【正文】 理，從而實(shí)現(xiàn)虛擬頻譜儀的功能。在程序框圖中各個(gè)控件接口之間的連線即數(shù)據(jù) 圖24 LabVIEW程序面板 線或者數(shù)據(jù)流。其功能還包含文本語(yǔ)言里的子函數(shù)調(diào)用，而且這種函數(shù)嵌套不受限制的[2]。硬件資源是虛擬儀器軟件資源的基礎(chǔ)。操作面板有開(kāi)關(guān)、旋鈕、刻度值、選擇按鍵等。
3, 虛擬儀器可以直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，利用計(jì)算機(jī)足夠的數(shù)據(jù)存取容量把數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)總線傳輸給存儲(chǔ)器或者打印機(jī)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)。
虛擬儀器是通過(guò)LabVIEW軟件(可安裝在計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用軟件)開(kāi)發(fā)平臺(tái)將計(jì)算機(jī)的硬件資源與傳統(tǒng)電子儀器儀表的設(shè)計(jì)理念整合起來(lái)，在計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)的支持下，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生、分析和處理，并能在軟件窗口內(nèi)顯示結(jié)果，達(dá)到方便人們測(cè)試產(chǎn)品、實(shí)時(shí)掌握被控對(duì)象的效果。用LabVIEW軟件自身產(chǎn)生的仿真信號(hào)模塊發(fā)出信號(hào)，并通過(guò)LabVIEW軟件內(nèi)的其他模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、濾波、傅里葉變換和頻譜分析。signal generated。在操作時(shí)，用戶可通過(guò)鼠標(biāo)或者鍵盤(pán)來(lái)操作軟件窗口，來(lái)完成用戶想要的虛擬儀器軟件設(shè)計(jì)。
本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)的核心任務(wù)是利用LabVIEW軟件來(lái)設(shè)計(jì)虛擬頻譜儀，來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生、采集、濾波、傅里葉變換和頻譜分析。人們?cè)诶锰摂M儀器設(shè)計(jì)軟件在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)也就是在操作一臺(tái)具有特定作用的測(cè)量控制儀表儀器。
圖21 虛擬軟件體系結(jié)構(gòu) LabVIEW 簡(jiǎn)介 LabVIEW知識(shí)簡(jiǎn)介 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司編寫(xiě)開(kāi)發(fā)的。我們可以利用軟件具備的各種功能和控件來(lái)設(shè)計(jì)我們的前面板。前面板提供了信號(hào)生成模塊，可以通過(guò)其屬性內(nèi)容選擇輸入的仿真信號(hào)[5]，例如方波信號(hào)，正弦波信號(hào)，三角波信號(hào)等，類似的選擇還有濾波器的選擇，而且在前面板可以對(duì)信號(hào)的頻率和幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)任何一個(gè)事物的描述都需要從多個(gè)方面進(jìn)行描述才能把該事物與其他事物區(qū)分開(kāi)來(lái)。
信號(hào)頻譜分析的方法 在工作中我們用頻譜分析儀來(lái)分析信號(hào)的頻譜，頻譜儀有模擬式和數(shù)字式[8]兩種工作模式。
每條譜線只會(huì)出現(xiàn)在基波頻率的諧波頻率處。于是處在離散譜之間信號(hào)頻譜就被丟掉，用這種方法只能算出信號(hào)連續(xù)頻譜中N個(gè)抽樣點(diǎn)處的值，而漏掉一些頻譜，所以它不能完全代表頻譜的分布，像個(gè)柵欄一樣，所以把這種現(xiàn)象稱為柵欄效應(yīng)。用戶可以通過(guò)該模塊來(lái)設(shè)置所需要輸入的仿真信號(hào)，例如，加噪聲的正弦波、方波、三角波等。
控制仿真信號(hào)的幅值和頻率以及濾波器的采樣頻率、幅值的功能。濾波器模塊可以輸入設(shè)定濾波器的采樣頻率、幅值、周期和濾波類型。
圖42 程序框圖 仿真信號(hào)生成模塊 LabVIEW的函數(shù)庫(kù)中有豐富的仿真信號(hào)，如方波、正弦波、三角波等。濾波器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)允許特定頻率的信號(hào)通過(guò)而阻斷其他頻率的信號(hào)的選頻電路，在設(shè)計(jì)中可以應(yīng)用它的這種特性[13]來(lái)處理其他各種干擾信號(hào)的干擾。同樣的我們還可以顯示波形的電平，這里的電平顯示用到了電平顯示模塊和數(shù)組顯示模塊，因?yàn)槲覀兛梢远啻螌?duì)波形進(jìn)行測(cè)量所以用到的是數(shù)組顯示模塊，如圖47所示。要做成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我首先要對(duì)虛擬儀器有一個(gè)較深刻的理解，虛擬儀器的核心思想、背景和發(fā)展都是要知道的，其次是我做本畢業(yè)設(shè)計(jì)所要用到的知識(shí)，比如上面有很多控件，是需要我有一些硬件基礎(chǔ)的，還有里面的編程思維和其他文本語(yǔ)言有相似之處，把這些結(jié)合起來(lái)，我就可以做虛擬頻譜儀了，做虛擬頻譜儀首先要做的是軟件功能的實(shí)現(xiàn)，在軟件功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中還出現(xiàn)了一些問(wèn)題，比如波形參數(shù)控制不合理，有些控件用的方法不對(duì)，考慮問(wèn)題不周到等等，這些都在我查資料和分析程序框圖的情況下逐步解決了，在軟件功能初步實(shí)現(xiàn)以后，我所要做的就是寫(xiě)畢業(yè)論文了，我在寫(xiě)畢業(yè)論文過(guò)程中，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，盡量把論文寫(xiě)得合理規(guī)范，并且也加深了我對(duì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也可以再次完善我的軟件設(shè)計(jì)，從而讓整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)更加完美。虛擬儀器頻譜儀界面容易控制，操作方便，還降低了成本，方便用戶的修改與保存。資料共分享，我們負(fù)責(zé)傳遞知識(shí)。這就對(duì)信號(hào)的測(cè)量和控制技術(shù)提供了良好的設(shè)計(jì)理念和發(fā)展機(jī)會(huì)，只要運(yùn)用LabVIEW簡(jiǎn)單的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，即可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的開(kāi)發(fā)，充分展示了“軟件即儀器”的新概念。需要指出的是，信號(hào)是用LabVIEW中的仿真信號(hào)模塊設(shè)置以后產(chǎn)生的。
圖48 幅值譜和功率譜顯示模塊 現(xiàn)在以仿真信號(hào)方波為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明分析信號(hào)的頻譜分析[14]。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(hào)成分為目的允許低于截止頻率的信號(hào)通過(guò)而阻斷高于截止頻率信號(hào)的通過(guò)。也可利用聲卡采集到的聲音進(jìn)行信號(hào)處理分析。
程序框圖的設(shè)計(jì) 每一個(gè)程序的前面板設(shè)計(jì)都有相應(yīng)的一個(gè)程序框圖設(shè)計(jì)。這樣就可以直接改變仿真信號(hào)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(lái)實(shí)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(hào)頻率的限制。
波形顯示功能。它可以對(duì)仿真信號(hào)模塊生成的信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析和頻譜分析，通過(guò)計(jì)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。
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(lái)減少計(jì)算次數(shù)，縮短計(jì)算時(shí)間獲得的新算法，簡(jiǎn)稱FFT。傅立葉變換用于信號(hào)的頻譜分析[9][10]的重要工具，時(shí)域信號(hào)x（t）的傅立葉變換： (31) 式中f為頻率，X(t)為時(shí)域信號(hào)表示，X(f)為頻域信號(hào)表示[11]。同理，對(duì)于信號(hào)我們也要研究它多方面的特性。
虛擬頻譜儀的主要功能有：(1)信號(hào)生成類型選擇的控制；(2)動(dòng)態(tài)顯示選擇控制信號(hào)的波形；（3）調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率和幅值；（4）測(cè)量顯示信號(hào)處理過(guò)的幅值譜和頻率譜。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(gè)控件的端子并把各個(gè)端子連接起來(lái)。而且LabVIEW還提供很多具有特定功能的控件可供用戶使用。
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