《基于虚拟仪器的幅频特性测量系统设计[61页]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于虚拟仪器的幅频特性测量系统设计[61页]（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、金州理工土学早進极韦十虚拟仪器是仪器发展的最新方向之一，已成为信息技术的一个重要领域。本文基 于“虚拟仪器”的思想提出了虚拟频率特性测试仪的设计方法，其主要目标是利用美 国国家仪器公司提供的虚拟仪器开发平台一LabVIEW并结合相应的硬件环境实现频 率特性测试，该系统主要包括扫频信号产生、数据采集和频率特性分析三个模块。本文首先论述了基于虚拟仪器频率特性测试仪开发的目的和意义，介绍了虚拟仪 器的特点、结构和发展。通过LabVIEW编程，控制函数信号源产生测试所需的扫频信 号，并使用数据采集卡NI USB-6251采集扫频信号和测试网络的响应信号。最后经计 算机分析计算和显示，较好地实现了频率特
2、性测量。本设计是充分利用正在蓬勃发展的虚拟仪器技术，即利用微型计算机强大的软件 功能和图形环境，研制了一种新型频率特性测试仪。这种新型的测试仪将以其新颖、 清晰的图形曲线显示更好地满足科研和工程设计的需要。关St词：虚拟仪器；LabVIEW；幅频特性；相频特性；扫频信号AbstractVirtual Instrument is the newest development orientation of instrument. It has become an important area of information technology. The design method of virtu
3、al frequency characteristic tester is put forward based on the idea of virtual instruments. It mainly aims to realize frequency characteristic test system using virtual instrument developmentLab VIEW provided by the NI Company in the United States and combing the corresponding hardware condition. Th
4、e system included the three modules such as signal produced, data acquisition and frequency characteristic analysis.The purpose and significance of frequency characteristic testing instrument development based on virtual instrument was discussed in this paper. It introduces the characteristics, stru
5、cture and development of virtual instrument. Through LabVIEW programming, the function signal generator to produce sweep-frequency signal needed in the test. The sweep signal and the response signal of a network under test are collected by DAQ NI USB-6251. The frequency characteristic measurement is
6、 implemented effectively by analysis computation and display in computer.This new-style frequency characteristic test meter utilizes fully virtual instrumental technology, newly strongly software function and graphics of computer. This new-style test meter can well satisfy science research and engin
7、eering design by its novel, vivid curve displaying.Keywords: Virtual instrument： LabVIEW： Amplitude-frequency characteristic： Phasefrequency characteristic： Frequency-sweep signal金州理工土学早進极韦十目录第一章绪论11.1毕业设计的技术背景及任务和要求11.1.1毕业设计的技术背景11.1.2毕业设计的任务和要求11.2虚拟仪器的技术概述21.2.1虚拟仪器的基本概念及特点21.2.2虚拟仪器的分类及组成31.3本章
8、总结6第二章虚拟频率特性测量仪的系统设计72.1频率特性测试仪的概述72.1.1频率特性测试仪的发展现状72.1.2频率特性测试仪的基本原理82. 2频率特性的基本概念及测量方法82. 3系统结构及总体设计方案102. 4本章总结11第三章各模块的详细设计方案123.1扫频信号源设计123.1.1激励信号频率点的分配方案123.1.2激励信号的产生143. 2数据采集模块设计193. 2.1数摒采集基础193. 2.2数据采集卡及其设置213. 2.3采集程序设计方法介绍233. 3数据处理模块设计293. 3.1数摒处理总体设计293. 3.2巴特沃斯滤波器的选择303. 3.3幅度谱和相位
9、谱VI的使用313. 3.5频率特性曲线显示323. 4前而板设计 333. 5本章总结34第四章测试方案与测试结果354.1被测网络的理论频率特性354. 2被测网络的测试频率特性40in金州理工土学早進极韦十#4. 3本章总结43总结与展望参考文献外文原文及翻译.44.45.47致谢59附录1程序框图61附录2元器件渭单63金州理工土学早進极韦十第一章绪论1.1毕业设计的技术背景及任务和要求1.1.1毕业设计的技术背景随着微电子技术、计算机技术的高速发展，以及它们在各种测量技术与仪器仪表 上的应用，使新的测试理论、测试方法、测试领域和仪器结构不断涌现并趋向成熟， 传统测试仪器的概念已逐渐被
10、仪器软件化的概念所代替，使得测试仪器向标准化、网 络化发展。所谓虚拟仪器是指基于计算机的软硬件测试平台，它由通用计算机、模块 化功能硬件和控制专用软件组成，用户能够根据自己的需要设计和扩展仪器的测试功 能。与传统仪器相比，它在智能化程度、处理能力、性能价格比、可操作性、可扩展 性等方而有着明显的优势。NI公司的LabVIEW就是一种优秀的虚拟仪器软件开发平 台。使用传统仪器测试网络频率特性的方法有两种：一种是点频法，使用信号发生器 产生所需频率的正弦信号作为激励加到被测网络的输入端，然后使用示波器对输出进 行测试，记录不同频率下的输岀信号幅值，最后描绘出幅频特性图。采用这种方法测 试的弊端是测
11、试人员需要记录大量数据，且受人为因素影响较大，测试结果误差较大。 另一种是扫频法，即使用扫频仪测量RC网络的频率特性。这种方法只能测量幅频特 性，不能测虽相频特性，而且仪器的价格非常昂贵。在虚拟仪器技术环境下，扫频所 需的激励信号在计算机中以软件方法产生且频率准确，网络响应信号由数据采集卡采 集送到计算机后，通过计算机强大的数值计算和数据处理能力，对采集到的信号进行 分析处理，可以很方便地得到被测网络的幅频特性和相频特性，这是传统仪器难以独 立完成的。1.1.2毕业设计的任务和要求设计并制作一个基于虚拟仪器的电网络幅频特性测量系统。其原理框图如图1-1 所示，掌握测控电路的基本构成和调试方法。
12、图1.1设计的原理框图具体任务：毕业设计的主要内容设计一个基于NI USB-6251的扫频法电网络幅频特性测量系统，主要参数指标如 金州理工土学早進极韦十下： 扫频带宽：lOHz-lMHz： 频率步进lHz： 测量电稱度5%；(2)发挥部分 扩展量程，并提高测量精度。 实测不同电网络幅频特性与理论计算比较：1.2虚拟仪器的技术概述现在计算机技术和微电子技术日新月异，计算机技术和测试技术的结合引发了测 试仪器领域的新突破。出现了一种新的仪器结构理念即新一代的仪 一虚拟仪器。 它是测量技术，通讯技术以及现在计算机技术的深层次的结合，导致了传统仪器理念 的巨大改变，是仪器研究和发展的一个重要方向。它
13、的出现标志了测量技术计入了一 个新的发展纪元。1.2.1虚拟仪器的基本概念及特点(1)虚拟仪器的基本概念虚拟仪器(Virtual Instrument)是由计算机的应用和功能模块组合在一起，用户可 以使用友好的图形界而来操作计算机，如同操作自己宦义，自己设计的仪器，可以完 成对被测量数据的采集，分析，处理，显示，存储和打印。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示来模拟传统仪器的控制而板，从而显 示各种形式表达结果的输出：利用计算机的软件功能，实现信号的分析和处理；利用I / O接口设备完成采集和信号调理。用鼠标或键盘用户可以操作仪器的虚拟面板，就像 使用一个特殊的测量仪器一样。所以虚拟仪器的出
14、现使测量仪器和计算机的界限变得 模糊。虚拟仪器的“虚拟”这个词的含义主要包括以下两个方面【2： 虚拟仪器面板和各种传统的仪表板完成的功能是一样的：由各种开关，按钮， 显示器等图标实现仪器电源的“通”、“断”，实现设置所测量的信号“输入通道”、“放 大倍数”和其他参数，并实现测量结果的“数值”和“波形”显示等。传统仪器而板 上的器件都是实物，而且是由手动和触摸进行操作的：虚拟仪器前而板是外形与实物 相像的“图标”，每个图标的“通”、“断”放大”等动作通过用户操作计算机鼠标或 键盘来完成。因此，设计虚拟仪器前面板就是在前面板设计窗口中摆放所需的图标， 然后对图标的属性进行设置。 虚拟仪器测量功能是
15、通过对图形化软件流程图的变成来实现的，虚拟仪器是在 以PC机为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现仪器功能的。因为可以通 过不同测试功能软件模块的组合来实现多种测试功能，所以在硬件平台确立后，就有 “软件就是仪器”的说法。这也体现了测试技术与计算机深层次的结合。（2）虚拟仪器的特点虚拟仪器的突出优点是不仅可以利用PC组建成为灵活的虚拟仪器，更重要的是它 可以通过各种不同的接口总线，组建不同规模的自动测试系统。它可以通过与不同的 接口总线的通讯，将虚拟仪器、带总线接口的各种电子仪器或者各种插件单元调配并 组建成为中小型甚至大型的自动测试系统。与传统仪器相比，虚拟仪器有以下特点：传统仪器的而板只有一个，其上布置着种类繁多的显示与操作器件，易于导致许 多识别与操作错渓。虚拟仪器与之不同，它可以通过在几个分面板上的操作来实现比 较复杂的功能。这样，在每个分面板上就可以实现功能操作的单纯化与面板布置的简 捷化，从而提高操作的正确性与便捷性。同时，虚拟仪器而板上的显示元件和操作元 件的种类与形式不受标准件和加工工艺的限制，它们是由编程来实现的，设计者可以 根据用户的认知要求和操作要求，设计仪器而板。在通用硬件平
