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1、课程设计任务书 分院（系）信息学院专业测控技术与仪器 学生姓名张 骜学号0903020320 设计题目方波和单边指数信号的卷积及卷积过程演示 内容及要求： 1、学习 LABVIEW 软件知识及应用 2、学习并研究信号分析与处理课题有关理论 3、利用 LABVIEW 编程，完成相应的信号分析与处理课题 4、写出课程设计报告,打印程序，给出运行结果 进度安排： 第一周： 1、布置课程设计任务、要求 2、利用 LABVIEW 编程，完成相应的信号分析与处理课题： 3、学习 LABVIEW 软件知识及应用 4、学习并研究信号分析与处理课题有关理论 5、利用 LABVIEW 编程，完成相应的信号分析与处
2、理课题 第二周： 1、上机编程、调试 2、检查编程、运行结果 3、撰写课程设计报告 4、上交报告 指导教师（签字）： 年 月 日 分院院长（签字）： 年 月 日 目目 录录 1 引 言 .1 2 虚拟仪器开发软件 LABVIEW8.2 入门 .2 2.1 LABVIEW8.2 介绍 2 2.2 利用 LABVIEW8.2 编程完成习题设计8 3 利用 LABVIEW8.2 实现方波和单边指数信号的卷积及卷积过程演示的设计 20 3.1 方波和单边指数信号的卷积及卷积过程演示的基本原理： .20 3.2 方波和单边指数信号的卷积及卷积过程演示的编程级实现 .21 3.3 运行结果及分析 .21
3、结 论24 参考文献.25 1 1 引引 言言 信号的卷积是针对时域信号处理的一种分析方法。信号的卷积一般用于求取 信号通过某系统后的响应。在信号与系统中，我们通常求取某系统的单位冲激响 应，所求得的 h(k) 可作为系统的时域表征。任意系统的系统响应可用卷积的方 法求得。 离散时间信号是时间上不连续的“序列” ，因此，激励信号分解为分解为脉 冲序列的工作就狠容易玩成，对应每个样值激励，系统得到对此样值的响应，每 一响应也是一个离散时间序列，把这些序列叠加既得零状态响应。因为离散量的 叠加无需进行积分，因此，叠加过程表现为求“卷积和” 。不同的 a 值及 N 值产 生的卷积不同且只有 2 序列
4、有重叠的部分才有卷积和当矩形脉冲宽度值 N=1 是卷 积和就是单边指数序列；且 a 值的大小只影响卷积和的大小不会影响卷积和的宽 度而 N 值的大小就影响卷积序列相交部分的范围宽度即卷积的宽度。离散序列卷 积即为对应相交序列对应 N 值的乘积之和。 一个离散线性系统输入与输出之间的关系可以用差分方程来描述,又可以用里卷 积来描述,所不同的在于后者的即时输出仅表示为输入序列的加权和。换句话说, 输入与输出之间存在着非递归的关系。即时输出没有明显的表示出与过去的输出 有关。显然,如果已知系统单位脉冲响应和输入序列,通过求卷积和就可直接求得 任一时刻的输出值。离散卷积不仅适用于离散系统,也可作为连续
5、系统卷积积分 的近似计算。用卷积和的数值计算来近似计算卷积积分,其近似程度取决于样点 间隔 T,通常选取较小的 T 可以获得较好的近似。应该指出卷积和运算由于引入 表征系统动态特性的 h(n),所以有着明显的物理意义,它使叠加原理的表达式大为 简化。 2 虚拟仪器开发软件虚拟仪器开发软件 LabVIEW8.2 入门入门 2.1 LabVIEW8.2 介绍介绍 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图 标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。 传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而
6、LabVIEW 则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序 的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。 图 2.1 程序框图 LabVIEW 程序使用虚拟仪器（Virtual Instrument，缩写为 VI）的概念。它是 指一台计算机和连接外部的端口（计算机的 COM 口，LPT 口或内插板）在软件 控制下可完全模拟替代传统的仪器。因 VI 功能完全是由软件定义，故在硬件系 统不变的情况下，用户可通过软件开发自行改变或扩充仪器的功能，实现自己的 特殊要求，或用一套硬件系统实现多种仪器的功能，从而使虚拟仪器 VI 不但比 传统仪器更灵活有效，而且也更经济。VI 的核
7、心就是 LabVIEW 程序，所以在 LabVIEW 中，所有程序均称之为 VI 程序，不管它是否通过端口和外界进行通讯。 每个 VI 程序均可作为一个功能模块被重复使用，因而使用 LabVIEW 来开发和扩 展程序极为方便。 LabVIEW 编程语言同常规的程序语言不同，它采用更易使用和理解的图形化 程序语言G 语言（Graphical programming language） 。G 语言使用图标代替常规 的一条或一组语句来实现一个功能，通过各功能图标间的逻辑连接实现程序功能。 其编程过程不是书写一行行语句，而是连接一个个代表一定功能的图标，其 程序编制过程简单，不涉及复杂功能实现的算法，
8、易于掌握。同时，因为其编程 过程基于可重复使用的功能模块，故可方便地使用由专业人员编制提供的专业级 别的功能模块，开发出专业水平的程序。所以，LabVIEW 在世界范围内的众多领 域如航空、航天、通信、汽车、半导体、化学和生物医学等得到了广泛的应用， 从简单的仪器控制、数据采集到复杂的测试和数据处理，从工厂、科研院所到大 学里的实验室，到处都可以发现 LabVIEW 的应用。在西方国家（如美国）的许 多大学已将 LabVIEW 作为本科的教学内容，成为工程师素质培养的一个方面。 由于 LabVIEW 虚拟仪器的强大功能，使得使用一套硬件系统就可进行多种不同 要求的研究，故而可以用更小的消耗进行
9、更多的研究，尤其适合在我国资金较少 的科研单位用于研究工作。 LabVIEW6.-中，包含许多专家编写的 VI 供用户使用。在数据采集方面有许 多采集卡（DAQ）的支持模块，使采集程序的编制不必涉及低层控制；有各种数 字、模拟信号 I/O 模块；有对 GPIB（General Purpose Interface Bus,IEEE488 标准） 、 VXI（VME bus eXtensions for Instrumentation ,扩展 IEEE1014 标准）和 Serial 端 口的支持和控制等 VI。在数据处理控制方面有各种数字信号处理和产生、频谱分 析、滤波、平滑窗口、概率统计等 V
10、I。 本 LabVIEW 简介部分主要介绍 LabVIEW 语言的基础知识，包括界面、菜单、 工具、模板、器件、函数等，通过这一部分的学习，读者即可使用 LabVIEW 编 程并在实际工作中进行应用。LabVIEW 进阶部分将深入探讨 LabVIEW 的编程环 境、编程技巧以及优化策略等和更多的功能，考虑到篇幅限制，本书不与介绍， 感兴趣的同学可参看下列参考书继续学习，不断提高自己的应用水平。 LabVIEW 程序被称为 VI（Virtual Instrument） ，即虚拟仪器。 LabVIEW 的核心概念就是“软件即是仪器” ，即虚拟仪器的概念。 LabVIEW 还包含了大量的工具与函数用
11、于数据采集、分析、显示与存储等。 LabVIEW 在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为 LabVIEW 提 供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。 用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和 存储的自动化测试测量系统。 它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和 生物医学等各个领域。 LabVIEW 不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以被用来开 发大型的分布式数据采集与控制系统。 在美国 Lawrence Livermore 国家实验室，一个花费 2000 万美金的极为复杂的 飞秒激光切割系统就是基于 Lab
12、VIEW 开发的。 在北京正负电子对撞机二期工程北京谱仪慢控制系统中，大约有 30 种物理 量共 7000 多点的现场数据点需要实时采集控制和分析记录等。 图 2.2 LabVIEW 用户界面 图 2.3 LabVIEW 程序框图 LabVIEW 程序包括前面板（用户界面）和后面板（程序框图） 3 种选板： 控件选板（为前面板添加控件） 函数选板（在程序框图中添加函数或数据等） 工具选板（选择各种编辑工具，前面板和后面板都要用到） LabVIEW 程序被称为 VI，扩展名默认为.vi 图 2.4 图 2.5 图 2.6 图 2.7 控制选板在前面板显示，它包含创建前面板时可用的全部对象。控件选
13、板中 的基本常用控件可以以现代(modern)、经典(classic)和系统(sysetem)三种风格显 示。 选择主菜单 View-Controls Palette 选项或右击前面板空白处就可以显示控件 选板。 函数选板只能在编辑程序框图时使用，与控件选板的工作方式大体相同。创 建框图程序常用的 VI 和函数对象都包含在该选板中。 选择 View-Functions Palette 或右击框图面板空白处就可以显示函数选板。 在前面板和程序框图中都可以使用工具选板，使用其中不同的工具可以操作、 编辑或修饰前面板和程序框图中选定的对象，也可以用来调试程序等。 可以选择 View-Tools Pa
14、lette 选项来显示工具选板 LabVIEW 为用户提供了非常全面的帮助信息，有效地利用帮助信息是快速掌 握 LabVIEW 的一条捷径。 LabVIEW 提供了各种获取帮助信息的方法，包括实时上下文帮助（Show Context Help） 、联机帮助、LabVIEW 范例查找器（Find Examples） 、网络资源 （Web Resources）等。 选择菜单栏中 Help-Show Context Help 选项或按下 Ctrl+H，就会弹出 Context Help 窗口。 当鼠标移到某个对象或函数上时，上下文帮助窗口就会显示相应的帮助信息。 图 2.8 当单击 Context
15、Help 窗口中 Detailed Help 会弹出相应的完整的帮助信息。这 是一个 Windows 标准风格的帮助窗口，包含了 LabVIEW 全部的帮助信息。 你也可以选择主菜单 Help-Search the LabVIEW Help 选项打开它。 图 2.9 2.2 利用利用 LabVIEW8.2 编程完成习题设计编程完成习题设计 2.2.1 习题习题 2.1 写一个类似于作图的正弦波发生器,要求频率和幅度可调 图 2.10 程序连接如图：选用波形显示器，停止开关，及量表 2 个按题意要求设置参 数，后面板中选 express 后的信号分析并选择仿真信号设置为正弦波连线如图。 2.1.
16、2 习题习题 3.1 新建一个 VI，进行如下练习任意放置几个控件在前面板，改变它们的位置、名 称、大小、颜色等等。在 VI 前面板和后面板之间进行切换并排排列前面板和 后面板窗口 图 2.11 题中压力表为量表，垂直进度条，仪表，转盘。 2.1.3 习题习题 3.2 编写一个 VI 求三个数的平均值，如右图所示。要求对三个输入控件等间隔 并右对齐，对应的程序框图控件对象也要求如此对齐。添加注释分别用普通方式 和高亮方式运行程序，体会数据流向。单步执行一遍 图 2.12 本题采用公式编辑器控件编辑公式求 3 个数的平均值并送往数值显示控件显 示输出结果。 2.1.4 习题习题 4.1 写一个 VI 判断两个数的大小，如右图所示：当 AB 时，指示灯亮 图 2.13 本题通过后面板中的编程比较中的大于比较器进行比较，AB 时灯亮。 2.1.5 习题习题 4.2 写一个 VI 获取当前时间，并转换为字符串和浮点数。 图 2.14 2.1.6 习题习题 4.3 利用局部变量向与它联系的前面板上的电流控件写数据，也可以从电流控件 读数据。 图 2.15 2.1.7 习题习题 4.
