虚拟频谱分析仪的设计

学校代码：10128学号：200710107062二〇一一年六月本科毕业论文题目：虚拟频谱分析仪的设计学生姓名：学院：系别：专业：班级：指导教师：内蒙古工业大学本科毕业设计摘要随着科学技术的不断发展，技术水平的不断提高。电子技术正在受到人们的极大关注，而能够代替实物，节约资源与成本的虚拟电子技术更是受到人们的追捧。频谱分析仪作为信号分析的主要工具之一，受到人们的重视。虚拟频谱分析仪正是在这样一种背景下，得到了长足的发展。虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)是一种图形化的编程语言，利用LabVIEW可以方便地建立各种虚拟仪器。本课题中设计的虚拟频谱分析仪，是基于软件LabVIEW8.2设计的模块化虚拟分析仪。本课题设计的虚拟频谱分析仪主要实现的功能，是对信号的采集，然后进行滤波除噪，加窗修复，傅里叶变换等一系列处理，分析原始信号各个频率成分的的幅值和功率，即获得幅值谱和功率谱。关键词：LabVIEW，虚拟仪器，频谱分析，幅值，功率内蒙古工业大学本科毕业设计AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,andthetechnicallevelsrising，Electronictechnologyisunderpeople'sattention,andelectronictechnologywhichcanreplacephysical,saveconservationofresourcesandcostofvirtualisgainedbypeople.Aspectrumanalyzerasoneofthemainsignalanalysistoolshasgotattentionbypeople.Virtualspectrumanalyzerwhichisinthiskindofbackground,obtainedtheconsiderabledevelopment.Virtualinstrumentismixinginstrumenttechnology、computertechnology、thebustechnologyandsoftwaretechnologycloselytogether,usingacomputer’spowerfuldigitalprocessingpowertorealizethefunctionofmostoftheinstruments,hasbrokenthetraditionalinstrumentsandtheframeworkoftheformationofanewinstrumentmode.LabVIEWLaboratory(andofgroundEngineeringWorkbench)isagraphicalprogramminglanguage,usingLabVIEWcaneasilysetupallkindsofVirtualInstrument.ThistopicwhichisinthedesignofvirtualspectrumanalyzerisbasedonthemodulardesignsoftwareLabVIEW8.2.Thistopicdesigningvirtualspectrumanalyzeriswantingtorealizethemainfunction,whichistocollectsignal,andthentofilter,windowfunctionandrepairexceptnoise,Fouriertransform,andsoon.Itspurposeistoanalysistheoriginalsignalwitheachfrequencycomponentsoftheamplitudeandpower,thatissay,getamplitudespectrumandspectrum.Keywords:LabVIEW,virtualinstrument,spectrumanalysis,amplitude,Power内蒙古工业大学本科毕业设计目录第一章绪论............................................................11.1国内外现阶段虚拟仪器的发展状况..................................11.2课题的目的和意义................................................11.3课题的主要工作..................................................2第二章虚拟仪器及LabVIEW的相关理论知识................................42.1虚拟仪器简介....................................................42.1.1虚拟仪器的两个面板.........................................42.1.2由软件编程来实现虚拟仪器测量功能..........................52.2虚拟仪器的组成..................................................52.2.1虚拟仪器系统的硬件构成....................................52.2.2虚拟仪器系统的软件构成.....................................52.3虚拟仪器的特点与优势...........................................62.4虚拟仪器的应用.................................................62.5LabVIEW概述....................................................72.5.1LabVIEW知识简介...........................................72.5.2LABVIEW的基本程序构成.....................................8第三章频谱分析仪的功能分析...........................................103.1传统频谱分析仪的基本原理.......................................103.1.1传统频谱分析仪的基本概念.................................103.1.2传统频谱分析仪的基本分类及技术指标.......................103.1.3传统频谱分析仪的主要功能..................................113.2虚拟频谱分析仪的工作原理.......................................113.3虚拟频谱分析仪的功能分析.......................................123.4虚拟频谱分析仪的发展前景.......................................13第四章虚拟频谱分析仪的设计...........................................144.1信号频谱分析的知识简介.........................................144.1.1信号频谱分析的方法.......................................144.1.2周期信号的频谱分析.......................................154.1.3快速傅里叶变换（FFT）.....................................164.2虚拟频谱分析仪的整体设计.......................................17内蒙古工业大学本科毕业设计4.3硬件部分.......................................................174.4软件部分的设计.................................................174.4.1前面板的设计.............................................174.4.2程序框图的设计...........................................194.5窗函数的设计...................................................214.6仿真信号的频谱分析.............................................21结论................................................................23参考文献..............................................................24谢辞................................................................25内蒙古工业大学本科毕业设计1第一章绪论1.1国内外现阶段虚拟仪器的发展状况虚拟仪器从二十世纪八十年代开始引起人们关注，之后迅速发展。经过数十年的发展，其所涉及领域不断扩大，在对电子测量、实验教学、测量分析、航天测控、工程过程控制等领域逐步替代了很大部分的传统测量仪器，产生了很大的经济和社会效益。在过去的几十年里，仪器测量技术得到了长足的发展，发展过程大致经历三个阶段，即模拟仪器、数字仪器和智能仪器。但共同特点是“信号采集和控制、分析与处理、结果的表达与输出三大功能模块，而这些模块原来只能由厂家来制造定义、，那样的话就会使仪器功能固定化、灵活性差。在如今的计算机技术支持下，将仪器与计算机结合进行测试，如将仪器的信号分析处理、结果输出表达放到计算机上完成，或将仪器的三大功能设计模块全部放到计算机上来完成，是完全可以实现的，在这种需求的背景条件下顺理成章诞生了虚拟仪器。虚拟频谱分析仪是在当今计算机技术与电子科学技术快速发展的大背景下，充分发挥了计算机的功能，用软件发挥其更加重要的作用，推进了虚拟频谱分析仪的迅速发展。在这种背景下，虚拟频谱分析仪向着高速、高效、高可靠性和高精度以及智能化、自动化、网络化和模块化的方向发展，并且越来越能突显其方便性和灵活性，并能够满足多数用户的要求。虚拟频谱分析仪技术兼顾了虚拟仪器的有点，因而它有虚拟仪器的便捷性和灵活性，因此构建虚拟频谱分析仪的时候就会显得非常方便。不论是在国内还是国外，相关专家指出，在今后一段时间，数据系统的开发和设计还将面临一个非常重要的时期，无论是开发快速通信系统，还是一些其它的计算机系统等，用户都会越来越倾向于使用一台频谱分析仪和一台示波器，同时从不同的角度全方位地分析和捕获系统中的信号，进而解决来源于不同方面的问题。因此虚拟频谱分析仪对于测试方面来说是非常重要的一方面。1.2课题的目的和意义本课题是基于现有的水平，通过对国内外期刊文献的研究，在老师的指导下，开发一种低耗费，高效节能，方便快捷的虚拟频谱分析仪。设计的仪器要能满足普通教学的需要，还要具有对信号