20xx基于labview的虛擬頻譜儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-01-13 22:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 運(yùn)行時(shí)輸入和輸出信息的窗口。如圖24所示，圖中可以看到菜單欄中軟件呈現(xiàn)的各種功能、程序運(yùn)行停止功能以及用戶輸入和輸出顯示功能等。我們可以利用軟件具備的各種功能和控件來設(shè)計(jì)我們的前面板。
圖23 LabVIEW前面板 程序框圖窗口(如圖24)提供了圖形化程序語言，相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器硬件內(nèi)固化的程序，在程序框圖中程序員不僅要能夠控制和操作前面板上各個(gè)控件的功能，而且還要用圖形化的語言來編寫程序代碼。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。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?？丶g的數(shù)據(jù)信息就通過數(shù)據(jù)線在功能控件模塊之間傳遞。LabVIEW的編程語言和文本程序語言不同，它是根據(jù)數(shù)據(jù)線上的信息來運(yùn)行程序的，只有當(dāng)控件所要求的輸入數(shù)據(jù)完全被控件接受到后程序才能運(yùn)行，然后控件處理數(shù)據(jù)，待處理完成之后向其所有的輸出端口輸出相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)再沿?cái)?shù)據(jù)線流向其他的控件或者功能模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)或者信號處理分析。
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(jì)，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。其設(shè)計(jì)思路流程圖如下圖31所示： 圖31 設(shè)計(jì)流程圖 虛擬頻譜儀的設(shè)計(jì)包括程序前面板的設(shè)計(jì)和程序框圖的設(shè)計(jì)。前面板提供了信號生成模塊，可以通過其屬性內(nèi)容選擇輸入的仿真信號[5]，例如方波信號，正弦波信號，三角波信號等，類似的選擇還有濾波器的選擇，而且在前面板可以對信號的頻率和幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且在前面板上，可以顯示輸入的原始波形，通過濾波模塊濾波后的波形，以及進(jìn)行信號分析處理之后的結(jié)果顯示等。
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(dòng)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。依照圖31的設(shè)計(jì)流程圖和虛擬儀器軟件LabVIEW開發(fā)平臺來設(shè)計(jì)虛擬頻譜儀，利用該軟件的前面板和程序框圖上各個(gè)控件的功能以及該軟件支持的函數(shù)庫，通過其仿真信號生成模塊產(chǎn)生信號，從而實(shí)現(xiàn)信號的采集、分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)虛擬頻譜儀的功能。這樣一個(gè)具有測試功能的虛擬儀器頻譜儀就完成了。
虛擬頻譜儀的設(shè)計(jì) 在進(jìn)行虛擬頻譜儀設(shè)計(jì)前，首先要掌握信號的理論知識，如信號的時(shí)域分析、頻域分析、頻譜分析、傅里葉變換等。時(shí)域是表示信號[6]與時(shí)間的變化關(guān)系。頻域是用坐標(biāo)系來表示信號的頻率特性。對任何一個(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)分開來。例如，眼前有一臺電腦，我們可以描述它多方面的特征如品牌、型號，性價(jià)比，價(jià)格等。同理，對于信號我們也要研究它多方面的特性。比如信號的時(shí)域特性和時(shí)域分析以及頻域特性和頻域分析。時(shí)域分析是指信號隨時(shí)間變化而變化的分析，頻域分析是指在坐標(biāo)上顯示信號的頻率變化。
圖32是一個(gè)因受到噪聲干擾的含有多個(gè)頻率周期分量的信號的波形，雖然從波形上看不出其有什么特點(diǎn)，但是從圖33的功率譜上卻可以識別出該信號包含有的四個(gè)周期分量，信號的頻譜可以更清楚的表示在不同的頻率下信號的特性和變化[7]。
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(shí)間的先后順序發(fā)展的，所以在測試一個(gè)產(chǎn)品的功能時(shí)，通常是在時(shí)間的變化中來檢測，時(shí)域分析就是通過這個(gè)來研究信號的變化。頻譜分析主要用于分析信號的周期頻譜分量，它的變化可以幫助我們理解在不同時(shí)期的信號分量的波形特征。
信號頻譜分析的方法 在工作中我們用頻譜分析儀來分析信號的頻譜，頻譜儀有模擬式和數(shù)字式[8]兩種工作模式。模擬式頻譜儀是在模擬濾波器的基礎(chǔ)上從信號中選出不同的頻率分量；數(shù)字式頻譜儀是在數(shù)字濾波器和傅立葉變換的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對信號的頻譜分析并采用傅立葉變換將時(shí)域信號x(t)變換為頻域信號X(f)來幫助人們了解信號的特征。傅立葉變換用于信號的頻譜分析[9][10]的重要工具，時(shí)域信號x（t）的傅立葉變換： (31) 式中f為頻率，X(t)為時(shí)域信號表示，X(f)為頻域信號表示[11]。
周期信號的頻譜分析 周期信號是在一定規(guī)律下會重新出現(xiàn)的信號，滿足條件： (32)。很多周期函數(shù)信號都可以展開成正交函數(shù)來線性組合成無窮級數(shù)，如正交函數(shù)集是三角函數(shù)集或者指數(shù)函數(shù)集,則可把它展開成為傅立葉級數(shù)，一般表達(dá)式為： （33） 直流分量幅值為： （34） 各余弦分量幅值為： （35） 各正弦分量幅值為： （36） 周期信號的三角函數(shù)展開式的另一種形式為： （37） 直流分量幅值為： （38） 各頻率分量幅值為： （39） 各頻率分量的相位為 （310） 式中，T—周期，；基波圓頻率；f0—基波頻率；。
傅立葉級數(shù)的復(fù)指數(shù)展開式： （311） （312） 其中：；。
該項(xiàng)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(shí)部和虛部頻譜。周期信號的頻譜具有三個(gè)特點(diǎn)： 周期信號的頻譜是離散的，由一系列沖擊函數(shù)組成離散頻譜。
每條譜線只會出現(xiàn)在基波頻率的諧波頻率處。
各頻率分量的譜線高度表示該諧波分量的幅值或相位角。
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(jì)
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