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1、毕业设计芜湖职业技术学院毕 业 论 文题 目：基于LABVIEW信号系统实验系设计 院系名称： 信息工程学院 专业班级： 11级计算机应用技术 学生姓名： 学 号： 110401127 指导教师： 2013年 11 月 25 日摘要随着计算机技术、大规模集成电路等技术的飞速发展，仪器系统与计算机软件技术紧密结合，使得传统仪器概念得以突破，出现了一种全新的仪器概念虚拟（VirtualInstrumentation，VI）。本文论述的是虚拟实验室的实验，用NI公司的虚拟仪器开发环境LABVIEW2010开发的多个不同的虚拟仪器。该系统平台集成了主界面和五个实验模块，分别模拟了信号的产生、数据的采集
2、、信号数字滤波、信号相位测量、信号调幅检波和信号谐波分析。通过主界面对各个实验实施控制，在调出的实验模块前面板操作中能对信号的类型、频率、幅值、相位、占空比、采样频率、采样数等参数进行修改。各个实验的前面板都有相应的波形图显示，可以实时观察虚拟实验动态。本论文主要包括系统平台、五个实验各个流程图设计、程序框图设计和前面板设计。各个设计实验中分别简要的论述了程序的原理、功能和应用。关键词:虚拟仪器，数据采集，信号处理，LabVIEW。目录第一章 引言- 1 -1.1 LabVIEW简介- 1 -1.2 LabVIEW的发展- 1 -1.3 LabVIEW的未来- 1 -第二章 LabVIEW软件
3、简介- 2 -2.1 VI 基本组成- 2 -2.2 LabVIEW 特点- 2 -2.3 LabVIEW的优势- 2 -第三章 毕业设计任务书- 3 -3.1基于labview的信号系统实验系统设计- 3 -3.2实验要求- 3 -3.3 实验目的- 3 -第四章 基于LABVIEW的实验内容- 4 -4.1系统平台的搭建- 4 -4.1.1系统平台流程图- 4 -4.1.2主界面设计- 5 -4.1.3系统程序设计主框图- 6 -4.2实验模块（分模块）- 6 -4.2.1虚拟数字滤波器设计- 6 -4.2.2虚拟信号函数发生器- 11 -4.2.3虚拟谐波分析仪- 15 -4.2.4虚拟
4、仪器调幅系统- 19 -4.2.5相位差测量- 23 -第五章 结论- 27 -致谢- 28 -参考文献- 29 -第一章 引言1.1 LabVIEW简介LabVIEW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。1.2 LabVIEW的发展从问世开始，LabVIEW就具备了这种与生俱来的、强大的I/O功能。所以用户们也就常常忽视了它的完整的编程功能。随着多核处理器的出现，他们与Inte
5、l的设计师们密切合作，关于LabVIEW如何在最新的PC平台上使用线程、内存和缓存来实现最大性能的问题进行优化。NI的工程师们还将LabVIEW Scheduler中这种固有的对称式多处理功能扩展到LabVIEW Real-Time环境中，为大型的物理学和先进的高性能计算研究打开了新的大门。1.3 LabVIEW的未来虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。未来的仪器也应当是网络化的。已发展了20余年的LabVIEW而言，现在正是属于“年少轻狂”的时代，通过对更多计算模型的整合，对软件工程的持续支持，对前沿技术的不断融合以及用户对LabVIEW的贡献，LabVIEW都在不
6、断地发展与完善着；因此，作为工程师与科学家的编程语言，LabVIEW的未来愿景是值得我们去开创与期待的。第二章 LabVIEW软件简介2.1 VI 基本组成 1.程序前面板：交互式的用户界面2.框图程序：是程序源代码，用模块代替普通函数。3.图标/连接器（子VI）：可被高级VI调用的VI 2.2 LabVIEW 特点尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。2.3 LabVIEW的优势1.提供了丰富的图形控件，采用了图形化的编程方法，把工程师从复杂苦涩的文件编程工作中解放出
7、来。2.采用数据流模型，实现了自动的多线程，从而能充分利用处理器（尤其是多处理器）的处理能力。3.通过DLL、CIN节点、ActiveX、.NET、MATLAB脚本节点等技术，能够轻松的实现LabVIEW与其他编程语言的混合编程；4.内建有600多个分析函数用于数据分析和信号处理。第三章 毕业设计任务书3.1基于labview的信号系统实验系统设计1、调幅与检波仿真实验2、虚拟采样定理演示实验3、虚拟数字滤波器实验4、虚拟信号函数发生器实验5、虚拟谐波分析仪实验3.2实验要求1、用LABVIEW2010版本完成设计要求2、完成五个实验和一个平台的搭建3、能对设计基本的问题进行描述3.3 实验目
8、的 1.培养学生的动手能力，激发了学生的学习兴趣，体会到这是纯理论教学所不可替代的。2.只有通过高质量的实验才能给予同学足够的感性认识，才能真正理解和掌握该学科的理论知识。3.提高动手实践能力，培养分析问题的能力，以便于提高自身综合能力。第四章 基于LABVIEW的实验内容4.1系统平台的搭建4.1.1系统平台流程图开始 基本事件触发NYY虚拟数字滤波器？调虚拟数字滤波子VINY虚拟信号函数发生器？调虚拟信号函数发生器子VINY虚拟谐波分析仪？调虚拟谐波分析仪子VINY虚拟仪器调幅系统？调虚拟仪器调幅系统子VINY相位差测量？调相位差测量VI YN退出？N退出运行并返回主界面图4-14.1.2
9、主界面设计1.系统前面板设计图4-2在前面板中包括五个实验按键和一个退出按键，单击各按键调出相应实验。按退出键时，程序停止运行。4.1.3系统程序设计主框图图4-3 程序框图包括循环结构、事件结构、条件结构。在事件结构中包括：退出、虚拟数字滤波器、虚拟谐波分析仪、虚拟信号发生器、相位测量和虚拟仪器调幅系统六个事件，条件结构中是对应不同的结构事件。在运行中条件为真，则触发事件结构，程序运行。4.2实验模块（分模块）4.2.1虚拟数字滤波器设计（1）虚拟数字滤波器仿真设计流程图设计:开始S_pl=10.00,S_fzh=1.00,S_Fs1=1000,S_Fs2=1000;Z_fzh=1.0,Z_
10、Fs1=1000,Z_Fs2=100;LB_cpl=1000.00,LB_jshu=2,LB_fh=0.45,LB_fl=200.00;F_x1=0,f_x2=0,f_x3=0;原始信号（f_x1）,均匀白噪声（f_x2）的波形原始信号与均匀白波形噪叠加f_x3=（f_x1+f_x2）输出叠加后的波形f_x3N滤波？Y开始滤波输出滤波后的信号N改变滤波参？数？Y开始滤波输出滤波后的信号N滤波停止？Y停止滤波结束图4-4（2）虚拟数字滤波器前面板设计：图4-5虚拟数字滤波前面板可以对信号类型 ，信号频率、幅值、相位、采样频率、采样数等参数进行设置产生不同类型和不同波形的信号，并在波形图上实时显示
11、。可以更改滤波类型，包括低通滤波类型、高通滤波类型等四种。还可以对滤波的采样频率和阶数，高截止频率、低截止频率等参数值进行设置，并将滤波信号在波形图上显示。前面板中有两个按键分别是模拟信号生成按键和开始滤波按键。一个控制信号生成，一个控制是否滤波。（3）虚拟数字滤波器程序框图：图4-6程序框图中有while循环、条件、事件三个结构，在事件结构中有超时、前面板关闭、滤波信号生成、模拟信号生成四个标签，主要作用接收前面板或者主界面的事件触发信号。在设计中为了能够观察方便和达到仿真信号更接近实际情况，在仿真中加入了噪波。在波的叠加时为了能减小内存空间，提高内存利用率使用了元素同址。（4）虚拟数字滤波
12、器程序运行结果：图4-7在程序运行中，观察运行结果，并分别对前面板中的各类参数进行修改观察可以得到不同类型的波，和不同的波形。滤波后的波形基本能够准确反应原始信号的基本信息，仿真达到理论要求。（5）虚拟数字滤波器的原理、功能、应用数字滤波器的原理如图所示，它的核心是数字信号处理器。如下图：处理后的模拟信号数模转换处理后的数字信号数字信号处理器待处理的数字信号模数转换待处理的模拟信号数字滤波器是一个离散时间系统转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置。应用数字滤波器处理模拟信号（对应模拟频率）时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波器输入信号的数字频率（2*f/fs,f为模
13、拟信号的频率，fs为采样频率，注意区别于模拟频率),按照奈奎斯特抽样定理，要使抽样信号的频谱不产生重叠，应小于折叠频率（ws/2=)，其频率响应具有以2为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即=点对称。为得到模拟信号，数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。4.2.2虚拟信号函数发生器(1) 虚拟信号函数发生器流程图设计：开始S_pl=10.00,S_fzh=1.00,S_py=0.00;S_Fs1=1000,S_Fs2=1000,S_xw=0.00,S_zhkb=50;Z_fzh=0.1,Z_Fs1=1000,Z_Fs2=1000,Z_zhz=-1;F_x1=0,f_x2=0,f_x3=0;N输出基本函数发生器波形（F_x1）信号叠加？（F_x1+F_x2）Y输出叠加信号波F_x3（F_x3=F_x1+F_x2）结束图4-8(2) 虚拟信号函数发
