【正文】 nd Implementation, Shenyang, China , August 12August 14 [11] 徐天成，錢冬寧，： [12] 譚浩強(qiáng)：C程序設(shè)計（第三版）清華大學(xué)出版社 [13] 張重雄：虛擬儀器技術(shù)分析與設(shè)計[M]. [14] 陳行祿，秦永元。資料共分享，我們負(fù)責(zé)傳遞知識。實踐出真知，在這次畢業(yè)設(shè)計過程中，我學(xué)會了把理論與實踐相結(jié)合，把書中的理論知識與實踐結(jié)合起來，多動手，親自去做一個實用的東西將會把所學(xué)知識掌握的更靈活，這樣對知識的理解就不會僅僅停留在理論層面上了，只有動手去做才能把把知識學(xué)以致用。這就對信號的測量和控制技術(shù)提供了良好的設(shè)計理念和發(fā)展機(jī)會，只要運(yùn)用LabVIEW簡單的軟件開發(fā)環(huán)境，即可實現(xiàn)虛擬儀器的開發(fā)，充分展示了“軟件即儀器”的新概念。
在完成虛擬頻譜儀設(shè)計時所用到的編程軟件LabVIEW是一種虛擬儀器軟件開發(fā)工具。需要指出的是，信號是用LabVIEW中的仿真信號模塊設(shè)置以后產(chǎn)生的。得到的功率譜如圖410所示，可以看到，主頻的功率最大，結(jié)果與理想結(jié)果基本一致。
圖48 幅值譜和功率譜顯示模塊 現(xiàn)在以仿真信號方波為例，簡要說明分析信號的頻譜分析[14]。濾波達(dá)到了理想的效果。低通濾波器的程序框圖如圖44所示： 圖44 低通濾波器的程序框圖 低通濾波器是指濾波器以增加低頻信號成分為目的允許低于截止頻率的信號通過而阻斷高于截止頻率信號的通過。也可以對采樣率進(jìn)行設(shè)置，從而滿足采樣定理。也可利用聲卡采集到的聲音進(jìn)行信號處理分析。在該程序框圖中包括仿真信號生成模塊、濾波器設(shè)計、波形頻譜分析模塊，數(shù)據(jù)流的編輯主要是對端口圖標(biāo)的連接，用連線工具進(jìn)行連接時，如果端口無法建立連接關(guān)系，說明相連的數(shù)據(jù)類型不匹配，仔細(xì)檢查數(shù)據(jù)后重新建立連接。
程序框圖的設(shè)計 每一個程序的前面板設(shè)計都有相應(yīng)的一個程序框圖設(shè)計。
以上這些功能就是本虛擬頻譜儀設(shè)計能實現(xiàn)的所有功能，將這些功能集合在一起就組成了本次虛擬頻譜儀的前面板，將這些功能模塊合理放置以后如圖所示，在顯示模塊的左邊共有二個控制輸入?yún)?shù)的控件。這樣就可以直接改變仿真信號的頻率、幅值等以方便適應(yīng)不同的情況，我們還可以直接改變?yōu)V波器的幅值、采樣頻率來實現(xiàn)在不同情況下各種濾波的波形，從而使波形不受仿真信號頻率的限制。本設(shè)計中用戶可通過前面板的濾波來控制模塊來選擇不同的濾波器觀察其濾波效果。
波形顯示功能。圖41就是本設(shè)計虛擬頻譜儀的前面板，從前面板上可看出此頻譜儀有如下的功能： 仿真信號生成選擇功能。它可以對仿真信號模塊生成的信號進(jìn)行時域分析和頻譜分析，通過計算機(jī)軟件模塊和數(shù)據(jù)處理以后，把結(jié)果顯示在前面板上。
柵欄效應(yīng)的概念： 無限長的信號的頻譜是連續(xù)的，當(dāng)我們分析它的頻譜的計算機(jī)，它必須被截斷，并使它成為有限長度信號。
快速傅里葉變換（FFT） 快速傅里葉變換是在DFT(離散傅里葉變換)的算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的可用它來減少計算次數(shù)，縮短計算時間獲得的新算法，簡稱FFT。
該項目將習(xí)慣于圖形表示，如圖，你可以得到的振幅譜和頻率譜，和被稱為實部和虛部頻譜。傅立葉變換用于信號的頻譜分析[9][10]的重要工具，時域信號x（t）的傅立葉變換： (31) 式中f為頻率，X(t)為時域信號表示，X(f)為頻域信號表示[11]。
圖32 受噪聲干擾的多頻率周期信號的波形 圖33 受噪聲干擾的多頻率周期信號的功率譜 事物是按時間的先后順序發(fā)展的，所以在測試一個產(chǎn)品的功能時，通常是在時間的變化中來檢測，時域分析就是通過這個來研究信號的變化。同理，對于信號我們也要研究它多方面的特性。時域是表示信號[6]與時間的變化關(guān)系。
虛擬頻譜儀的主要功能有：(1)信號生成類型選擇的控制；(2)動態(tài)顯示選擇控制信號的波形；（3）調(diào)節(jié)信號的頻率和幅值；（4）測量顯示信號處理過的幅值譜和頻率譜。
3 虛擬頻譜儀的功能介紹 虛擬頻譜儀的工作原理 虛擬頻譜儀主要有LabVIEW軟件來設(shè)計，控制完成信號的生成、采集、波形濾波處理和幅值頻譜顯示等功能。如圖25所示，程序框圖除了能顯示前面板上的控件外(二者圖標(biāo)不同，意義相同)，還可以顯示前面板上各個控件的端子并把各個端子連接起來。
前面板窗口(如圖23)是一個圖形用戶界面，它是LabVIEW的虛擬儀器面板，相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的控制面板及顯示屏幕，它有效的將程序和用戶聯(lián)系起來，是程序運(yùn)行時輸入和輸出信息的窗口。而且LabVIEW還提供很多具有特定功能的控件可供用戶使用。如圖21所示，設(shè)備驅(qū)動程序是連接應(yīng)用程序與底層設(shè)備的基礎(chǔ)。
表21 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較 傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器 硬件是關(guān)鍵 軟件是關(guān)鍵 儀器的功能出廠即固定 儀器的功能用戶可自定義 系統(tǒng)是封閉的，與其他設(shè)備連 接有局限性 開放系統(tǒng)，可方便同網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備及外設(shè)連接 價格昂貴，功能單一 價格低，功能多 技術(shù)更新速度慢 技術(shù)更新速度快 開發(fā)和維護(hù)成本高 開發(fā)和維護(hù)成本低 多為專業(yè)實驗室擁有 個人實驗室 虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器包括硬件資源(計算機(jī)硬件接口設(shè)備)和軟件資源(設(shè)備驅(qū)動軟件和虛擬控制面板)兩部分組成。由于這些原因，傳統(tǒng)儀器儀表已經(jīng)難以滿足人們的需求，開發(fā)人員要解決這個問題，就希望只是在必要的硬件支持下，可以通過軟件來做成測試儀器，于是就產(chǎn)生了虛擬儀器的設(shè)計理念。
2 虛擬儀器及LabVIEW軟件介紹 虛擬儀器的簡介 傳統(tǒng)的儀器主要由控制面板，信號的輸入和輸出端口和顯示屏等幾個部分組成。
虛擬儀器的發(fā)展 虛擬儀器和相對于傳統(tǒng)儀器而體現(xiàn)的優(yōu)點不僅促進(jìn)了虛擬儀器的發(fā)展，同時也充分發(fā)揮了計算機(jī)操作系統(tǒng)的兼容性和數(shù)據(jù)處理能力，用軟件使其發(fā)揮更多功能的作用，推進(jìn)儀器測量技術(shù)的的飛速發(fā)展。
2, 虛擬儀器技術(shù)關(guān)鍵在于軟件編程的多樣性和合理性，受硬件的局限性很小，因此虛擬儀器可以方便的與其他設(shè)備建立連接，還可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多個用戶的信息共享。虛擬儀器是在LabVIEW的軟件窗口內(nèi)，采用可視化編程語言和控制，用軟件窗口的控制面板來取代傳統(tǒng)的控制面板的儀器儀表。例如我們常見的示波器、濾波器、頻譜儀、模擬信號發(fā)生器等都可以幫助我們實時的掌握被測控對象的運(yùn)行信息，但他們都是傳統(tǒng)的儀器，傳