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1、 基于Labview的信号时域与频域关系研究The study of the relations between signals in time domain and frequency domain based Labview学生姓名：学生学号：专业名称：指导教师：计算机与信息工程学院2013年 6月17日摘 要信号都具有两种不同的描述方式，一是可以在时间域用信号的波形来表示，二是在频率域用信号的频谱图来表示。信号的时域和频域之间存在着密不可分的关系，通常用数学公式及其平面图形来表示。但是，公式抽象且难以理解，而教科书上分散的平面图形也很难让人们对信号的时域与频域建立起一个形象直观的印象。利
2、用Labview建立更加简洁方便的虚拟示波仪,频谱分析仪等,产生原始信号并组成了对信号的分析处理系统。首先是对原始信号进行时域波形显示,频域频谱显示。最后再对滤波后的信号进行相关分析,除掉干扰信号，研究谐波叠加。虚拟仪器是一种高效用于构建数据采集与监测系统图形化编程语言。通过观察生动形象的二维图形变化，色彩鲜艳，层次分明。动态地演示信号时域和频域特性曲线之间的关系，使得原先抽象的数学公式与形象的物理图形联系起来。关键词： Labview ；虚拟仪器 ；程序框图；谐波；ABSTRACTSignals are described in two different ways; one is in t
3、he time domain waveform of a signal, the other one is in the frequency domain using a spectral graph. Signals in time domain and frequency domain closely related to each other, usually using mathematical formulas and shapes to represent it. However, the formula is always abstract and difficult to un
4、derstand, and textbooks scattered plane figure is difficult for people to build an image of the visual impression on the signals in time domain and frequency domain. Using Labview to establish a more simple and convenient virtual oscilloscope, spectrum analyzer, it generates the original form of the
5、 signal analysis and processing system. The first step is to show original signal waveform in the time domain, and then the frequency domain. Finally, analysising the filtered signal correlation, removing the interference signal of the harmonic synthesis. Virtual instruments are used to build an eff
6、icient data acquisition and monitoring system graphical programming language. By observing changes in vivid two-dimensional colorful, structured graphics, demonstrating dynamic signal in time domain and frequency domain. Characteristics of the relationship between the curves are used to link the ori
7、ginal abstract mathematical formulas and graphic image of the physical.Key words：Labview ；Virtual Instrument；Block diagram；Harmonics；目 录第1章 绪论11.1课题研究背景以及对虚拟仪器的介绍11.1.1 虚拟仪器对于实验教学的促进作用11.2 Labview的介绍21.2.1 Labview应用程序的构成31.2.2 Labview中的操作模板3第2章 多功能双路信号发生器52.1多功能双路信号发生器的设计思路52.2 多功能双路信号发生器的前面板设计52.3
8、多功能双路信号发生器的程序框图设计6第3章 信号处理器虚拟示波器和频谱仪103.1虚拟示波器和频谱仪的设计思路103.2虚拟示波器和频谱仪的前面板设计103.2.1傅里叶变换和FFT变换103.2.2虚拟示波器和频谱仪的程序框图设计113.3周期信号幅度谱特性的分析研究123.3.1周期信号的离散性123.3.2周期信号的谐波性133.3.3周期信号的收敛性133.3.4周期信号的有效频谱宽度133.3.4离散频谱与连续频谱的关系14第4章 周期矩形信号的谐波分解与叠加174.1周期性矩形脉冲信号的分解与叠加的基本原理174.1.1周期信号的傅里叶级数分析174.1.2周期性矩形脉冲信号的傅里
9、叶级数174.2周期性矩形脉冲信号的谐波分解编程及实现194.2.1原始矩形脉冲信号发生的编程194.2.2各次谐波发生的编程与实现204.3周期性矩形脉冲信号的谐波叠加编程及实现234.3.1各次谐波的叠加编程234.3.2各次谐波的叠加实现24第5章 信号滤波器295.1滤波器的作用及Labview实现295.2有限冲击响应（FIR）和无限冲击响应（IIR）滤波器的联系与区别295.2.1 Labview中数字滤波器分类305.3 在Labview中设计滤波器305.3调试过程及结果335.3.1 低通滤波功能335.3.2 高通滤波功能35致 谢37参考文献38 l第1章 绪论1.1课题
10、研究背景以及对虚拟仪器的介绍在信号与系统课程中, 连续时间信号与系统的频域分析这部分内容是本课程的重点学习内容, 涉及傅里叶级数、傅里叶变换、系统的频域分析和抽样定理等。从这一章节起, 学生开始学习信号与系统的变换域分析方法, 为后续复频域分析、离散时间信号与系统的频域分析和复频域分析等内容的学习打好基础。在学习这部分内容时, 学生往往容易陷入到繁琐的数学推导和计算中, 而忽视了对概念、公式和结论所含物理意义的理解。信号频谱是本设计中最重要的概念之一, 也是教学的难点。但是，利用虚拟仪器来进行教学就使一切简单很多。随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展。虚拟仪器是90年代提出的
11、新概念。虚拟仪器技术的提出与发展，标志着二十一世纪自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能，使用者操作这台计算机，就像是在使用一台专门设计的电子仪器。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板,以多种形式表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理，利用I/ O 接口设备完成信号的采集、测量与调试，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。1.1.1 虚拟仪器对于实验教学的促进作用虚拟仪器对于实验教学的促进有着广泛的优势，其主要作用体现在下述几个方面：（1）虚拟仪器实验系
12、统既可以应用于不同层次学科的基础实验室，也可以应用于各专业实验室，在实验教学中能起很大作用。（2）用虚拟仪器试验系统的实验教学效率高、针对性强，虚拟仪器的功能和规模可以根据实验要求由用户定制，我们可根据实验内容的需要，创建简洁、明快的前面板及功能确切的流程图。同一类仪器也可针对不同的实验要求，可以生成功能各异的前面板。在进行实验时，学生可以很快地熟悉虚拟仪器操作，用更多的精力和时间去进行数据测试和结果分析。这对于提高实验效率大有益处。 （3）用虚拟仪器做实验，理论实验结合密切，形象直观容易理解实践证明，只要一台计算机就可以借助Labview编程平台创建一个综合的虚拟仪器测试分析系统，从而完成整
13、个实验室才能完成的教学实验。如果在仪器面板加注必要的文字说明和关于实验内容的简要叙述，那么在实验过程中，学生即可随时查阅，便于理论与实验有机结合，提高学习效率和效果。（4）用虚拟仪器技术使教师备课更有针对性，可以提高学生实验时的自觉性与主动性，提高实验室的综合利用率软件生成仪器之后，基本无需维修。虚拟仪器技术实验室仅需一个综合性的实验室，配备以不同的硬件课件，即可以完成大部分实验，也可以完成数据采集、故障诊断、控制调节和电气设备等专业实验。这对实验室高效综合利用是十分有益的。传统仪器具有“技术更新周期长”、“仪器功能无法自定义”、“与其它设备连接困难”、“开发维护费用高”等问题，所以在对信号处
14、理要求越来越高的今天，用户希望能在虚拟仪器平台上来建立一信号分析系统以解决上述问题。另通过调查显示在高校中存在“传统仪器提供的实验信息量少，由于人工读数而导致实验结果误差率高”、“传统仪器无法进行远程实验，实现设备资源共享”、“实验设备更新困难，大部分设备落后于课程建设的需要”、“实验的内容侧重于理论的验证和模仿训练，学生的实验内容统一，缺乏对学生创新意识的培养和综合能力的提高”等问题。在很大程度上制约了实验教学的发展和人才培养质量的提高。要求教育工作者，开发能够满足现代实验教学要求、物美价廉的实验教学仪器，以提高实验教学水平，培养高素质、高技能的创新型人才。目前在国内高校，虚拟仪器正逐步走进
15、理工科课堂和实验室，越来越多的学校通过购置美国NI 公司的虚拟仪器产品组建高中档次的虚拟实验室，但成本相对比较昂贵。在这种背景下提出了本课题。在学校特别是大学中，要想紧跟技术的发展就要不断更新教学和实验设备，而传统仪器无法升级，更换设备代价又太昂贵。基于Labview的信号分析系统正是解决这一矛盾的最佳方案，它最大的优势在于它的智能化和软件平台对用户的开放性，“我的仪器我设计”是虚拟仪器为我们带来的以人为本的体现。1.2 Labview的介绍利用Labview，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的位编译器。像许多重要的软件一样，Labview提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。Labview（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是Labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而Labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。与C和BASIC一样，Labvie
