科毕业文（设计）
题 目 基LabVIEW虚拟频谱仪设计实现
指导老师 职称
学生姓名 学号
专 业
班 级
院 (系)
完成时间
基LabVIEW虚拟频谱仪设计实现
摘
LabVIEW种效运虚拟仪器设计技术进行虚拟仪器开发计算机应软件设计计算机台虚拟仪器技术信号系统分析LabVIEW软件等相结合设计出虚拟频谱仪目信号进行频谱分析LabVIEW软件身产生仿真信号模块发出信号通LabVIEW软件模块实现信号采集滤波傅里叶变换频谱分析利LabVIEW软件设计虚拟仪器利图形化编程语言灵活编程思维设计出功虚拟仪器工业生产中虚拟仪器应信号数测量控制提供方便代传统测量仪器实现信号分析处理功种情况节约成提高资源效率求极高社会说虚拟仪器发展带社会效益
关键词：LabVIEW虚拟仪器信号生成信号采集信号分析
The design and implementation of Virtual Spectrum Instrument Based on LABVIEW
ABSTRACT
LabVIEW is a kind of effective using virtual instrument design technology for virtual instrument developed of computer application software this design is in the platform of computer combining with virtual instrument technology signal and system analysis and the LabVIEW software to design a virtual frequency spectrum instrument its main purpose is the spectrum analysis for the signal Using the LabVIEW application software module sends a signal to the other modules and through the LabVIEW software achieve the signal acquisition filtering Fourier transform and spectrum analysis Using LabVIEW software to design the virtual instrument you can also use the graphical programming language the flexible program thinking to design the different function of virtual instrument In industrial production the application of virtual instrument for the signal and the data of measurement and control provide a convenient it can replace some traditional measuring instruments to achieve the function of signal analysis and processing in this case saving the costs and improving the efficiency of resource requirement to the society the development of the virtual instrument for the people are all bring great social benefit to people
KEYWORDS LabVIEW Virtual Instrumentsignal generatedsignal analysis
目 录
摘 II
ABSTRACT III
1 绪 III
11 研究背景 1
12 虚拟仪器特点发展 1
13 设计结构 2
2 虚拟仪器LabVIEW软件介绍 4
21 虚拟仪器简介 4
22 虚拟仪器构成 5
23 LabVIEW简介 5
3 虚拟频谱仪功介绍 8
31 虚拟频谱仪工作原理 8
32 虚拟频谱仪设计 8
4 基LabVIEW虚拟频谱仪设计实现 13
41 虚拟频谱仪整体设计 13
42 软件部分设计 13
43 仿真信号频率分析 17
结 20
参考文献 22
1 绪
11 研究背景
着科学发展电子科技需求越越高特研发生产中种产品功足够解灵活运尤产品调试阶段需助仪器工具产品进行测量控制工控消费电子智家电生产程中需仪器帮助完成产品设计甚需专门测试仪器例常见示波器滤波器频谱仪模拟信号发生器等帮助实时掌握测控象运行信息传统仪器传统仪器会受功单价格昂贵限制市场类电子产品需求高需种成低功强仪器代传统仪器虚拟仪器技术背景发展起
虚拟仪器通LabVIEW软件(安装计算机应软件)开发台计算机硬件资源传统电子仪器仪表设计理念整合起计算机硬件台支持通软件实现信号产生分析处理软件窗口显示结果达方便测试产品实时掌握控象效果
虚拟仪器出现开辟仪器测量技术新理念虚拟频谱仪设计理念产生代传统虚拟频谱仪器实现信号测量频谱分析处理输出显示结果等功降低生产成实时掌握信号变化提供方便
12 虚拟仪器特点发展
121 虚拟仪器特点
虚拟仪器利计算机软硬件资源台应软件兼容性[1]通软件编程实现信号者数采集处理虚拟仪器LabVIEW软件窗口采视化编程语言控制软件窗口控制面板取代传统控制面板仪器仪表软件窗口控制面板仅设置传统仪器控制面板相似键旋钮等控件具类似C语言中for循环while循环条件选择等编程语言结构控件操作时户通鼠标者键盘操作软件窗口完成户想虚拟仪器软件设计
122 虚拟仪器相传统仪器优势
虚拟仪器相传统仪器方面优势：
1传统仪器功生产厂家定义受限生产厂家相虚拟仪器功户定义
2 虚拟仪器技术关键软件编程样性合理性受硬件局限性虚拟仪器方便设备建立连接通网络进行户信息享
3 虚拟仪器直接数进行编辑利计算机足够数存取容量数通计算机总线传输存储器者印机够数进行实时传输存储
4 具完美仪器控制模块虚拟仪器具灵活性种方法显示进行数采集控制程分析
5虚拟仪器基软件开发仪器测试技术设备材料利率低降低开发维护成
123 虚拟仪器发展
虚拟仪器相传统仪器体现优点仅促进虚拟仪器发展时充分发挥计算机操作系统兼容性数处理力软件发挥更功作推进仪器测量技术飞速发展国国外虚拟仪器便捷性灵活性受工程师欢迎种背景虚拟仪器正着高速高效高性高精度方发展
13 设计结构
设计核心务利LabVIEW软件设计虚拟频谱仪实现测试信号产生采集滤波傅里叶变换频谱分析设计首先介绍虚拟仪器研究背景应然介绍虚拟仪器特点优势发展情况文第2节详细介绍虚拟仪器概念LabVIEW软件应介绍第3节介绍次毕业设计虚拟频谱仪功原理功分析方法第4节介绍虚拟频谱仪设计生成程具体步骤结中整编文做总结
2 虚拟仪器LabVIEW软件介绍
21 虚拟仪器简介
传统仪器控制面板信号输入输出端口显示屏等部分组成操作面板开关旋钮刻度值选择键等检测结果般会通数字图形显示屏幕通印输出传统仪器软件硬件电子电路固化仪器实现控制功功单户灵活程度低传统仪器功更新慢开发成高着技术提高发明智化仪器智化仪器然没摆脱单功限制原传统仪器仪表已难满足需求开发员解决问题希必硬件支持通软件做成测试仪器产生虚拟仪器设计理念
虚拟仪器户定义虚拟仪器功相套专门户定制仪器利虚拟仪器设计软件计算机运行时操作台具特定作测量控制仪表仪器表21传统仪器虚拟仪器较览表见页
表21 传统仪器虚拟仪器较
传统仪器
虚拟仪器
硬件关键
软件关键
仪器功出厂固定
仪器功户定义
系统封闭设备连
接局限性
开放系统方便网络
设备外设连接
价格昂贵功单
价格低功
技术更新速度慢
技术更新速度快
开发维护成高
开发维护成低
专业实验室拥
实验室
22 虚拟仪器构成
虚拟仪器包括硬件资源(计算机硬件接口设备)软件资源(设备驱动软件虚拟控制面板)两部分组成硬件资源虚拟仪器软件资源基础应软件资源虚拟仪器核心容软件资源里面包含丰富函数库功模块通功模块组合成具功仪器实现测量控制功
虚拟仪器软件具相直观化户应程序接底层驱动设备驱动程序两部分图21示设备驱动程序连接应程序底层设备基础通接口api实现设备驱动程序开发环境连接实现硬件设备控制
图21 虚拟软件体系结构
23 LabVIEW 简介
231 LabVIEW知识简介
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)美国国家仪器（NI）公司编写开发Visual Basic语言C语言Java语言等编程风格者运文语言编写程序代码LabVIEW运图形化编程语言编写图形控件代文程序代码LabVIEW提供具特定功控件供户功包含文语言里子函数调种函数嵌套受限制[2]LabVIEW软件版提供图形控件研究开发员间部分致[3]编程语言更加具读性图22示LabVIEW初始界面
图22 LabVIEW初始界面
231 LabVIEW基程序构成
LabVIEW核心VILabVIEW包括两面板[4]前面板程序面板
前面板窗口(图23)图形户界面LabVIEW虚拟仪器面板相传统仪器控制面板显示屏幕效程序户联系起程序运行时输入输出信息窗口图24示图中菜单栏中软件呈现种功程序运行停止功户输入输出显示功等利软件具备种功控件设计前面板
图23 LabVIEW前面板
程序框图窗口(图24)提供图形化程序语言相传统仪器硬件固化程序程序框图中程序员仅够控制操作前面板控件功图形化语言编写程序代码图25示程序框图显示前面板控件外(二者图标意义相)显示前面板控件端子端子连接起程序框图中控件接口间连线数
图24 LabVIEW程序面板
线者数流控件间数信息通数线功控件模块间传递LabVIEW编程语言文程序语言根数线信息运行程序控件求输入数完全控件接受程序运行然控件处理数处理完成输出端口输出相应信息数数数线流控件者功模块中进行数者信号处理分析
3 虚拟频谱仪功介绍
31 虚拟频谱仪工作原理
虚拟频谱仪LabVIEW软件设计控制完成信号生成采集波形滤波处理幅值频谱显示等功设计思路流程图图31示：
图31 设计流程图
虚拟频谱仪设计包括程序前面板设计程序框图设计前面板提供信号生成模块通属性容选择输入仿真信号[5]例方波信号正弦波信号三角波信号等类似选择滤波器选择前面板信号频率幅值进行调节前面板显示输入原始波形通滤波模块滤波波形进行信号分析处理结果显示等
虚拟频谱仪功：(1)信号生成类型选择控制(2)动态显示选择控制信号波形（3）调节信号频率幅值（4）测量显示信号处理幅值谱频率谱图31设计流程图虚拟仪器软件LabVIEW开发台设计虚拟频谱仪利该软件前面板程序框图控件功该软件支持函数库通仿真信号生成模块产生信号实现信号采集分析处理实现虚拟频谱仪功样具测试功虚拟仪器频谱仪完成
32 虚拟频谱仪设计
321信号频谱分析知识简介
进行虚拟频谱仪设计前首先掌握信号理知识信号时域分析频域分析频谱分析傅里叶变换等时域表示信号[6]时间变化关系频域坐标系表示信号频率特性事物描述需方面进行描述该事物事物区分开例眼前台电脑描述方面特征品牌型号性价价格等理信号研究方面特性信号时域特性时域分析频域特性频域分析时域分析指信号时间变化变化分析频域分析指坐标显示信号频率变化
图32受噪声干扰含频率周期分量信号波形然波形出什特点图33功率谱识出该信号包含四周期分量信号频谱更清楚表示频率信号特性变化[7]
图32 受噪声干扰频率周期信号波形
图33 受噪声干扰频率周期信号功率谱
事物时间先序发展测试产品功时通常时间变化中检测时域分析通研究信号变化频谱分析分析信号周期频谱分量变化帮助理解时期信号分量波形特征
322 信号频谱分析方法
工作中频谱分析仪分析信号频谱频谱仪模拟式数字式[8]两种工作模式模拟式频谱仪模拟滤波器基础信号中选出频率分量数字式频谱仪数字滤波器傅立叶变换基础实现信号频谱分析采傅立叶变换时域信号x(t)变换频域信号X(f)帮助解信号特征傅立叶变换信号频谱分析[9][10]重工具时域信号x（t）傅立叶变换：
(31)
式中f频率X(t)时域信号表示X(f)频域信号表示[11]
323 周期信号频谱分析
周期信号定规律会重新出现信号满足条件： (32)周期函数信号展开成正交函数线性组合成穷级数正交函数集三角函数集者指数函数集展开成傅立叶级数般表达式：
（33）
直流分量幅值： （34）
余弦分量幅值：
（35）
正弦分量幅值：
（36）
周期信号三角函数展开式种形式：
（37）
直流分量幅值： （38）
频率分量幅值： （39）
频率分量相位 （310）
式中T—周期基波圆频率f0—基波频率
傅立叶级数复指数展开式：
（311）
（312）
中：
该项目惯图形表示图振幅谱频率谱称实部虚部频谱周期信号频谱具三特点：
1周期信号频谱离散系列击函数组成离散频谱
2条谱线会出现基波频率谐波频率处
3频率分量谱线高度表示该谐波分量幅值相位角
324 快速傅里叶变换（FFT）
快速傅里叶变换DFT(离散傅里叶变换)算法基础进行改进减少计算次数缩短计算时间获新算法简称FFT信号采样点数2幂次方时采种算法LabVIEW提供FFT图标供户直接进行频谱分析问题选取采样时间间隔取少采样点N截取长度保证频谱分析精度
栅栏效应概念：
限长信号频谱连续分析频谱计算机必须截断成限长度信号信号限截取转化周期信号时频率原连续谱成离散谱处离散谱间信号频谱丢掉种方法算出信号连续频谱中N抽样点处值漏掉频谱完全代表频谱分布栅栏样种现象称栅栏效应
4 基LabVIEW虚拟频谱仪设计实现
41 虚拟频谱仪整体设计
虚拟频谱仪虚拟仪器设计软件LabVIEW程序前面板程序框图组成仿真信号模块生成信号进行时域分析频谱分析通计算机软件模块数处理结果显示前面板虚拟频谱仪功户定义想实现更功时时添加修改满足需求
42 软件部分设计
421 前面板设计
设计应LabVIEW2012版前面板面户象虚拟控制面板设计设置输入数值控制信号观察输出数值输出波形控制端该控制面板户通种钮开关旋钮等控制虚拟频谱仪工作例：选项卡选择控件信号参数设定数值控件滤波器设置控件结果显示控件等图41设计虚拟频谱仪前面板前面板出频谱仪功：
1仿真信号生成选择功LabVIEW软件前面板添加仿真信号生成模块户通该模块设置需输入仿真信号例加噪声正弦波方波三角波等外设计外添加供选择初始信号频率幅值等
2波形显示功前面板放置波形显示控件点击窗口左角运行钮前面板开关钮显示出滤波前信号波形变化幅值谱图形显示功率谱图形显示等信号幅值峰值功率峰值进行数字显示
3滤波器选择功设计中户通前面板滤波控制模块选择滤波器观察滤波效果外滤波器采样频率进行调整
4控制仿真信号幅值频率滤波器采样频率幅值功设计功引种控件模块设置样模块控制仿真信号幅值频率滤波器采样频率样直接改变仿真信号频率幅值等方便适应情况直接改变滤波器幅值采样频率实现情况种滤波波形波形受仿真信号频率限制样通改变滤波器波形采样频率类型实现滤波效果
图41 虚拟频谱分析仪前面板
5显示滤波器滤波波形高低电幅值观察信号电压变化
功虚拟频谱仪设计实现功功集合起组成次虚拟频谱仪前面板功模块合理放置图示显示模块左边二控制输入参数控件通信号参数设定设定仿真信号频率幅值滤波器模块输入设定滤波器采样频率幅值周期滤波类型右边六数值显示模块分显示滤波波形峰峰值正峰值反峰值波形电值功率谱幅值谱中添加功率谱峰值显示模块直接出波形功率谱幅值谱
422 程序框图设计
程序前面板设计相应程序框图设计程序前面板设计完成程序结束进行程序框图设计
开LABVIEW设计软件程序框图窗口进入程序框图设计界面已完成前面板设计程序框图中会显示程序前面板已选择控件图标注意区分根设计虚拟频谱仪功事先想控件表示出利LABVIEW中功控件虚拟频谱分析仪前面板控件作联系程序框图设计窗口中合理放置程序需控件模块鼠标直接相关控件连接起实现虚拟频谱仪功该程序框图中包括仿真信号生成模块滤波器设计波形频谱分析模块数流编辑端口图标连接连线工具进行连接时果端口法建立连接关系说明相连数类型匹配仔细检查数重新建立连接设计条件结构点C语言中if条件结构类似[12]程序框图图42示
图42 程序框图
4221 仿真信号生成模块
LabVIEW函数库中丰富仿真信号方波正弦波三角波等设计时需子VI放入仿真信号生成模块利声卡采集声音进行信号处理分析仿真信号生成程序框图图43示设计程中包含仿真信号生成模块该模块中正弦+均匀白噪声方波三角波果想噪声波形设计程序框图中属性进行更改想波形课题中添加均匀白噪声采样率进行设置满足采样定理
图43 仿真信号生成程序框图
4222 滤波器设计
滤波器电容电感电阻组成种信号具处理功器件者电路作户需信号衰减通通数线传输出信号衰减达影响信号效果滤波器实质允许特定频率信号通阻断频率信号选频电路设计中应种特性[13]处理种干扰信号干扰前面板选择滤波器观察滤波效果低通滤波器程序框图图44示：
图44 低通滤波器程序框图
低通滤波器指滤波器增加低频信号成分目允许低截止频率信号通阻断高截止频率信号通图45示设计提供选择滤波器中低通滤波器滤波效果图展示仿真信号方波信号波形通滤波滤波效果图中左图加均匀白噪声方波右图低通滤波器滤波信号波形通滤波效果图形出滤波噪声毛刺明显减少原始测试信号失真度减滤波达理想效果
图45 滤波程序框图
滤波波形相关参数直观通波形分析模块数值显示控件显示出图46显示波形峰峰值周期正峰值反峰值里幅值显示控件数字显示控件样显示波形电里电显示电显示模块数组显示模块次波形进行测量数组显示模块图47示
图46 波形峰值显示模块
图47 电显示模块
图48 波形功率谱幅值谱显示模块里选项卡前面板切换显示波形幅值谱频率谱里选项卡数线连接显示波形幅值谱功率谱相应功率谱分析模块幅值谱分析模块波形图连接显示相应频谱
图48 幅值谱功率谱显示模块
43仿真信号频谱分析
现仿真信号方波例简说明分析信号频谱分析[14]输入仿真信号加均匀白噪声方波滤波滤波效果图49示滤波效果理想频谱分析功率谱图410示幅值谱图411示
方波傅立叶变换知识知方波频率幅值分布幅值图示频率幅值面频率成分幅值分界清晰幅值谱结果基正确功率谱图410示频功率结果理想结果基致
图49 方波信号滤波波形
图410 方波信号功率谱
图411 方波信号幅值谱
结
次毕业设计中做第务先想设计思路思路想着手做时候会慌乱做成次毕业设计首先虚拟仪器较深刻理解虚拟仪器核心思想背景发展知道次做毕业设计知识面控件需硬件基础里面编程思维文语言相似处结合起做虚拟频谱仪做虚拟频谱仪首先做软件功实现软件功实现程中出现问题波形参数控制合理控件方法考虑问题周等等查资料分析程序框图情况逐步解决软件功初步实现做写毕业文写毕业文程中结合学知识量文写合理规范加深次毕业设计认识时次完善软件设计整毕业设计更加完美
虚拟频谱仪设计完成调试控件设计功正常运行符合求需指出信号LabVIEW中仿真信号模块设置产生虚拟频谱仪具功：波形显示滤波功加窗修复泄露功结果输出幅值谱功率谱等虚拟频谱仪设计程出基LabVIEW虚拟频谱仪开发设计直观户通需求调软件中功模块组建想仪器者尤非常方便针工作目设计出档次虚拟仪器者工作服务分设计软件驱动程序虚拟面板信号期处理结果显示等进行设计信号期处理程序设计成独立功模块够采样信号进行实时现线性分析满足求提高工作效率节约生产成
完成虚拟频谱仪设计时编程软件LabVIEW种虚拟仪器软件开发工具基LabVIEW虚拟频谱仪仅完成仿真信号生成控制信号进行频域分析时域分析虚拟仪器频谱仪界面容易控制操作方便降低成方便户修改保存总虚拟仪器发展改变传统测量控制仪器观念者通鼠标键盘仅设计虚拟仪器操控虚拟仪器实现功信号测量控制技术提供良设计理念发展机会运LabVIEW简单软件开发环境实现虚拟仪器开发充分展示软件仪器新概念利计算机操作系统功编程软件编程功实现信号数采集分析处理等相关技术LabVIE组成软件测试系统工业生产中具备广泛实价值
参考文献
[1] 袁渊古军虚拟仪器基础教程[M]西安电子科技学出版社2002
[2] National Instruments Corporation LabVIEW user’s manual199818
[3] 刘君华虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程西安：西安电子科技学出版社2004
[4]侯国屏王坤LabVIEW71编程虚拟仪器设计[M]北京：清华学出版社2005
[5] 黄松岭：虚拟仪器基础教程清华学出版社20087
[6] 余成波陶红艳：信号系统（第二版）清华学出版社20076
[7] 康华光：模拟电子技术基础（第四版）[M]高等教育出版社 20061
[8] 李玮基中频数字化虚拟射频频谱分析仪设计开发：[硕士学位文]武汉理工学 34
[9] 丁玉美高西全数字信号处理西安：西安电子科技学出版社2001
[10] Kaichao Yao Virtual Spectrum Analyzer Design and Implementation Shenyang China August 12August 14
[11] 徐天成钱冬宁张胜付信号系统哈尔滨：哈尔滨工程学出版社2000
[12] 谭浩强：C程序设计（第三版）清华学出版社 20057
[13] 张重雄：虚拟仪器技术分析设计[M]电子工业出版社200701
[14] 陈行禄秦永元信号分析处理北京：航空航天学出版社1993
致谢
整毕业设计程中感谢导师细心指导毕业设计思路文提供指导建议帮助受益匪浅避免必错误外感谢帮助学设计软件程序写文时候旁边指点建议少走弯路提高完成效率实践出真知次毕业设计程中学会理实践相结合书中理知识实践结合起动手亲做实东西会学知识掌握更灵活样知识理解会仅仅停留理层面动手做知识学致
时完成毕业设计程中设计参考文献资料里编者表示感谢次感谢次毕业设计中帮助老师学
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科毕业文（设计）
题 目 基LabVIEW虚拟频谱仪设计实现
指导老师 职称
学生姓名 学号
专 业
班 级
院 (系)
完成时间
基LabVIEW虚拟频谱仪设计实现
摘
LabVIEW种效运虚拟仪器设计技术进行虚拟仪器开发计算机应软件设计计算机台虚拟仪器技术信号系统分析LabVIEW软件等相结合设计出虚拟频谱仪目信号进行频谱分析LabVIEW软件身产生仿真信号模块发出信号通LabVIEW软件模块实现信号采集滤波傅里叶变换频谱分析利LabVIEW软件设计虚拟仪器利图形化编程语言灵活编程思维设计出功虚拟仪器工业生产中虚拟仪器应信号数测量控制提供方便代传统测量仪器实现信号分析处理功种情况节约成提高资源效率求极高社会说虚拟仪器发展带社会效益
关键词：LabVIEW虚拟仪器信号生成信号采集信号分析
The design and implementation of Virtual Spectrum Instrument Based on LABVIEW
ABSTRACT
LabVIEW is a kind of effective using virtual instrument design technology for virtual instrument developed of computer application software this design is in the platform of computer combining with virtual instrument technology signal and system analysis and the LabVIEW software to design a virtual frequency spectrum instrument its main purpose is the spectrum analysis for the signal Using the LabVIEW application software module sends a signal to the other modules and through the LabVIEW software achieve the signal acquisition filtering Fourier transform and spectrum analysis Using LabVIEW software to design the virtual instrument you can also use the graphical programming language the flexible program thinking to design the different function of virtual instrument In industrial production the application of virtual instrument for the signal and the data of measurement and control provide a convenient it can replace some traditional measuring instruments to achieve the function of signal analysis and processing in this case saving the costs and improving the efficiency of resource requirement to the society the development of the virtual instrument for the people are all bring great social benefit to people
KEYWORDS LabVIEW Virtual Instrumentsignal generatedsignal analysis
目 录
摘 II
ABSTRACT III
1 绪 III
11 研究背景 1
12 虚拟仪器特点发展 1
13 设计结构 2
2 虚拟仪器LabVIEW软件介绍 4
21 虚拟仪器简介 4
22 虚拟仪器构成 5
23 LabVIEW简介 5
3 虚拟频谱仪功介绍 8
31 虚拟频谱仪工作原理 8
32 虚拟频谱仪设计 8
4 基LabVIEW虚拟频谱仪设计实现 13
41 虚拟频谱仪整体设计 13
42 软件部分设计 13
43 仿真信号频率分析 17
结 20
参考文献 22
1 绪
11 研究背景
着科学发展电子科技需求越越高特研发生产中种产品功足够解灵活运尤产品调试阶段需助仪器工具产品进行测量控制工控消费电子智家电生产程中需仪器帮助完成产品设计甚需专门测试仪器例常见示波器滤波器频谱仪模拟信号发生器等帮助实时掌握测控象运行信息传统仪器传统仪器会受功单价格昂贵限制市场类电子产品需求高需种成低功强仪器代传统仪器虚拟仪器技术背景发展起
虚拟仪器通LabVIEW软件(安装计算机应软件)开发台计算机硬件资源传统电子仪器仪表设计理念整合起计算机硬件台支持通软件实现信号产生分析处理软件窗口显示结果达方便测试产品实时掌握控象效果
虚拟仪器出现开辟仪器测量技术新理念虚拟频谱仪设计理念产生代传统虚拟频谱仪器实现信号测量频谱分析处理输出显示结果等功降低生产成实时掌握信号变化提供方便
12 虚拟仪器特点发展
121 虚拟仪器特点
虚拟仪器利计算机软硬件资源台应软件兼容性[1]通软件编程实现信号者数采集处理虚拟仪器LabVIEW软件窗口采视化编程语言控制软件窗口控制面板取代传统控制面板仪器仪表软件窗口控制面板仅设置传统仪器控制面板相似键旋钮等控件具类似C语言中for循环while循环条件选择等编程语言结构控件操作时户通鼠标者键盘操作软件窗口完成户想虚拟仪器软件设计
122 虚拟仪器相传统仪器优势
虚拟仪器相传统仪器方面优势：
1传统仪器功生产厂家定义受限生产厂家相虚拟仪器功户定义
2 虚拟仪器技术关键软件编程样性合理性受硬件局限性虚拟仪器方便设备建立连接通网络进行户信息享
3 虚拟仪器直接数进行编辑利计算机足够数存取容量数通计算机总线传输存储器者印机够数进行实时传输存储
4 具完美仪器控制模块虚拟仪器具灵活性种方法显示进行数采集控制程分析
5虚拟仪器基软件开发仪器测试技术设备材料利率低降低开发维护成
123 虚拟仪器发展
虚拟仪器相传统仪器体现优点仅促进虚拟仪器发展时充分发挥计算机操作系统兼容性数处理力软件发挥更功作推进仪器测量技术飞速发展国国外虚拟仪器便捷性灵活性受工程师欢迎种背景虚拟仪器正着高速高效高性高精度方发展
13 设计结构
设计核心务利LabVIEW软件设计虚拟频谱仪实现测试信号产生采集滤波傅里叶变换频谱分析设计首先介绍虚拟仪器研究背景应然介绍虚拟仪器特点优势发展情况文第2节详细介绍虚拟仪器概念LabVIEW软件应介绍第3节介绍次毕业设计虚拟频谱仪功原理功分析方法第4节介绍虚拟频谱仪设计生成程具体步骤结中整编文做总结
2 虚拟仪器LabVIEW软件介绍
21 虚拟仪器简介
传统仪器控制面板信号输入输出端口显示屏等部分组成操作面板开关旋钮刻度值选择键等检测结果般会通数字图形显示屏幕通印输出传统仪器软件硬件电子电路固化仪器实现控制功功单户灵活程度低传统仪器功更新慢开发成高着技术提高发明智化仪器智化仪器然没摆脱单功限制原传统仪器仪表已难满足需求开发员解决问题希必硬件支持通软件做成测试仪器产生虚拟仪器设计理念
虚拟仪器户定义虚拟仪器功相套专门户定制仪器利虚拟仪器设计软件计算机运行时操作台具特定作测量控制仪表仪器表21传统仪器虚拟仪器较览表见页
表21 传统仪器虚拟仪器较
传统仪器
虚拟仪器
硬件关键
软件关键
仪器功出厂固定
仪器功户定义
系统封闭设备连
接局限性
开放系统方便网络
设备外设连接
价格昂贵功单
价格低功
技术更新速度慢
技术更新速度快
开发维护成高
开发维护成低
专业实验室拥
实验室
22 虚拟仪器构成
虚拟仪器包括硬件资源(计算机硬件接口设备)软件资源(设备驱动软件虚拟控制面板)两部分组成硬件资源虚拟仪器软件资源基础应软件资源虚拟仪器核心容软件资源里面包含丰富函数库功模块通功模块组合成具功仪器实现测量控制功
虚拟仪器软件具相直观化户应程序接底层驱动设备驱动程序两部分图21示设备驱动程序连接应程序底层设备基础通接口api实现设备驱动程序开发环境连接实现硬件设备控制
图21 虚拟软件体系结构
23 LabVIEW 简介
231 LabVIEW知识简介
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)美国国家仪器（NI）公司编写开发Visual Basic语言C语言Java语言等编程风格者运文语言编写程序代码LabVIEW运图形化编程语言编写图形控件代文程序代码LabVIEW提供具特定功控件供户功包含文语言里子函数调种函数嵌套受限制[2]LabVIEW软件版提供图形控件研究开发员间部分致[3]编程语言更加具读性图22示LabVIEW初始界面
图22 LabVIEW初始界面
231 LabVIEW基程序构成
LabVIEW核心VILabVIEW包括两面板[4]前面板程序面板
前面板窗口(图23)图形户界面LabVIEW虚拟仪器面板相传统仪器控制面板显示屏幕效程序户联系起程序运行时输入输出信息窗口图24示图中菜单栏中软件呈现种功程序运行停止功户输入输出显示功等利软件具备种功控件设计前面板
图23 LabVIEW前面板
程序框图窗口(图24)提供图形化程序语言相传统仪器硬件固化程序程序框图中程序员仅够控制操作前面板控件功图形化语言编写程序代码图25示程序框图显示前面板控件外(二者图标意义相)显示前面板控件端子端子连接起程序框图中控件接口间连线数
图24 LabVIEW程序面板
线者数流控件间数信息通数线功控件模块间传递LabVIEW编程语言文程序语言根数线信息运行程序控件求输入数完全控件接受程序运行然控件处理数处理完成输出端口输出相应信息数数数线流控件者功模块中进行数者信号处理分析
3 虚拟频谱仪功介绍
31 虚拟频谱仪工作原理
虚拟频谱仪LabVIEW软件设计控制完成信号生成采集波形滤波处理幅值频谱显示等功设计思路流程图图31示：
图31 设计流程图
虚拟频谱仪设计包括程序前面板设计程序框图设计前面板提供信号生成模块通属性容选择输入仿真信号[5]例方波信号正弦波信号三角波信号等类似选择滤波器选择前面板信号频率幅值进行调节前面板显示输入原始波形通滤波模块滤波波形进行信号分析处理结果显示等
虚拟频谱仪功：(1)信号生成类型选择控制(2)动态显示选择控制信号波形（3）调节信号频率幅值（4）测量显示信号处理幅值谱频率谱图31设计流程图虚拟仪器软件LabVIEW开发台设计虚拟频谱仪利该软件前面板程序框图控件功该软件支持函数库通仿真信号生成模块产生信号实现信号采集分析处理实现虚拟频谱仪功样具测试功虚拟仪器频谱仪完成
32 虚拟频谱仪设计
321信号频谱分析知识简介
进行虚拟频谱仪设计前首先掌握信号理知识信号时域分析频域分析频谱分析傅里叶变换等时域表示信号[6]时间变化关系频域坐标系表示信号频率特性事物描述需方面进行描述该事物事物区分开例眼前台电脑描述方面特征品牌型号性价价格等理信号研究方面特性信号时域特性时域分析频域特性频域分析时域分析指信号时间变化变化分析频域分析指坐标显示信号频率变化
图32受噪声干扰含频率周期分量信号波形然波形出什特点图33功率谱识出该信号包含四周期分量信号频谱更清楚表示频率信号特性变化[7]
图32 受噪声干扰频率周期信号波形
图33 受噪声干扰频率周期信号功率谱
事物时间先序发展测试产品功时通常时间变化中检测时域分析通研究信号变化频谱分析分析信号周期频谱分量变化帮助理解时期信号分量波形特征
322 信号频谱分析方法
工作中频谱分析仪分析信号频谱频谱仪模拟式数字式[8]两种工作模式模拟式频谱仪模拟滤波器基础信号中选出频率分量数字式频谱仪数字滤波器傅立叶变换基础实现信号频谱分析采傅立叶变换时域信号x(t)变换频域信号X(f)帮助解信号特征傅立叶变换信号频谱分析[9][10]重工具时域信号x（t）傅立叶变换：
(31)
式中f频率X(t)时域信号表示X(f)频域信号表示[11]
323 周期信号频谱分析
周期信号定规律会重新出现信号满足条件： (32)周期函数信号展开成正交函数线性组合成穷级数正交函数集三角函数集者指数函数集展开成傅立叶级数般表达式：
（33）
直流分量幅值： （34）
余弦分量幅值：
（35）
正弦分量幅值：
（36）
周期信号三角函数展开式种形式：
（37）
直流分量幅值： （38）
频率分量幅值： （39）
频率分量相位 （310）
式中T—周期基波圆频率f0—基波频率
傅立叶级数复指数展开式：
（311）
（312）
中：
该项目惯图形表示图振幅谱频率谱称实部虚部频谱周期信号频谱具三特点：
1周期信号频谱离散系列击函数组成离散频谱
2条谱线会出现基波频率谐波频率处
3频率分量谱线高度表示该谐波分量幅值相位角
324 快速傅里叶变换（FFT）
快速傅里叶变换DFT(离散傅里叶变换)算法基础进行改进减少计算次数缩短计算时间获新算法简称FFT信号采样点数2幂次方时采种算法LabVIEW提供FFT图标供户直接进行频谱分析问题选取采样时间间隔取少采样点N截取长度保证频谱分析精度
栅栏效应概念：
限长信号频谱连续分析频谱计算机必须截断成限长度信号信号限截取转化周期信号时频率原连续谱成离散谱处离散谱间信号频谱丢掉种方法算出信号连续频谱中N抽样点处值漏掉频谱完全代表频谱分布栅栏样种现象称栅栏效应
4 基LabVIEW虚拟频谱仪设计实现
41 虚拟频谱仪整体设计
虚拟频谱仪虚拟仪器设计软件LabVIEW程序前面板程序框图组成仿真信号模块生成信号进行时域分析频谱分析通计算机软件模块数处理结果显示前面板虚拟频谱仪功户定义想实现更功时时添加修改满足需求
42 软件部分设计
421 前面板设计
设计应LabVIEW2012版前面板面户象虚拟控制面板设计设置输入数值控制信号观察输出数值输出波形控制端该控制面板户通种钮开关旋钮等控制虚拟频谱仪工作例：选项卡选择控件信号参数设定数值控件滤波器设置控件结果显示控件等图41设计虚拟频谱仪前面板前面板出频谱仪功：
1仿真信号生成选择功LabVIEW软件前面板添加仿真信号生成模块户通该模块设置需输入仿真信号例加噪声正弦波方波三角波等外设计外添加供选择初始信号频率幅值等
2波形显示功前面板放置波形显示控件点击窗口左角运行钮前面板开关钮显示出滤波前信号波形变化幅值谱图形显示功率谱图形显示等信号幅值峰值功率峰值进行数字显示
3滤波器选择功设计中户通前面板滤波控制模块选择滤波器观察滤波效果外滤波器采样频率进行调整
4控制仿真信号幅值频率滤波器采样频率幅值功设计功引种控件模块设置样模块控制仿真信号幅值频率滤波器采样频率样直接改变仿真信号频率幅值等方便适应情况直接改变滤波器幅值采样频率实现情况种滤波波形波形受仿真信号频率限制样通改变滤波器波形采样频率类型实现滤波效果
图41 虚拟频谱分析仪前面板
5显示滤波器滤波波形高低电幅值观察信号电压变化
功虚拟频谱仪设计实现功功集合起组成次虚拟频谱仪前面板功模块合理放置图示显示模块左边二控制输入参数控件通信号参数设定设定仿真信号频率幅值滤波器模块输入设定滤波器采样频率幅值周期滤波类型右边六数值显示模块分显示滤波波形峰峰值正峰值反峰值波形电值功率谱幅值谱中添加功率谱峰值显示模块直接出波形功率谱幅值谱
422 程序框图设计
程序前面板设计相应程序框图设计程序前面板设计完成程序结束进行程序框图设计
开LABVIEW设计软件程序框图窗口进入程序框图设计界面已完成前面板设计程序框图中会显示程序前面板已选择控件图标注意区分根设计虚拟频谱仪功事先想控件表示出利LABVIEW中功控件虚拟频谱分析仪前面板控件作联系程序框图设计窗口中合理放置程序需控件模块鼠标直接相关控件连接起实现虚拟频谱仪功该程序框图中包括仿真信号生成模块滤波器设计波形频谱分析模块数流编辑端口图标连接连线工具进行连接时果端口法建立连接关系说明相连数类型匹配仔细检查数重新建立连接设计条件结构点C语言中if条件结构类似[12]程序框图图42示
图42 程序框图
4221 仿真信号生成模块
LabVIEW函数库中丰富仿真信号方波正弦波三角波等设计时需子VI放入仿真信号生成模块利声卡采集声音进行信号处理分析仿真信号生成程序框图图43示设计程中包含仿真信号生成模块该模块中正弦+均匀白噪声方波三角波果想噪声波形设计程序框图中属性进行更改想波形课题中添加均匀白噪声采样率进行设置满足采样定理
图43 仿真信号生成程序框图
4222 滤波器设计
滤波器电容电感电阻组成种信号具处理功器件者电路作户需信号衰减通通数线传输出信号衰减达影响信号效果滤波器实质允许特定频率信号通阻断频率信号选频电路设计中应种特性[13]处理种干扰信号干扰前面板选择滤波器观察滤波效果低通滤波器程序框图图44示：
图44 低通滤波器程序框图
低通滤波器指滤波器增加低频信号成分目允许低截止频率信号通阻断高截止频率信号通图45示设计提供选择滤波器中低通滤波器滤波效果图展示仿真信号方波信号波形通滤波滤波效果图中左图加均匀白噪声方波右图低通滤波器滤波信号波形通滤波效果图形出滤波噪声毛刺明显减少原始测试信号失真度减滤波达理想效果
图45 滤波程序框图
滤波波形相关参数直观通波形分析模块数值显示控件显示出图46显示波形峰峰值周期正峰值反峰值里幅值显示控件数字显示控件样显示波形电里电显示电显示模块数组显示模块次波形进行测量数组显示模块图47示
图46 波形峰值显示模块
图47 电显示模块
图48 波形功率谱幅值谱显示模块里选项卡前面板切换显示波形幅值谱频率谱里选项卡数线连接显示波形幅值谱功率谱相应功率谱分析模块幅值谱分析模块波形图连接显示相应频谱
图48 幅值谱功率谱显示模块
43仿真信号频谱分析
现仿真信号方波例简说明分析信号频谱分析[14]输入仿真信号加均匀白噪声方波滤波滤波效果图49示滤波效果理想频谱分析功率谱图410示幅值谱图411示
方波傅立叶变换知识知方波频率幅值分布幅值图示频率幅值面频率成分幅值分界清晰幅值谱结果基正确功率谱图410示频功率结果理想结果基致
图49 方波信号滤波波形
图410 方波信号功率谱
图411 方波信号幅值谱
结
次毕业设计中做第务先想设计思路思路想着手做时候会慌乱做成次毕业设计首先虚拟仪器较深刻理解虚拟仪器核心思想背景发展知道次做毕业设计知识面控件需硬件基础里面编程思维文语言相似处结合起做虚拟频谱仪做虚拟频谱仪首先做软件功实现软件功实现程中出现问题波形参数控制合理控件方法考虑问题周等等查资料分析程序框图情况逐步解决软件功初步实现做写毕业文写毕业文程中结合学知识量文写合理规范加深次毕业设计认识时次完善软件设计整毕业设计更加完美
虚拟频谱仪设计完成调试控件设计功正常运行符合求需指出信号LabVIEW中仿真信号模块设置产生虚拟频谱仪具功：波形显示滤波功加窗修复泄露功结果输出幅值谱功率谱等虚拟频谱仪设计程出基LabVIEW虚拟频谱仪开发设计直观户通需求调软件中功模块组建想仪器者尤非常方便针工作目设计出档次虚拟仪器者工作服务分设计软件驱动程序虚拟面板信号期处理结果显示等进行设计信号期处理程序设计成独立功模块够采样信号进行实时现线性分析满足求提高工作效率节约生产成
完成虚拟频谱仪设计时编程软件LabVIEW种虚拟仪器软件开发工具基LabVIEW虚拟频谱仪仅完成仿真信号生成控制信号进行频域分析时域分析虚拟仪器频谱仪界面容易控制操作方便降低成方便户修改保存总虚拟仪器发展改变传统测量控制仪器观念者通鼠标键盘仅设计虚拟仪器操控虚拟仪器实现功信号测量控制技术提供良设计理念发展机会运LabVIEW简单软件开发环境实现虚拟仪器开发充分展示软件仪器新概念利计算机操作系统功编程软件编程功实现信号数采集分析处理等相关技术LabVIE组成软件测试系统工业生产中具备广泛实价值
参考文献
[1] 袁渊古军虚拟仪器基础教程[M]西安电子科技学出版社2002
[2] National Instruments Corporation LabVIEW user’s manual199818
[3] 刘君华虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程西安：西安电子科技学出版社2004
[4]侯国屏王坤LabVIEW71编程虚拟仪器设计[M]北京：清华学出版社2005
[5] 黄松岭：虚拟仪器基础教程清华学出版社20087
[6] 余成波陶红艳：信号系统（第二版）清华学出版社20076
[7] 康华光：模拟电子技术基础（第四版）[M]高等教育出版社 20061
[8] 李玮基中频数字化虚拟射频频谱分析仪设计开发：[硕士学位文]武汉理工学 34
[9] 丁玉美高西全数字信号处理西安：西安电子科技学出版社2001
[10] Kaichao Yao Virtual Spectrum Analyzer Design and Implementation Shenyang China August 12August 14
[11] 徐天成钱冬宁张胜付信号系统哈尔滨：哈尔滨工程学出版社2000
[12] 谭浩强：C程序设计（第三版）清华学出版社 20057
[13] 张重雄：虚拟仪器技术分析设计[M]电子工业出版社200701
[14] 陈行禄秦永元信号分析处理北京：航空航天学出版社1993
致谢
整毕业设计程中感谢导师细心指导毕业设计思路文提供指导建议帮助受益匪浅避免必错误外感谢帮助学设计软件程序写文时候旁边指点建议少走弯路提高完成效率实践出真知次毕业设计程中学会理实践相结合书中理知识实践结合起动手亲做实东西会学知识掌握更灵活样知识理解会仅仅停留理层面动手做知识学致
时完成毕业设计程中设计参考文献资料里编者表示感谢次感谢次毕业设计中帮助老师学
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