频谱分析仪-LabVIEW课程设计

1、LabVIEW课程设计虚 拟 仪 器 技 术课 程 设 计 课 题： 频谱分析仪 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 扬州大学能源与动力工程学院2012年2月目 录1课程设计的目的及任务（1）1.1课程设计的目的（1）1.2课程设计的任务（1）1.3课程设计的要求及技术指标（1）2总方案的确定并画出原理框图（2）3各基本单元原理及设计（3）3.1数据采集模块（3）3.2正弦信号产生模块（3）3.3加窗函数模块（4）3.4滤波函数模块（4）3.5功率谱转换模块（5）4总原理图，工作原理、工作特性（6）5电路安装与调试（8）5.1电路安装调试步骤（8）5.2实验结果分析（8）5.3改进意见及

2、收获（9）6体会(10)附录1：课程设计任务书（11）111 课程设计的目的及任务1.1 课程设计目的（1）掌握LabVIEW软件编程方法；（2）掌握LabVIEW硬件的应用；（3）培养综合应用所学知识来指导实践的能力。1.2 课程设计的任务频谱分析仪是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。本课题将结合虚拟频谱分析仪的设计过程，了解使用基于图形化编程语言LabVIEW进行虚拟仪器编程的方法与实现技术，基本实现传统频谱分析仪的功能。1.3 课程设计的要求及技术指标（1）将采集到的时域信号转化为频域信号；（2）对信号进行简单的滤波和加窗处理；（3）求出信号的频率、频率响应等参数；（4）能完

3、成数据显示、绘制图形、存储和查看测量数据等功能且具有友好的人机界面。2 总方案的确定并画出原理框图本设计的虚拟频谱分析仪即可以对虚拟信号发生器所产生的信号进行频谱分析，由此确定设计总方案也可以对通过信号调理器，基于PCI总线的DAQ卡组成的采集系统所采集到的外部信号进行频谱分析。其中，在对外部信号进行频谱分析时，外界被测信号首先传送到信号调理电路，且由信号调理电路对它进行放大、滤波、隔离等处理后，再经数据采集卡进行AD转换，以将模拟信号转换为数字信号，然后由软件对被测试信号进行频谱分析和处理，最后得到测试结果，并按要求将它们显示或储存起来。原理框图如图一所示。图一3 各基本单元原理及设计3.1

4、 数据采集模块数据采集模块采用Acquire Waveform VI子程序来控制PCI-1200数据采集卡进行数据采集操作，参数设置模块可以设置的参数主要包括：设备与通道，采样点数，触发控制，扫描率。3.2 正弦信号产生模块正弦信号产生模块采用Sine Wave VI子程序（在Analysis>Signal Generation子模板中），用于产生标准正弦信号在实验时验证频谱分析功能，设置的参数包括：采样点数，采样频率，信号频率，幅值和初始相位。3.3 加窗函数模块加窗函数模块可由Scaled Time Domain Windows.vi模板来完成。该模板有两个输入和两个输出端。首先从输

5、入端输入一个时域信号，再进行窗体类型的选择，可根据实际情况选择不加窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗、平顶窗等8种窗体，最后输出一个已加窗的时域信号，这样便可以减少窗口效应带来的栅栏效应和泄漏问题。设计中运用了汉明窗。3.4 滤波函数模块数字滤波器用于改变或消除不需要的波形。它是应用最广泛的信号处理工具之一。两种数字滤波器分别是：FIR（有限脉冲响应）和IIR（无限脉冲响应）滤波器。FIR滤波器可以看成一般移动平均值，它也可以被设计成线性相位滤波器。IIR滤波器有很好的幅值响应，但是无线性相位响应。设计中选用了巴特沃思滤波器（0-低通，1-高通，2-带通，3-带阻）。3.5 频谱分析模块频谱分析模

6、块根据设计要求有三个选择功能：0-频谱分析，1-功率谱分析，2-FFT。幅度和相位谱功率谱快速傅里叶变换5 总原理图，工作原理、工作特性这一种虚拟频谱分析仪能够提供一个高精度的频谱分析功能，并且可以同时观察输入信号的时域和频域显示。但该虚拟频谱分析仪受数据采集卡采样速率的限制，其频率范围仅为050kHz，用户可以通过改变采样速率和数据长度来选择频率分辨率。在虚拟频谱分析仪的设计中可以通过程序直接读出基波频率和峰值大小，并将它们显示在面板上，用户参考这个值可以手动调整采样速率的大小和显示图形中X、Y轴的坐标来观察所需要的频谱图，因此操作更加直观、简便。可以用标准正弦信号模拟实验，也可以采集外部数

7、据，采集的数据若有干扰可以根据情况选择滤波和加窗，使获得的结果更加满意。信号频谱分析仪的主要数据处理工作就是对待分析信号进行傅立叶变换，然后分析其频谱、功率谱特性，并显示计算结果。程序如图二，图三所示。图二图三5 电路安装与调试5.1电路安装调试步骤（1）根据原理框图设计程序（2）检查程序接线和各个判断框对应情况（3）采用正弦信号模拟，验证程序是否正确（4）接入外部信号，根据情况滤波或加窗，分析实验结果5.2实验结果分析当接入标准正弦信号时，设置采样频率=100，采样数=200，幅度=5，初始相位=0，信号频率=5，所得结果如下： 当接入外部信号时，设置设备号=1，通道=1，采样频率=200，

8、采样数=500，所得结果如下：5.3 改进意见及收获经过试验和结果分析，设计的虚拟频谱分析仪基本实现了任务要求，但在试验中也发现了一些问题还有待改进。应该使用选择结果使滤波和加窗方式更多样化，因为在采集外部数据时存在各种干扰，单一的滤波和加窗方式并不能满足所有情况的要求，有时用巴特沃思滤波器反而使所得信号变得更糟糕，应该根据不同的情况选择不同的滤波或加窗方式。频谱分析也比较简单，可以用数据框显示峰峰值、响应值等，使所得结果更加直观可读。频谱分析方式在实际工作时应更加丰富，可以加入单边谱、双边谱、谐波分析等内容。在实验时如使用外部采集数据应注意接共地端，否则将有很大的干扰，甚至完全淹没信号。 6

9、 体会一周半的虚拟仪器课程设计很快就过去了，但这短短一周半的时间却让我们学到了很多，最终的结果也还算满意，但是在设计程序、设置参数，调试电路等一系列过程中我们也遇到了很多问题。采集的信号有较大干扰，经过滤波和加窗处理仍实现不了预期效果等情况，但我们没有互相埋怨而是通过仔细地检查，问老师问同学等许多积极的方式来解决问题，最重要的是我们小组两人分工明确，而且又相互协作。通过一周半的课程设计，加强了查找资料、思考和解决问题的能力。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个函数模块的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我

10、们了解了很多VI子程序的功能，并且对于其各个端点的含义、接线方法有了更深入的了解。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个VI函数模块印象深刻。另外很多内容也是书上没有的，通过自己查资料，反复看说明书才得以解决，这对我今后工作有很多帮助。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这次的设计对我们的作用是非常大，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固等。 这次课程设计的

11、顺利完成了，离不开老师的辛勤指导和同学的帮助，我也从老师何同学的身上我们学也到很多实用的知识，在此我向所有帮助过我的老师和同学表示衷心的感谢 ！附录1：1.设计目的（1）掌握LabVIEW软件编程方法（2）掌握LabVIEW硬件的应用（3）培养综合应用所学知识来指导实践的能力2.设计所用仪器及器件(1) NI公司的数据采集和信号调理卡。NI DQA-6024卡，NI SC-2075卡各一套。(2) P计算机一台。(3)各种相关的实验材料和设备。 3.实物内容及要求（1）设计成果一份。（2）课程设计论文一份。4.进程安排1布置任务、查阅资料，方案设计（两天）根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，画出详细的原理图。2上机在LabVIEW环境下按要求进行设计 （三天）要求在虚拟仪器上观测到正确的波形并达到规定的技术指标。3硬件的装配及调试（三天）使用数据采集卡进行装配调试，使其全面达到规定的技术指标，最终通过验收。4总结报告 （一