【正文】 8致謝 39摘 要虛擬儀器是在以計算機為核心的硬件平臺上，通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機地融為一體，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析、處理，從而完成各種測試功能的儀器系統(tǒng)。virtual 。如指針式萬用表、晶體管電壓表，它們的基本特征是采用模擬電子技術實現(xiàn)，采用指針顯示結果?！　膬x器的發(fā)展歷史可以看出，儀器領域已經(jīng)歷了兩次技術革命。[8] 發(fā)展到這一階段，人們也認識到了虛擬儀器軟件框架才是數(shù)據(jù)采集和儀器控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化的關鍵。而虛擬儀器的各種優(yōu)點讓用戶可放心地舍棄舊的傳統(tǒng)測量設備，接受更新型、以計算機為基礎的虛擬儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的核心技術思想就是“軟件即是儀器”。 虛擬儀器開發(fā)框圖虛擬儀器技術的優(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。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復雜的功能。7）可方便地存貯和交換測試數(shù)據(jù)，測試結果的表達方式更加豐富多樣。2）并行口式虛擬儀器 最新發(fā)展的一系列可連接到計算機并行口的測試裝置，它們把儀器硬件集成在一個采集盒內(nèi)。GPIB測量系統(tǒng)的結構和命令簡單，主要應用于臺式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時應用。PXI具有8個擴展槽，而臺式PCI系統(tǒng)只有3~4個擴展槽，通過使用PCI—PCI橋接器，可擴展到256個擴展槽，臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領域的擴展優(yōu)勢結合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺。對于虛擬儀器，前一部分由硬件構成，后兩部分主要由軟件實現(xiàn)。因此，VI的發(fā)展已經(jīng)完全跟上計算機技術的發(fā)展步伐，同時也顯示出VI的靈活性與強大生命力。與傳統(tǒng)的編程方式相比,使用LabVIEW設計虛擬儀器,可以提高效率4～10倍。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結構和連線等。工具選板 工具模板用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具。控制選板用控制選板可以給前面板添加輸入控制和輸出顯示。高等學校特別是理工科的教學、科研需要大量的儀器設備，例如信號源、示波器等，常用儀器都必須配置多套，但是有些儀器設備價格昂貴，如果按照傳統(tǒng)模式新建或者改造實驗室投資巨大，造成許多學校儀器設備缺乏或過時陳舊，嚴重影響教學科研。這時期的信號發(fā)生器多以軟件為主，實質(zhì)是采用微處理器對DAC的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。信號類型是要生成的波形的類型。錯誤輸入（無錯誤）表明節(jié)點運行前發(fā)生的錯誤。僅當信號類型是方波時，VI使用該參數(shù)。 基本函數(shù)發(fā)生器程序框圖 在該程序中以Basic Function ，產(chǎn)生一個頻率、幅值以及相位均可調(diào)的信號發(fā)生器，將信號用波形圖加以顯示，并用時序循環(huán)使程序能夠循環(huán)運行。如幅值為0，則不進行縮放。數(shù)組的大小必須匹配單頻頻率數(shù)組和單頻幅值數(shù)組的大小。如強制轉(zhuǎn)換頻率？的值為TRUE，指定的單頻頻率將被轉(zhuǎn)換為Fs/n最近整數(shù)倍。通過頻率、幅值和采樣信息生成正弦單頻。 第三章 信號的分析 對信號的分析可分為時域分析和頻域分析，這是對信號進行分析的兩個不同角度和側面，它們都可以反映信號的一些特征，在實際應用中往往這兩種分析方式都是必需的。 FFT Spectrum（MagPhase）程序后面板 FFT Spectrum（MagPhase）程序前面板程序的前面板 ，圖中上面的波形3顯示的是正弦信號的時域波形，下面的兩個波形圖顯示的是其頻域波形，右邊的是幅值譜，左邊的是相位譜。 FFT頻譜（幅度相位）程序框圖 FFT頻譜（幅度相位）前面板第四章 信號的處理 對信號的處理，濾波是最為常見的一種，它可以將用戶需要頻率范圍的目標信號從噪聲中提取出來，并將無用的信號去除。FIR濾波器的設計任務就是給定要求的頻率特性，按照一定的最佳逼近準則，選取多項式系數(shù)h(n),即濾波器的單位抽樣響應及階數(shù)N，似的頻率性滿足設計要求。同樣可以設置濾波器的拓撲類型，例如巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器、貝塞爾濾波器等，以及濾波器的階數(shù)。 第三行是對疊加信號添加了高斯白噪聲信號，并進行了濾波處理。而且滿足了測試效率和精度要求，大大節(jié)約了設備成本，還可以方便的升級、維修。記得大一上孫老師教的課時，就被她的教學風格所吸引，很喜歡上他的課，他很爽快，待我們學生課上很認真，下課后就仿佛是我們的同齡朋友，上他的課很輕松愉快。另外，衷心感謝我的同窗同學們，在我畢業(yè)論文寫作中，與你們的探討交流使我受益頗多；同時，你們也在我四年的學習生活中給予我很多無私的幫助和支持，我在此深表謝意。通過本次設計，使我對LabVIEW有了更深的了解，LabVIEW是開發(fā)虛擬儀器應用軟件的高效率工具，基于LabVIEW的虛擬信號的分析是一種較好的虛擬儀器。虛擬信號分析儀器的運行圖如下： 信號分析儀器運行圖程序運行圖說明： 上圖中第一行波形圖1和波形圖2可以顯示發(fā)生的初始信號，下面的信號類型按鍵使輸入可以產(chǎn)生四種不同的信號，分別為正弦波、三角波、方波和鋸齒波，其他的按鍵可以分別調(diào)整輸入信號的偏移量、幅值、頻率和方波占空比。 VI的濾波設計 在labview中有一個express vi，可以專門針對信號進行濾波操作，這個express vi位于函數(shù)模塊中的signal analysis子模塊中。濾波器的特性通常用它的頻率響應來描述。對于離散傅里葉變換,求出N 點X( k) 需要N2 次復數(shù)乘法,N(N 1) 次復數(shù)加法。 用于信號頻域分析的Frequency Domain子模板 快速傅里葉變換幅值相位譜 快速傅里葉變換幅值—相位譜vi——FFT Spectrum（MagPhase）.vi用于對時域信號進行快速傅里葉變換，并計算其幅值譜和相位譜?？蓪е路逯狄驍?shù)改變。混合單頻信號發(fā)生器詳細信息該波形的頻域表示為指定單頻頻率上的脈沖序列，在其它頻率上電平均為0。s是波形的采樣數(shù)。數(shù)組的大小必須匹配單頻頻率數(shù)組和單頻相位數(shù)組的大小。 輸出波形至模擬輸出通道時，可使用幅值?；竞瘮?shù)發(fā)生器詳細信息 該VI可記錄上次生成波形的時間標識，并從該點開始繼續(xù)遞增時間標識。默認值為1000。默認值為0。重置信號如值為TRUE，相位可重置為相位控件的值，時間標識可重置為0。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實踐和科技領域中有著廣泛的應用。自60年代以來信號發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器，這個時期的信號發(fā)生器多采用模擬電子技術，由分立元件或模擬集成電路構成，其電路結構復雜，且僅能產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡單波形，由于模擬電路的漂移較大，使其輸出的波形的幅度穩(wěn)定性差，而且模擬器件構成的電路存在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點，并且要產(chǎn)生較為復雜的信號波形則電路結構非常復雜。 注：只有打開了框圖程序窗口，才能出現(xiàn)功能選板。通過這些控制或功能子模板可以找到創(chuàng)建程序所需的面板對象和框圖對象。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動，并可以放置在屏幕的任意位置。 VI的使用前面板流程圖提供VI的圖形化源程序。使用流程圖方法可以實現(xiàn)內(nèi)部的自我復制,采用前面板、流程圖、圖標等,用戶就對整個系統(tǒng)實現(xiàn)圖形化描述,同時,用戶還能夠重用虛擬儀器,可以隨時改變虛擬儀器來滿足自己的需要。 虛擬儀器組成總框圖從構成要素講，VI系統(tǒng)是由計算機、應用軟件和儀器硬件組成的；從構成方式講，則有以DAQ板和信號調(diào)理為儀器硬件而組成的PCDAQ測試系統(tǒng)，以GPIB、VXI、Serial和Fieldbus等標準總線儀器為硬件組成的GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等多種形式。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結果顯示三部分組成。 5）PXI總線方式虛擬儀器 PXI總線方式是PCI總線內(nèi)核技術增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。在標準情況下，一塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。但是受PC機機箱和總線限制，且有電源功率不足，機箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機箱內(nèi)無屏蔽等缺點。5）虛擬儀器開放