明了在不久的將來虛擬頻譜分析儀必將替代傳統(tǒng)的頻譜分析儀[1]。</p><p

27、>　　1.2 國內外研究現(xiàn)狀</p><p>　　頻譜分析儀是對無線電信號進行測量的必備手段，從事電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗的常用工具。因此，用十分廣泛，稱為工程師的射頻萬用表?，F(xiàn)在頻譜分析儀主要以傳統(tǒng)儀器為主，其優(yōu)點是能顯示周期性雜散波的瞬間反應，其缺點是價昂且性能受限于頻寬范圍、濾波 頻譜分析儀器的數(shù)目與最大的多任務交換時間。隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，基于軟件技術的虛擬儀器彌補了上述傳統(tǒng)儀器的缺點，越來越多的

28、應用到工程測試、分析領域。</p><p>　　1.2.1 傳統(tǒng)頻譜分析儀</p><p>　　傳統(tǒng)的頻譜分析儀的前端電路是一定帶寬內可調諧的接收機,輸入信號經(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圖,就是輸入信號的頻譜圖。由于變頻器可以達到很寬的頻率,例如30Hz-30GHz,與外部混頻器配合,可擴展到100GHz以上,頻譜分析儀是頻

29、率覆蓋最寬的測量儀器之一。無論測量連續(xù)信號或調制信號,頻譜分析儀都是很理想的測量工具。但是,傳統(tǒng)的頻譜分析儀也有明顯的缺點,它只能測量頻率的幅度,缺少相位信息,因此屬于標量儀器而不是矢量儀器。 </p><p>　　1.2.2 現(xiàn)代頻譜分析儀</p><p>　　基于快速傅里葉變換(FFT)的現(xiàn)代頻譜分析儀，通過傅里葉運算將被測信號分解成分立的頻率分量,達到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結果。這

30、種新型的頻譜分析儀采用數(shù)字方法直接由模擬/數(shù)字轉換器(ADC)對輸入信號取樣,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,對信號進行數(shù)據(jù)采集時 ADC的取樣率最少等于輸入信號最高頻率的兩倍,亦即頻率上限是100MHz的實時頻譜分析儀需要ADC有200MS/S的取樣率。目前半導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,原理上儀器可達到

31、2GHz的帶寬，為了擴展頻率上限,可在ADC前端增加下變頻器,本振采用數(shù)字調諧振蕩器。這種混合式的頻譜分析儀可擴展到幾GHz以下的頻段使用。</p><p>　　1.2.3 虛擬儀器的現(xiàn)狀</p><p>　　近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，以便使用者利用這些儀器公司提供的開發(fā)平臺軟件組建自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)，并編制測試軟件。LabVIEW采用圖形化編程

32、方案，是非常實用的開發(fā)軟件。美國HP公司的HP－VEE和HPTIG平臺軟件，美國Tektronis公司的Ez－Test和Tek－TNS軟件，以及美國HEM Data公司的Snap－Marter平臺軟件，也是國際上公認的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺軟件。虛擬儀器的突出成就不僅是可以利用PC機組建成為靈活的虛擬儀器，更重要的是它可以通過各種不同的接口總線，組建不同規(guī)模的自測試系統(tǒng)。它可以藉不同的接口總線的溝通，將虛擬儀器、帶接口總線的各種

33、電子儀器或各種插件單元，調配并組建成為中小型甚至大型的自動調試系統(tǒng)。</p><p>　　當今虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的RS232串行總線、GP－IB通用接口總線、VXI總線，以及已經(jīng)被PC機廣泛采用的USB通用串行總線和IEEE 1394總線（即Firewire，也叫做火線）。世界各國的公司，特別是美國NI公司，為使虛擬儀器能夠適應上述各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件以及適應要求的硬件（插

34、件），可以靈活地組建不同復雜程度的虛擬儀器自動測試系統(tǒng)。    </p><p>　　虛擬頻譜分析儀設計已經(jīng)成為測試與儀器技術發(fā)展的一個重要方向。隨著高速A／D芯片和電路的進一步集成化，可以設想在不遠的將來，一臺安裝有虛擬儀器軟件的標準微機成為一個多功能的測量儀器站，從根本上改變目前專用儀器的研制和生產(chǎn)方式，虛擬儀器技術就是用戶自定義的基于PC技術的測試和測量解決方案，其四

35、大優(yōu)勢在于：性能高、擴展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成功能。虛擬頻譜分析儀也已開始用于教育和培訓、科學研究、音頻工程、電子工程、醫(yī)療診斷、樂器校準等領域。</p><p><b>　　1.3 研究內容</b></p><p>　　結合LabVIEW虛擬儀器圖形編程語言和信號處理知識進行虛擬頻譜分析儀的設計的可行性分析，國內外現(xiàn)狀情況的調查；應用LabVIEW虛擬儀

36、器圖形編程語言進行設計與仿真。本虛擬頻譜分析儀的設計通過LabVIEW軟件使用信號生成控件生成模擬輸入信號，并讓生成的波形信號分別通過各個功能模塊實現(xiàn)對輸入的模擬信號進行時域和頻域的分析。時域分析主要實現(xiàn)對輸入信號進行加窗處理，頻域分析主要實現(xiàn)對輸入信號進行幅度--相位譜分析、功率譜分析、倒相普分析、希爾伯特變換、FFT分析，并對FFT分析進行數(shù)據(jù)和圖像的存儲。</p><p>　　在測試領域中,頻譜分析儀是一種

37、重要的常用儀器。但是這種儀器的加工工藝復雜,生產(chǎn)技術要求高,價格昂貴。采用虛擬儀器技術,只需在相應的硬件支持下,即可以用軟件編程來實現(xiàn)虛擬頻譜分析儀。整個系統(tǒng)由虛擬信號發(fā)生器模塊和頻譜分析模塊兩部分組成。虛擬信號發(fā)生器模塊能夠產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波等標準信號，并且可以疊加各種干擾噪聲；頻譜分析模塊主要是對上述信號進行濾波和加窗函數(shù)處理，輸出處理后的波形，同時進行時域分析、頻域分析以及諧波分析。同時這個虛擬儀器具有友好的人機界面

38、。其設計的功能要求如下：</p><p>　　時域分析是最直觀也是第一步的分析，從時域分析中既可做出一些原始判斷，又可確定進一步分析的方向和目標。對信號進行時域分析。</p><p>　　設計三種譜的分析——自譜、傅立葉譜和互譜。分析他們之間的關系。</p><p>　　利用倒頻譜把復雜的頻譜中各種信號頻率分開。</p><p>　　通過希爾

39、伯特變換進行信號的包絡檢測、系統(tǒng)的非線性分析、相關分析等。</p><p>　　在對定長數(shù)據(jù)應用傅立葉變換或譜分析時，應用窗來修正波形的轉折沿，以減少譜泄漏。</p><p>　　利用數(shù)字濾波器在信號頻域中進行選頻加工。</p><p>　　第二章 虛擬儀器及LabVIEW介紹</p><p>　　2.1 虛擬儀器的基本概念</p&

40、gt;<p>　　2.1.1 虛擬儀器含義</p><p>　　20世紀80年代末美國研制成功了虛擬儀器。虛擬儀器的發(fā)展標志著自動測試與電子測量儀器領域技術發(fā)展的一個嶄新方向。所謂虛擬儀器（Virtual Instrument，簡稱VI），就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義、具有虛擬面板、測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標點擊虛擬面板，就可操作這臺計算機系統(tǒng)

41、硬件平臺，就如同使用一臺專用電測量儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)，使測量儀器與個人計算機的界線模糊了。</p><p>　　虛擬儀器是利用PC計算機顯示器的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達輸出檢測結果，利用PC計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號的數(shù)據(jù)運算、分析、處理，有I/O接口設備完成信號的采集、測量與調理，從而。完成各種測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)?！疤摂M”二字主要包含兩方面的含義：</p>&l

42、t;p>　　首先，虛擬儀器的面板是虛擬的。</p><p>　　虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的。如由各種開關、按鍵、顯示器等實現(xiàn)儀器電源的“通”、“斷”；被測信號“輸入通道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)設置；測量結果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等</p><p>　　傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是“實物”，而且是由“手動”、“觸摸”來進行操作的，而虛

43、擬儀器面板控件是外形與實物相象的“圖標”、“通”、“斷”、“放大”等，對應著相應的軟件程序。這些軟件已經(jīng)設計好了，用戶不必設計，只需選用代表該種軟件程序的圖形“控件”即可，由計算機的鼠標“鍵擊”來對其進行操作。因此，設計虛擬面板的過程就是在“前面板”設計窗口中，從控制模板選取、擺放所需的圖形“控件”。可以利用虛擬儀器的軟件開發(fā)工具——LabVIEW圖形化編程語言，在短時間內輕松完成一個美觀而又實用的虛擬儀器的設計，整個設計過程輕松而有趣

44、。</p><p>　　其次，虛擬儀器測量功能是由軟件編程來實現(xiàn)的。</p><p>　　在以PC計算機為核心組成的硬件平臺支持下，通過軟件編程設計來實現(xiàn)儀器的測試功能，而且可以通過不同測試功能的軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能，因此有在硬件平臺確定后“軟件就是儀器”的說法。它體現(xiàn)了測試技術與計算機深層次的結合。</p><p>　　2.1.2 虛擬儀器的特點&l

45、t;/p><p>　　虛擬儀器的特點可歸納為：</p><p>　　在通用硬件平臺確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來完成儀器的功能。</p><p>　　儀器的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來定義的，而不是事先有廠家來提供。</p><p>　　儀器性能的改進和功能擴展只需要進行相關軟件的設計更新，而不需要購買新的儀器。</p><

46、;p>　　研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。</p><p>　　虛擬儀器開放、靈活，可與計算機同步發(fā)展，可與網(wǎng)絡及其其他周邊設備互聯(lián)。</p><p>　　決定虛擬儀器具有上述傳統(tǒng)儀器不可能具備的特點的根本原因在于：“虛擬儀器的關鍵是軟件”。</p><p>　　虛擬儀器在工程應用和社會經(jīng)濟效益方面具有突出優(yōu)勢。目前，我國高檔臺式儀器如數(shù)字示波器、頻譜分析儀、邏輯

47、分析儀等主要依賴進口，這些儀器加工工藝復雜，對制造水平要求高，生產(chǎn)突破有困難；而采用虛擬儀器技術，可以通過只采購必要的通用儀器硬件來設計自己的高性能價格比的虛擬儀器系統(tǒng)[2]。</p><p>　　2.1.3 虛擬儀器的構成及其分類</p><p>　　虛擬儀器由通用儀器硬件平臺和應用軟件平臺兩部分構成。</p><p>　?。ㄒ唬┩ㄓ脙x器硬件平臺</p&g

48、t;<p>　　構成虛擬儀器的硬件平臺有兩部分：</p><p>　?。?）計算機：一般為一臺PC機或者工作站，它是硬件平臺的核心。</p><p>　　（2）I/O接口設備：主要完成被測輸入信號的采集、放大、模/數(shù)轉換。可根據(jù)實際情況采用不同的I/O接口硬件設備，如數(shù)據(jù)采集卡/板（DAQ）、GPIB總線儀器、VXI總線儀器模塊、串口儀器等。</p><p

49、>　　虛擬儀器的構成方式主要有五種類型：</p><p>　　PC-DAQ系統(tǒng)：是以數(shù)據(jù)采集板、信號調理電路和計算機為儀器硬件平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。采用PCI或ISA計算機本身的總線，故將數(shù)采卡/板插入計算機的空槽中即可。</p><p>　　GPIB系統(tǒng)：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>　　VXI

50、系統(tǒng)：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><p>　　PXI系統(tǒng)：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>　　串口系統(tǒng)：以Serial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>　　無論上述哪種VI系統(tǒng)，都是通過應用軟件將儀器硬件與通用計算機相

51、結合。</p><p><b>　　（二）軟件結構</b></p><p>　　虛擬儀器軟件由兩大部分構成。</p><p>　　（1）應用程序。它包含兩個方面的程序。</p><p>　?、?實現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序。</p><p>　?、?定義測試功能的流程圖軟件程序。</p&

52、gt;<p>　　（2）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、驅動與通信。開發(fā)虛擬儀器，必須有合適的軟件工具。</p><p>　　目前已有多種虛擬儀器的軟件開發(fā)工具。</p><p>　?、?文本式編程語言，如C、Visual C++、Visual Basic、 Labwindows/CVI等；</p><p>　?、?圖形

53、化編程語言，如LabVIEW、HPVEE等</p><p>　　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。本次畢業(yè)設計所使用的是LabVIEW圖形化編程語言[3]。</p><p>　　2.2 LabVIEW簡介</p><p>　　2.2.1 LabVIEW含義</p><p>　　LabVIE

54、W（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,實驗室虛擬儀器工程平臺）是美國NI公司(National Instrument Company)推出的一種基于G語言(Graphics Language,圖形化編程語言)的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。</p><p>　　用LabVIEW設計的虛擬儀器可脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境，最終用戶看見的是和實際的硬件儀器

55、相似的操作面板。</p><p>　　LabVIEW為虛擬儀器設計者提供一個便捷、輕松的設計環(huán)境，利用它，設計者可以像搭積木一樣，輕松組建一個測量系統(tǒng)和構造自己的儀器面板，而無需進行任何繁瑣的計算機代碼的編寫[4]。</p><p>　　20多年前，美國國家儀器公司NI（National　Instruments）提出“軟件即是儀器”的虛擬儀器（VI）概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領域的一場重大變革，

56、使得計算機和網(wǎng)絡技術得以長驅直入儀器領域，和儀器技術結合起來，從而開創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河。 </p><p>　　所謂虛擬儀器，實際上就是一種基于計算機的自動化測試儀器系統(tǒng)。虛擬儀器通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機的融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量，控制能力結合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。從發(fā)展史看，電子測量儀器經(jīng)歷了

57、由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器，由于計算機性能以摩爾定律（每半年提高一倍）飛速發(fā)展，已把傳統(tǒng)儀器遠遠拋到后面，并給虛擬儀器生產(chǎn)廠家不斷帶來較高的技術更新速率。</p><p>　　虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨立儀器無法比擬的優(yōu)勢，但它并不否定傳統(tǒng)儀器的作用，它們相互交叉又相互補充，相得益彰。在高速度、高帶寬和專業(yè)測試領域，獨立儀器具有無可替代的優(yōu)勢。在中低檔測試領域，虛擬儀器可取代一部分獨立儀器的工作，但完成復雜環(huán)境下的自

58、動化測試是虛擬儀器的拿手好戲，是傳統(tǒng)的獨立儀器難以勝任的，甚至不可思議的工作。 </p><p>　　專家們指出，在這個計算機和網(wǎng)絡時代，利用計算機和網(wǎng)絡技術對傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)進行改造，已是大勢所趨，而虛擬儀器系統(tǒng)正是計算機和網(wǎng)絡技術與傳統(tǒng)的儀器技術進行融合的產(chǎn)物，因此，在21世紀，虛擬儀器將大行其道，將會引發(fā)傳統(tǒng)的儀器產(chǎn)業(yè)一場新的革命。 </p><p>　　LabVIEW是NI推出的虛擬儀器

59、開發(fā)平臺軟件，它們能夠以其直觀簡便的編程方式、眾多的源碼級的設備驅動程序、多種多樣的分析和表達功能支持，為用戶快捷地構筑自己在實際生產(chǎn)中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎條件。 </p><p>　　LabVIEW采用圖形化編程語言--G語言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，易學易用，特別適合硬件工程師、實驗室技術人員、生產(chǎn)線工藝技術人員的學習和使用，可在很短的時間內掌握并應用到實踐中去。特別是對于熟悉儀器結構和硬件電路的硬件工

60、程師、現(xiàn)場工程技術人員及測試技術人員來說，編程就像設計電路圖一樣；因此，硬件工程師、現(xiàn)場工程技術人員及測試技術人員們學習LabVIEW駕輕就熟，在很短的時間內就能夠學會并應用LabVIEW。也不必去記憶那眼花繚亂的文本式程序代碼。</p><p>　　LabVIEW這么容易學習和使用，是不是LabVIEW的功能十分有限呢？不。像C或C++等其它計算機高級語言一樣，LabVIEW也是一種通用編程系統(tǒng)，具有各種各樣、

61、功能強大的函數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集、PGIB、串行儀器控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，甚至還有目前十分熱門的網(wǎng)絡功能。LabVIEW也有完善的仿真、調試工具，如設置斷點、單步等。LabVIEW的動態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其它語言的開發(fā)環(huán)境更方便、更有效。而且LabVIEW與其它計算機語言相比，有一個特別重要的不同點：其它計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼行，而LabVIEW采用圖形化編程語

62、言--G語言。</p><p>　　LabVIEW程序又稱為虛擬儀器，它的表現(xiàn)形式和功能類似于實際的儀器；但LabVIEW程序很容易改變設置和功能。因此，LabVIEW特別適用于實驗室、多品種小批量的生產(chǎn)線等需要經(jīng)常改變儀器和設備的參數(shù)和功能的場合，及對信號進行分析研究、傳輸?shù)葓龊稀?lt;/p><p>　　總之，由于LabVIEW能夠為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠將繁瑣復雜的

63、語言編程簡化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時簡便，深受用戶青睞。與傳統(tǒng)的編程語言比較，LabVIEW圖形編程方式能夠節(jié)省85％以上的程序開發(fā)時間，其運行速度卻幾乎不受影響，體現(xiàn)出了極高的效率。使用虛擬儀器產(chǎn)品，用戶可以根據(jù)實際生產(chǎn)需要重新構筑新的儀器系統(tǒng)。例如，用戶可以將原有的帶有RS232接口的儀器、VXI總線儀器以及GPIB儀器通過計算機，聯(lián)接在一起，組成各種各樣新的儀器系統(tǒng)，由計算機進行統(tǒng)一管理和

64、操作。</p><p>　　2.2.2 LabVIEW軟件的特點與優(yōu)點</p><p>　　LabVIEW軟件工具的特點可歸納為：</p><p>　　圖形化編程方式，設計者無需編寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師語言。</p><p>　　提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)。</p><p>　　既提供了傳

65、統(tǒng)的程序調試手段，如設置斷點、單步運行，同時提供有獨到的高亮執(zhí)行工具，使程序動畫式運行，利于設計者觀察程序運行的細節(jié)，使程序的調試和開發(fā)更為便捷。</p><p>　　32bit的編譯器編譯成32bit的編譯程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集、測試和測量方案的高速執(zhí)行。</p><p>　　囊括了DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS232/485在內的各種儀器通訊總線標準的所有功能函數(shù)，使得不懂總線

66、標準的開發(fā)者也能夠驅動不同總線標準接口設備與儀器。</p><p>　　提供大量與外部代碼或軟件進行連接的機制，諸如DLLs（動態(tài)連接庫）、DDE（共享庫）、ActiveX等。</p><p>　　強大的Internet功能，支持常用網(wǎng)絡協(xié)議，方便網(wǎng)絡、遠程測控儀器的開發(fā)[5]。</p><p>　　第三章 虛擬頻譜分析儀</p><p>

67、　　3.1 頻譜分析儀的介紹</p><p>　　頻譜分析儀是研究信號頻譜特征的儀器，用于信號失真度、調制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調失真等信號參數(shù)的測量，可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是一種多用途的電子測量儀器。它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等。現(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結果,能分析1赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無線

68、電頻段的電信號。儀器內部若采用數(shù)字電路和微處理器，具有存儲和運算功能；配置標準接口，就容易構成自動測試系統(tǒng)。在電子技術一日千里的今天，是研究、開發(fā)和測試的有力武器。但它的加工工藝復雜，生產(chǎn)技術要求高，價格昂貴。虛擬儀器技術的應用，只需在相應硬件的支持下，就可以用軟件編程來實現(xiàn)虛擬頻譜分析儀。使得其結構是大大的簡化，而性能是飛速提高。虛擬頻譜分析儀不僅能實現(xiàn)了傳統(tǒng)頻譜分析儀的功能，而且還可以隨時的加載需要的功能模塊。虛擬頻譜分析儀基于計算

69、機強大的分析處理的功能，可以將一些先進的數(shù)字信號處理方法運用到軟件設計中，從而加強它的功能[5]。</p><p>　　3.2 虛擬頻譜分析的設計功能</p><p>　　3.2.1 時域分析</p><p>　　時域分析是最直觀也是第一步的分析。通常用函數(shù)X(t)或Y(t)來表示。從時域分析中既可做出一些原始判斷，又可確定進一步分析的方向和目標。</p&

70、gt;<p>　　3.2.2 頻譜分析</p><p>　　本次設計一共設計了3種譜的分析：自譜、傅立葉譜和互譜。他們的關系可以用以下的直方圖表示：</p><p>　　圖3.1 三種譜的關系</p><p>　　在頻譜分析中，頻率響應函數(shù)是描述測量系統(tǒng)動態(tài)特性的重要參數(shù)。它是系統(tǒng)輸出與系統(tǒng)輸入的傅立葉變換之比：</p><p&

71、gt;<b>　　(3.1)</b></p><p>　　其中式（3.1）中：Y（w）——加窗或濾波后的輸出；X（w）——輸入的原始波形。</p><p>　　將式（3.1）乘以X（w）的共軛復數(shù)可以得到:</p><p><b>　　(3.2)</b></p><p>　　在式（3.2）中，，為互

72、功率譜密度， 為自功率譜密度。因此也可以用測試系統(tǒng)激勵信號與輸出信號的互功率譜密度函數(shù)除以激勵信號的自功率譜密度函數(shù)來求系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)。在LabLIEW的分析庫中，可以用它提供的Transfer Function VI函數(shù)，再根據(jù)式（3.1）就可以計算頻譜響應函數(shù)。頻率響應函數(shù)是復數(shù)，所以它返回2個參數(shù)。一個數(shù)組是頻率響應函數(shù)的模，即被測系統(tǒng)的幅頻特性；另一個是頻率響應函數(shù)的幅角，即被測系統(tǒng)的相頻特性。用Transfer Func

73、tion VI計算出系統(tǒng)輸出與系統(tǒng)輸入的傅立葉變換之比，就是系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)[4]。</p><p>　　3.2.3 倒頻譜分析</p><p>　　輸入x(t)和輸出y(t)的關系用公式y(tǒng)(t)=x(t)*h(t)表示。系統(tǒng)自然也包括傳遞途徑，此時x(t)為信號源(振源或聲源),h(t)為路徑特性，y(t)為傳遞后失真的信號，失真包括衰減、頻散、反射和回波等。倒頻譜與互功率譜之間的關

74、系式： </p><p><b>　　(3.3)</b></p><p><b>　　倒頻譜的功能：</b></p><p>　　把信號源和路徑分離，得到信號源原始波和路徑特性(例如傳遞路徑的長度)，有多個傳遞路徑時還能加以區(qū)分。</p><p>　　把復雜的頻譜中各種信號頻

75、率分開。比如一個信號圖中的兩個不同的基頻和產(chǎn)生的不同的倍頻，設f1=17Hz,f2=18Hz，則譜圖中出現(xiàn)的頻率為17，18，34，36...一大堆波峰，利用倒頻譜就可以將他們清晰地分離開來。同理，倒頻譜也可分離各種邊帶頻率。</p><p>　　3.2.4 希氏伯特變換</p><p>　　希爾伯特變換又簡稱希氏變換在信號的包絡檢測、系統(tǒng)的非線性分析、相關分析等方面都有重要的用途。希氏

76、變換將信號從時域變到頻域，或從頻域變到時域。以時域變換為例，給定一連續(xù)時間信號，其希氏伯特變換定義為:</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　希氏伯特反變換公式為：</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　可以看成是通過一濾波器的輸出，該濾波

77、器的單位沖激響應為 ，如圖3.2所示： </p><p>　　圖3.2 希氏伯特變換器</p><p>　　實域信號的傅立葉變換的實部與虛部不是獨立的，他們之間存在關系：</p><p>　　實部： (3.6)</p><p>　　虛部： (3.7

78、)</p><p>　　由上式可以看出，時域單邊信號傅立葉譜的實部和虛部互為希氏變換。漸近穩(wěn)定的（LTI線性非時變)系統(tǒng)，其單位脈響函數(shù)h(t)為絕對可積的單邊函數(shù)，其傅立葉變換即頻響函數(shù)的實部和虛部Rr[H(f)]和Im[H(f)]互為頻域希氏變換。利用這個特性可以判斷系統(tǒng)是否存在非線性。求出頻響函數(shù)后，對其實部(或虛部)作希氏變換再與實測的虛部(或實部)做重疊比較，如兩者有差異，則為非線性，差異越大，非線性越

79、嚴重[7]。</p><p>　　3.2.5 時域加窗</p><p>　　在實際的信號采樣系統(tǒng)中，即使考慮采樣定理和采樣條件，也只能取得一部分局限的信號記錄。但是在實時系統(tǒng)中，局限的信號記錄將產(chǎn)生與原始的連續(xù)信號具有不同譜特征的短而粗的波形。這些不相符的特征產(chǎn)生的譜信息的泄漏，造成了實時系統(tǒng)的譜特征對于原始的連續(xù)時間譜特征所形成的假象。譜泄漏的數(shù)量取決于信號不連貫的程度?？梢允褂闷交?/p>

80、，減少每個采樣周期邊界上信號不連貫的程度。它包括一個與時域信號相成的一個定長的窗，該窗幅度變化很平緩，且在邊緣處逐漸趨近于零。因此在對定長數(shù)據(jù)應用傅立葉變換或譜分析時，可以應用窗來修正波形的轉折沿，以減少譜泄漏。時域加窗可以采用矩形窗（均勻窗）它可以完成以采樣時間為窗長度截斷原信號，但它的泄漏較大，只適合無泄漏場合[8]。</p><p>　　加窗類型有8種，分別為：Hanning、Hamming、Blackma

81、n - Harris、Exact Blackman、Blackman、Flat Top、4 Term B - Harris、7 Term B - Harris 和Low Sidelobe。它們的適用條件均不同，根據(jù)使用者的需求以及輸入波形的特點適當?shù)倪x擇，對正確分析和得出結果有較大益處。</p><p>　　實踐中分析說明了：調整窗口長度可以有效地控制過渡帶的寬度。減少帶內波動以及加大阻帶的衰減只能從窗函數(shù)上找解

82、決的方法。如果能夠找到的窗函數(shù)形狀，使其譜函數(shù)的主瓣包含更多的能量，相應的旁瓣幅度就減小了；旁瓣的減小可使得通帶、阻帶波動減小，從而加大阻帶衰減。但是這樣總是以加寬過渡帶為代價的。設 公式中的表示窗函數(shù)。</p><p>　　矩形窗，代入，再進行傅立葉變換，根據(jù)復卷積定理，得到：</p><p><b>　　(3.8)</b></p><p>

83、;<b>　　公式中的 </b></p><p><b>　　其頻率響應為</b></p><p>　　主瓣寬度為，第一副瓣比主瓣低13dB。</p><p><b>　　三角形窗</b></p><p><b>　　(3.9)</b></p&g

84、t;<p><b>　　(3.10)</b></p><p>　　代入，得到其頻率響應為</p><p><b>　　(3.11)</b></p><p>　　其主瓣寬度為，第一副瓣比主瓣低26dB。</p><p>　　漢寧（Hanning）窗——升余弦窗</p>&l

85、t;p><b>　　(3.12)</b></p><p>　　其頻率響應為 </p><p><b>　　(3.13)</b></p><p><b>　　當時，</b></p><p><b>　　(3.14

86、)</b></p><p>　　漢寧窗的幅度函數(shù)由三部分相加，使能量更集中在主瓣中，但代價是主瓣寬度加寬到。</p><p>　　哈明（hamming）窗——改進的升余弦窗</p><p><b>　　(3.15)</b></p><p><b>　　其頻域函數(shù)為</b></p&g

87、t;<p><b>　　(3.16)</b></p><p><b>　　其幅度函數(shù)為</b></p><p><b>　　(3.17)</b></p><p>　　這種改進的升余弦窗，能量更加集中在主瓣中，第一旁瓣的峰值比主瓣小40dB，但主瓣寬度和漢寧窗相同，仍為。</p>

88、;<p>　　布萊克曼（Blackman）窗</p><p><b>　　(3.18)</b></p><p><b>　　其頻域函數(shù)為</b></p><p><b>　　]</b></p><p>　　] (3.19)<

89、/p><p><b>　　其幅度函數(shù)為</b></p><p><b>　　(3.20)</b></p><p>　　這樣其幅度由五部分組成，他們都是移位不同，且幅度也不同的函數(shù)，使旁瓣再進一步抵消。阻帶衰減進一步增加，過渡帶是矩形窗過渡帶的3倍。 </p><p>　　3.2.6 濾波功能<

90、/p><p>　　工程測試中常用的濾波是指在信號頻域的選頻加工 ，因為測試中獲取的信號往往含有多種頻率成分，為了對其中某一方面的特征有更深的認識，或有利于對信號做進一步的分析和處理，需要將其中需要的頻率成分提取出來，而將不需要的頻率成分衰減掉。實際信號中，頻帶寬、振幅也不盡相同，對于模擬生成的復雜信號，要實現(xiàn)對它的處理，首先就要減少頻率帶寬，而實現(xiàn)這一點就要加入濾波器的裝置了[9]。</p><p

91、>　　數(shù)字濾波器從實現(xiàn)的網(wǎng)絡結構或者從單位脈沖響應分類，可以分成無限脈沖響應（IIR）濾波器和有限脈沖響應（FIR）濾波器。他們的系統(tǒng)函數(shù)分別為：</p><p><b>　?。?.21）</b></p><p><b>　　（3.22）</b></p><p>　　公式（3.21）中的稱為N階IIR濾波器函數(shù)，（3

92、.22）中的稱為（N-1）階FIR濾波器函數(shù)。</p><p>　　無限脈沖響應模擬濾波器按幅度特性可分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器。他們的理想幅度特性如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 各種理想濾波器的譜頻特性</p><p>　　其中，低通濾波器的設計指標有、、和。其中和分別稱為通帶的截止頻率和阻帶截止頻率，是通帶（=0-）中的最大衰減系數(shù)，是

93、阻帶>=的最小衰減系數(shù)，對于單調下降的譜度</p><p><b>　　特性，可表示成：</b></p><p><b>　　(3.23)</b></p><p><b>　　(3.24)</b></p><p>　　濾波器的技術指標給定后，需要設計一個傳輸函數(shù)，希望其幅

94、度 函數(shù)滿足給定的指標和，一般濾波器的單位沖激響應為實數(shù)，因此</p><p><b>　　(3.25)</b></p><p>　　如果我們能求出，那么就可以求出所需要的。因此幅度平方函數(shù)在模擬濾波器設計中起很重要的作用。</p><p>　　高通、帶通和帶阻濾波器的傳輸函數(shù)可以通過頻率變換，分別由低通濾波器的傳輸函數(shù)求得，因此不管設計哪一種

95、濾波器，都可以將該濾波器的技術指標轉換為低通濾波器的技術指標，按照該技術指標先設計低通濾波器，再通過頻率變換，將低通的傳輸函數(shù)轉換為所需要類型的濾波器傳輸函數(shù) [10]。 </p><p>　　設低通濾波器（）和高通濾波器（），和之間的關系為</p><p><b>　　(3.26)</b></p><p>　　上式即是低通到高通的頻率變換公式

96、，如果已知低通，高通則用下式轉換：</p><p><b>　　(3.27)</b></p><p>　　低通到帶通的頻率轉換公式：</p><p><b>　　(3.28)</b></p><p><b>　　由歸一化，得到：</b></p><p>

97、<b>　　(3.29)</b></p><p>　　其中和分別稱為帶通濾波器的通帶上限頻率和通帶下限頻率。</p><p>　　低通到帶阻的頻率變換公式：</p><p><b>　　(3.30)</b></p><p>　　將上式代入，去歸一化，可得</p><p>&l

98、t;b>　　(3.31)</b></p><p><b>　　(3.32)</b></p><p>　　第四章 基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀設計</p><p>　　4.1 虛擬頻譜分析儀系統(tǒng)結構</p><p>　　虛擬頻譜分析儀的系統(tǒng)結構如圖4.1</p><p>

99、　　圖4.1 虛擬頻譜分析儀系統(tǒng)結構圖</p><p>　　虛擬頻譜分析儀是由信號處理器、數(shù)據(jù)采集卡組成的外部采集系統(tǒng)加上軟件構成的分析處理系統(tǒng)組成。分析儀的被測信號傳送到信號處理電路,由信號處理電路對它進行放大、濾波、隔離等處理,處理后的信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進行A/D轉換,將模擬信號轉換為數(shù)字信號。經(jīng)過前面的處理后，把信號交給上位機通過軟件進行分析。由控制軟件——虛擬頻譜分析儀對測試信號進行頻譜分析和處理,得到測

100、試結果,并按要求顯示或存儲結果。數(shù)據(jù)采集卡(DAQ卡)由以下幾個部分組成：多路開關、放大器、采樣/保持器、A/D轉換器。以上四個部分都處在PC計算機的向前通道，是組成數(shù)據(jù)采集卡/板的主要環(huán)節(jié)，與其他有關電路如何定時/計時器、總線接口電路等作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。數(shù)據(jù)采集卡USB-6008主要性能指標，12位單端16通道/雙端8通道100K A/D卡，程控增益1，2，

101、4，8或1，10，100，1000倍， 量程，8K字FIFO存儲器；12位4路DA，量程，開關量輸入，輸出各16路，1路16位定時/計數(shù)器。</p><p>　　4.2 基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀前面板設計</p><p>　　虛擬頻譜分析儀的設計分兩個部分：前面板和程序圖的設計。前面板的設計如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 前面板設計界面

102、</p><p>　　在前面板上單擊右鍵，彈出的控制模板中選擇“容器”中的“選項卡控件”，右鍵選擇添加選項卡，一直加到7個為止，分別雙擊選項卡重新命名為：信號生成、時域分析、FFT分析、幅度-相位譜、功率譜分析、倒頻譜分析和希氏伯特變換。右鍵彈出中選擇“圖形”中的“波形圖”，把其中的標簽改為信號波形，X軸的標為時間，設置成線性的自動調節(jié)X軸坐標，這樣坐標就可以隨生成的波形的自動調節(jié)。Y軸調為幅值，設置跟X軸一樣。

103、右上方的為繪圖圖例，是顯示圖形中的圖線的樣式和顏色，以利于區(qū)分每條線的意義。在“顯示項”中可以隱藏它。增加個系統(tǒng)下拉選項框，命名為“信號類型選擇”，右鍵增加5個下拉：正弦波、方波、三角波、鋸齒波和均勻白噪聲。調用經(jīng)典中的布爾的橢圓控件，命名為“復位相位”，用來重置除了均勻白噪聲外的另4中波形發(fā)生的相位。</p><p><b>　　圖4.3 程序圖</b></p><p

104、>　　這次設計的程序中用了2種結構：While循環(huán)和條件結構。</p><p>　　While循環(huán)的實質是控制程序反復執(zhí)行一段代碼，直到某個條件發(fā)生。等價于下面的偽代碼：</p><p><b>　　DO</b></p><p>　　Execute Diagram Inside the Loop (Which sets the condi

105、tion)</p><p>　　While Condition is TRUE</p><p>　　While循環(huán)同樣有兩個固定的端口。循環(huán)端口iteration terminal是一個輸出端口，它輸出循環(huán)當前執(zhí)行的次數(shù)。循環(huán)數(shù)都是從0開始計數(shù)的。條件端口conditional terminal是一個布爾量輸入端口。程序在每次循環(huán)結束時檢查條件端口。因此，While循環(huán)總是至少執(zhí)行一次。我

106、們可以設置條件端口遇到什么條件就可以使循環(huán)停止下來。由于循環(huán)結構在進入循環(huán)后將不會再理會循環(huán)框外面數(shù)據(jù)的變化，因此產(chǎn)生循環(huán)終止條件的數(shù)據(jù)源一定要放在循環(huán)框內，否則會出現(xiàn)死循環(huán)[10]。</p><p>　　條件結構包含了多個子圖形代碼框，每個子圖形代碼框包含一段程序代碼，程序選擇其中的一段執(zhí)行，一個子圖形代碼框對應了一個選擇。這些子圖形代碼框像一摞卡片一樣重疊在一起，任何時候只有一個是可見的。向這些子圖形代碼框填

107、寫代碼也要一層層打開進行。在條件代碼框內放置圖形代碼，條件結構左側邊框上的帶“？”圖標的端口是選擇端口。連接到選擇端口的值決定了選擇結構執(zhí)行時到底執(zhí)行哪一個子圖形代碼框內的代碼。這個值可以是整型、布爾型、字符型或枚舉型。選擇端口的圖標顏色也會隨連接的數(shù)值類型而改變。</p><p>　　圖4.4 設計總流程圖</p><p>　　圖4.4顯示了虛擬頻譜分析儀的各種譜的仿真功能，從開始選擇

108、信號，進行參數(shù)和波形分析選擇，最后輸出波形，如果要重新選擇信號類型，繼續(xù)返回信號類型選擇。</p><p>　　選擇結構邊框的頂部是子圖形代碼框顯示窗口，它的中間是子圖形代碼框標識，兩邊分別是升序、降序按鈕。子圖形代碼框標識指明當前顯示的子圖形代碼框對應的選項。枚舉型控制件連接到選擇端口以后，子圖形代碼框標識自動轉換為前兩個枚舉值Li和Zh，因為目前只有兩個子圖形代碼框。升序、降序按鈕，點擊他們可以分別查看前一個

109、或后一個子圖形代碼框。</p><p>　　圖4.5 信號發(fā)生程序圖</p><p>　　圖4.6 信號生成圖流程圖</p><p>　　圖4.6流程圖顯示了信號發(fā)生的仿真功能從開始信號類型選擇，分別為三角波、方波、正弦波、鋸齒波，然后進行參數(shù)選擇，最后輸出波形。如需要重新選擇波形，返回信號類型選擇。</p><p>　　4.3 所用控

110、件模板的介紹</p><p>　　4.3.1 時域加窗</p><p>　　時域加窗的界面如圖4.7所示：</p><p>　　圖 4.7 鋸齒波的加窗處理 </p><p>　　圖 4.8 加窗的程序圖</p><p>　　在設計加窗的程序中，應用到了局部變量“Y”、“信號波形”和“采樣頻率”。在Labview