基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示

沈阳航空航天大学课程设计（论文）题目基LabVIEW的仿真波形的产生及显示班级94070301学号2009040703005学生姓名指导教师李元龙沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称虚拟仪器课程设计院（系）自动化学院专业测控技术与仪器班级94070301学号2009040703005姓名张雯雯课程设计题目基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示课程设计时间:2012年12月17日至2012年12月28日课程设计的内容及要求：1.内容利用LabVIEW设计一个信号合成器，可以实现对多种标准信号及噪声信号的合成。2.要求（1）实现多种标准信号及其频率、相位、幅值的选择；（2）实现多种噪声信号的选择；（3）实现多种标准信号与多种噪声信号的合成；（4）显示时域及频域波形；（5）虚拟仪器前面板的设计美观大方、操作方便，后面板的设计简洁、布线合理、功能完善。指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日沈阳航空航天大学课程设计成绩评定单课程名称虚拟仪器课程设计院（系）自动化学院专业测控技术与仪器课程设计题目基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示学号2009040703005姓名张雯雯答辩日期2012年12月28日指导教师（答辩组）评语：课程设计成绩指导教师（答辩组）签字2012年12月28日目录0.前言..........................................................................................................................11.总体方案设计..........................................................................................................21.1信号合成器的前面板设计...................................................................................31.2信号合成器的后面板设计...................................................................................32.信号合成器运行图......................................................................................................42.1正弦波与均匀白噪声及高斯白噪声合成...........................................................52.2三角波与均匀白噪声及高斯白噪声合成...........................................................62.3方波与均匀白噪声及高斯白噪声合成...................................................................72.调试及结果分析......................................................................................................84.结论及进一步设想....................................................................................................8参考文献.........................................................................................................................9课设体会.......................................................................................................................10附录1LABVIEW中的程序框图...........................................................................11附录2LABVIEW的前面板...................................................................................12沈阳航空航天大学自动化学院课程设计论文基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示第1页基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示摘要：利用LabVIEW设计一个信号合成器，实现了正弦波、三角波和方波的频率、相位、幅值的选择，并实现了均匀白噪声、高斯白噪声的选择，还可以调节两种噪声幅值的大小。通过将三.种标准信号与两种噪声信号分别合成后，显示它们的时域图及频域图。关键词：频率；相位；幅值；噪声选择；信号合成0.前言在理工科各门功课的学习及测试技术实践中,经常涉及有关波形产生的与显示问题。一般都是通过购买各种相应硬件设备来实现,需要大量的信号发生器和各种测量分析设备。购买这些设备不但需要花费大量经费,而且以后设备的维护和维修也要花费大量的人力物力,显然对于我们这个正处在发展中的国家是特别困难的，基于LabVIEW的虚拟仪器的出现为我们很好地解决了这一难题。虚拟仪器是通过应用程序将通用计算机与功能模块硬件结合起来的一种全新的测控仪器系统。在通用计算机平台上，用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能，利用计算机显示器的显示功能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、处理，由I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，其实质是充分利用最新计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。LabVIEW是LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench(实验室虚拟仪器集成环境)的简称,是美国国家仪器公司NI(NationalInstruments)的创新软件产品,被誉为“科学家与工程师”的语言。虚拟仪器是LabVIEW的精髓,通过虚拟仪器的延伸与扩展,使LabVIEW的应用更加广泛.虚拟仪器是计算机技术与电子仪器相结合而产生的一种新的仪器模式,它通常是由个人计算机、模块化的功能硬件与用于数据分析、过程通信及图形用户界面的应用软件有机结合构成,使计算机成为一个具有各种测量功能的数字化测量平台，它利用软件在屏幕上生成各种仪器面板,完成对数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能,通过LabVIEW即G语言设计相应虚拟仪器,可以很容易实现波形的发生与显示。沈阳航空航天大学自动化学院课程设计论文基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示第2页1.总体方案设计设计一个虚拟信号合成器，首先要进行前面板的设计，前面板的设计主要需要考虑到所设计的信号合成器实现什么功能，再根据这些功能，在控件选板中选择相应的控件，放在前面板相应的位置上，摆放也有一定的讲究，使前面板看起来比较协调。再者是后面板的设计。由于程序不是只执行一次，所以要涉及到循环结构，本文的程序用到的循环结构有while循环结构、条件结构。程序调试成功后就产生一个虚拟信号合成器。整体设计的流程图如图1所示。启动程序设置波形属性和噪声属性生成标准波和噪声标准波和噪声叠加求叠加后的波形的子功率谱显示叠加后的波形时域图和频域图结束是结束程序？否沈阳航空航天大学自动化学院课程设计论文基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示第3页图1信号合成器整体流程图1.1信号合成器的前面板设计首先应该添加两个波形显示窗口（一个直观的波形图是必不可少的，操作人员可以通过波形图对信号的波形进行定性或者是定量分析），一个显示用于标准信号的显示，并设置三个控制器，用于控制信号的频率、幅值和相位，再设置一个菜单选择控件，用于选择信号的类型，可供选择的信号类型有正弦波、三角波和方波。第二个窗口用于显示标准信号与噪声信号叠加后的波形，此外，前面板还有一个可以选择噪声的控件，和控制噪声幅值的控件。1.2信号合成器的后面板设计首先设置一个基本信号发生器，可供选择三种标准波，分别是正弦波、三角波、方波。然后利用条件结构，对两种噪声（均匀白噪声、高斯白噪声）进行选择，再将两者叠加，输出时域图和频域图。在面板的最下端，是实现延时的功能，以减小对系统内存的占用率。本设计的基本信号发生器发生的信号仅仅是仿真信号，它的主要作用是供给DAC，以发生真正的模拟信号，其图标如下：其功能是根据设定的类型及参数产生一个输出波形。参数说明：offset:波形的直流偏移量，缺省值为0.0。数据类型DBLresetsignal:将波形相位重置为相位控制值且将时间标志置为0。缺省值为沈阳航空航天大学自动化学院课程设计论文基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示第4页FALSE。signaltype:产生的波形的类型，缺省值为正弦波。frequency:波形频率（单位Hz），缺省值为10.amplitude:波形幅值，也称为峰值电压，缺省值为1.0。phase：波形的初始相位（单位度）缺省值为0.0。errorin：在该VI运行之前描述错误环境。缺省值为noerror.如果一个错误已经发生，该VI在errorout端返回错误代码。该VI仅在无错误时正常运行。错误簇包含如下参数。status:缺省值为FALSE，发生错误时变为TRUE。code:错误代码，缺省值为0。source:在大多数情况下是产生错误的VI或函数的名称，缺省值为一个空串。samplinginfo:一个包括采样信息的簇。共有Fs和#s两个参数。Fs：采样率，单位是样本数/秒，缺省值为1000。#s:波形的样本数，缺省值为1000。dutycycle(%):占空比，对方波信号是反映一个周期内高低电平所占的比例，缺省值为50%。signalout:信号输出端。phaseout:波形的相位，单位：度。errorout:信息错误。如果errorin只是一个错误，errorout包含同样的错误信息。否则，它描述VI引起的错误状态。2.信号合成器运行图将三种标准信号与两种噪声信号混合而形成的时域图及频域图。下面对白噪声进行一下简单的介绍。白噪声是指在较宽的频率范围内，各等带宽的频带所含的噪声能量相等的噪声。一般物理上把它翻译成白噪声。白噪声或白杂讯，是一种功率频谱密度为常数的“白色的”，此信号也因此被称作白噪声。相对的，其他不具有这一性质的噪声信号被称为有色噪声。所谓高斯白噪声中的高斯是指概率分布是正态函数，而白噪声是指它的二阶沈阳航空航天大学自动化学院课程设计论文基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示第5页矩不相关，一阶为常数，是指先后信号在时间上的相关性。高斯白噪声是指信号中包含从负无穷到正无穷之间的所有频率分量，且各频率分量在信号中的权值相同。白光包含各个频率成分的光，白噪声这个名称是由此而来的。2.1正弦波与均匀白噪声及高斯白噪声合成正弦波与均匀白噪声合成的时域及频域图如图4所示，正弦波与高斯白噪声合成的时域及频域图如图5所示。图4图5沈阳航空航天大学自动化学院课程设计论文基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示第6页2.2三角波与均匀白噪声及高斯白噪声合成三角波与均匀白噪声合成的时域及频域图如图6所示，三角波与高斯白噪声合成的时域及频域图如图7所示。图6图7沈阳航空航天大学自动化学院课程设计论文基于LabVIEW的仿真波形的产生及显示第7页2.3方波与均匀白噪声及高斯白噪声合成方波与均匀白噪声合成的时域及频域图如图8所示，方波与高斯白噪声合成的时