虚拟仪器实验

1、虚拟仪器实验指导书关海川编写西南交通大学峨眉校区2012年10月虚拟仪器技术是以计算机和软件为核心的，通过软件将计算机硬件资源与仪器有机地融 合为一体，能够把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起。提高实验教学内容的先进性是帮助学生学习前沿科学知识的重要手段，一直以来，由于 供学生使用的实验仪器相对落后，而先进的仪器价格又过于昂贵，阻碍了学生探索和认识世 界的进程。虚拟仪器技术的出现有效地解决上述问题，学校在不增加或增加少量开支的基础 上使实验仪器在精确性、灵活性、工程实用性、可测范围等方面有一个大的飞跃。RZ8688A 虚拟仪器技术实验平台自带虚拟信号源、示波器、逻辑分

2、折仪、频谱仪、三用表、数字量输 入输出模块，能完成各种虚拟仪器仪表设计的实现和电子通信测控类实验。是一款能满足学 生掌握先进测控技术的性价比很高的实验设备。本实验教程主要面向虚拟仪器技术的初、中级用户，介绍LabVIEW编程的基础知识和基 本技巧以及相应的实验，可作为大、中专院校相关专业的实验教学教材，也可供有关工程技 术人员和软件工程师参考。由于编者的能力和水平有限，加之时间仓促，书中难免存在不妥和错误之处，恳请使用 本教材的广大师生和读者提出批评和宝贵意见。编者2012年10月 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document

3、实验一LabVIEW工作环境的熟悉1 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 实验二结构的使用6 HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 实验三数组、簇和图形显示12 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 实验四字符串和文件存取17 HYPERLINK l bookmark177 o Current Document 实验五信号产生器设计实验21 HYPERLINK l bookmark220 o Current Document 实验六频谱分析仪设计实验2

4、6 HYPERLINK l bookmark290 o Current Document 实验七实际测控系统设计实验30 HYPERLINK l bookmark340 o Current Document 实验八FIR滤波器设计实验3236实验一 LabVIEW工作环境的熟悉一、实验目的熟悉LabVIEW开发环境；了解LabVIEW的编程环境;掌握LabVIEW的基本操作方法， 并编制简单程序。学会使用子VI图标连接器的创建方法和子VI调用方法。二、实验仪器计算机一台LabVIEW8.20 软件一套三、实验原理LabVIEW功能简介虚拟仪器（VI： Virtual Instrument）是在

5、以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定 义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器是以特定的 软件支持取代相应功能的电子线路，用计算机完成传统仪器硬件的一部分乃至全部功能，它 是以具备控制、处理分析能力的软件为核心的软仪器。使用者在操作这台计算机时，就象在 操作一台他自己设计的仪器一样。利用LabVIEW软件可以实现VI的设计。LabVIEW程序设计LabVIEW和其他Windows环境下的可视化开发环境一样，程序界面和代码是分离的。前面板是图形用户界面，有两类控件：一类是输入控件，包括开关、旋钮、按钮和其他 输入对象；一类是显示控件，包括图形、LED和其他显

6、示对象。程序框图是实现VI逻辑功能的图形化源代码，除了包括与前面板上控件对应的连线端 子外，还有程序、子VI、常量、结构等，与标准仪器相比，前面板相当于仪器的面板，而 程序框图相当于仪器内部的功能部件。菜单栏与Windows程序中的菜单栏功能相似，不再赘述。程序的调试方法在程序编写过程中，不可避免的存在错误，因此掌握必要的调试方法非常必要。1）单步运行VI单步运行VI是在程序框图中按照程序节点的逻辑关系，沿连线逐个节点来执行程序。 单击单步执行按钮蛆，按单步步入方式执行VI，单击一次执行一步，遇到循环结构，跳入 循环内部继续单步执行。2）设置断点使用工具选板中的断点工具，点击你希望设置或者清除

7、断点的地方。断点的显示对 于节点或者图框表示为红框，对于连线表示为红点。当VI程序运行到断点被设置处，程序 被暂停在将要执行的节点，以闪烁表示。按下单步执行按钮，闪烁的节点被执行，下一个将 要执行的节点变为闪烁，指示它将被执行。你也可以点击暂停按钮，这样程序将连续执行直 到下一个断点。3）使用探针使用探针工具可以查看程序流经某一根连接线时的数据值。从工具选板选择探针工具 叵1，再用鼠标左建点击你希望放置探针的连接线。这时显示器上会出现一个探针显示窗口。 该窗口总是被显示在前面板窗口或流程图窗口的上面。4）高亮显示程序运行在LabVIEW的工具条上有一个高亮执行按钮F。点击这个按钮使它变成高亮形

8、式，再 点击运行按钮，VI程序就以较慢的速度运行，没有被执行的代码灰色显示，执行后的代码 高亮显示，并显示数据流线上的数据值。这样，你就可以根据数据的流动状态跟踪程序的执 行。5）查找VI不可执行的原因如果一个VI程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮就会由今变成一个折断 状态容，表示程序不能被执行。如果点击此按钮，则ijLabVIEW弹出错误清单窗口，点击其 中任何一个所列出的错误，单击显示错误，则就会定位到程序框图相应出错处。4. 创建子VILabVIEW中的子VI（subVI）类似于文本编程语言中的函数。如果在LabVIEW中不使 用子VI，就好像在文本编辑语言中不使用函数一样，根

9、本不可能构建大的程序。尤其是在 LabVIEW图形化编程环境中，图形连线会占据较大的屏幕空间，用户不可能把所有的程序 都在同一个VI的程序框图中实现。因此很多情况下，我们需要把程序分割成很多一个个小 的模块来实现一这就是子VI。其实任何VI本身就可以作为子VI被其他VI调用，只需要在普通VI的基础上多进行 两步简单的操作而已：定义连接端子和图标。四、实验步骤编写一个VI求三个数的平均值。（1）要求对三个输入控件等间隔并右对齐，对应的程序框图控件对象也要求如此对齐。（2）添加注释。（3）分别用普通方式和高亮方式运行程序，体会数据流向。（4）单步执行一遍。（5）分别使用断点和探针，跟踪数据流，帮助

10、调试程序。创建一个VI程序模拟温度测量。假设传感器输出电压与温度成正比。例如，当温度为 70 F时，传感器输出电压为0.7V。本程序也可以用摄氏温度来代替华氏温度显示。 本程序用软件代替了 DAQ数据采集卡。在程序面板使用编程-数值-随机数（0到 1）来仿真电压测量，然后把所测得的电压值转换成摄氏或华氏温度读数。参考结果如下：创建一个VI程序，并将此程序保存为子VI。此VI要实现的功能是：当输入发动转速 时，经过一定运算过程，输出发动机温度和汽车速度值。参考结果如下：创建一个VI程序，进行温度测量，并把结果在波形图表上显示。该VI程序使用前面 实验步骤2中创建的温度计程序（温度计.vi）作为子

11、程序。利用LabVIEW的各种工具， 可以实现在一个程序中调用另一个程序的功能，大大的提高了设计的灵活性和合理性。参考结果如下：创建一个VI程序，并在编写程序过程中调用前面实验步骤3中创建的子VI。此VI要 实现的功能是：通过旋钮控件来控制输入的发动机转速值，中间调用实验步骤3中创建 的子VI作为计算过程，从子VI输出的值分别输出至不同的数值显示发动机的温度以 及当前汽车速度，同时判断当汽车速度超过100时，系统将产生蜂鸣声，报警提示。参考结果如下：五、实验报告写出上述练习运行时的前后面板图形。并完成下面内容：VI中的三个模块是什么？简述其各自功能。简述VI程序有什么构成，其各部分的功能是什么

12、？如何将一个VI程序创建为子VI程序，让其可以连接输入输出？总结通过本次实验对LabVIEW编程环境、LabVIEW的编程步骤及过程有什么了解和收 获。实验二结构的使用一、实验目的熟悉LabVIEW中While、For循环的使用，学会使用LabVIEW中的移位寄存器。学会 使用LabVIEW中的Case结构、顺序结构、公式节点。二、实验仪器计算机一台LabVIEW8.20 软件一套三、实验原理结构是控制G程序数据流程的元素。While循环结构控制程序反复执行框内程序，直到 某个条件发生。For循环结构控制框内程序段执行指定的次数，循环次数由连接到计数端口 的值确定。在循环边框可建立多个移位寄存

13、器，使用移位寄存器可在循环体的循环之间传递 数据。While循环和For循环都可以使用移位寄存器。Case结构是一种多分支程序控制结构，执行哪个分支由选择端子上的输入控制。当一 个布尔型或整型数据连到Case结构的选择端子上时，LabVEW自动决定选择端子的数据类 型。当在一个分支Case创建了输出通道，必须为每一个Case定义输出通道。只有当所有分 支都给通道提供输出数据时，通道将呈现出与提供数据类型一致的填充颜色并显示Run按 钮。在Sequence结构边界上可创建顺序局部变量(Sequence Locals)，利用顺序局部变量可 实现帧和帧间的数据传递。顺序结构的输出通道仅能有一个数据源

14、(顺序局部变量)，数据 源对所有后续帧都有效，但在前面帧中无效。运用公式节点可以直接把许多公式写入到节点图框中，切记，每个式子必须以分号“” 结尾，而且公式中的变量区分大小写。实验步骤1.使用While循环和图表。目的：用While循环和图表获得数据，并实时显示。创建一个可以产生并在图表中显示随机数的VI。前面板有一个控制旋钮可在0到10秒 之间调节循环时间，还有一个开关可以中止VI的运行。学习怎样改变开关的动作属性，以 便不用每次运行VI时都要打开开关。参考结果如下：前面板 有成N S 4.06.02.08.00.010.0流程图BooleanONOFFg t附注与说明布尔开关的机械动作:布

15、尔开关有6种机械动作属性可供选择。在前面板上用鼠标右键单击开关，在快捷菜单 中选择Mechanical Action就可以看到这些可选的动作。2.使用移位寄存器。目的：创建一个可以在图表中显示运行平均数的VI。参考结果如下：前面板B & ON d q * Latch When Pressed流程图附注：移位寄存器的初值：上面的练习中对移位寄存器设置了初值0.5。如果不设这个初值，默认的初值是0。在 这个例子中，一开始的计算结果是不对的，只有到循环完3次后移位寄存器中的过去值才填 满，即第4次循环执行后可以得到正确的结果。使用For循环。目的：用For循环和移位寄存器计算一组随机数的最大值。参考

16、结果如下：使用Case结构。目的：建立一个实现计算器功能的VI。前面板设有数字控制器用来输入两个数字，数字指 示器用来显示运算结果。运算方式有加、减、乘、除。用一个滚动条来规定运算方式。参考结果如下：计算生成等于某个给定值的随机数所需要的时间。使用顺序结构。 目的：创建一个VI, 参考结果如下：0 H必q &50-0 d 1 E A & 0.00 4 2 0. . 2卜计算延时时间（秒）使用公式节点。目的：创建一个VI,它用公式节点计算下列等式：y1 = x3 -x2 + 5y2 = m* x + bx的范围是从0到10。可以对这两个公式使用同一个公式节点，并在同一个图表中显示结果。参考结果如

17、下：m日3000bWaveform Graph非0.00五、实验报告写出上述练习运行时的前后面板图形。并完成下面内容:试简述For循环和While循环的区别。下面所给两个框图程序，你认为哪一个节点函数先执行？是加法还是除法？说明 LabVIEW数据流编程概念？如果要明确函数执行的先后次序，应该怎么办？请重新创 建该程序。仔细观察程序框图中的情况，可以利用框图程序工具条中的高亮执行按钮和 单步执行按钮来观察。实验三 数组、簇和图形显示一、实验目的学会使用LabVIEW中的数组；学会使用LabVIEW中的簇；学会使用LabVIEW中的 Chart图形显示特性；学会使用LabVIEW中的Graph图

18、形显示特性。二、实验仪器计算机一台LabVIEW8.20 软件一套三、实验原理数组是相同类型的数据元素的集合，可创建数值型、布尔型、字符串型或簇数组。可在 前面板和框图程序中创建一个数组，创建数组包括建立数组框和定义数组类型两个步骤。若 定义一个数组类型控制件，还需使用操作工具对索引元素进行赋值。框图中常常利用循环的 自动索引功能，创建数组。在默认状态下，For循环自动索引有效，而While循环自动索引 无效。数组元素索引(下标)从0开始，若数组元素个数为N，则最大索引为N-1。簇是相同或不同类型的数据的集合，Bundle函数将时间参数X0、AX和Y值数组捆绑 成簇，送波形Graph，可准确地

19、显示波形随时间变化的规律。Unbundle将簇中元素解包，可 一次访问所有元素。波形Chart可以实时显示数据变化趋势，具有三种不同显示模式。波形Chart可用于显 示单条曲线或多条曲线。当使用Chart显示多条曲线时，须使用Cluster子模板的Bundle函 数，将数据捆绑成簇，然后送波形Chart显示。在波形Chart或它的各个组成部分上弹出菜 单，可修改Chart显示的属性和参数。波形Graph以数组方式接收数据，可用Build Array函数在波形Graph上显示多条曲线。实验步骤1.编辑一个利用循环的自动索引(auto-indexing)功能创建一个装有10个随机数的数组。参考结果

20、如下：2.用Chart和参考结果如下:德未玮名w削瓠图，文件心编辑查看凹项目操作工 Ll刮回回函可可oT iBpJ波形图表N波形图卜皿2000盘 未命名2前面振*文件旧褊辑（S查音凹项目凹操作 THE商口也帮助WU回 18pt应用程序字氐波形图表数值39波形图118-0.6-典0.4-时间I编写计算以下等式的程序0,8-0.60.4 -时间y1 = x 3 x + 5,x的范围是0100, y1和y2用数组显示 y 2 = m x x + b件显示在前面板上。m设定为6, b设定为8。For循环设定为100次，公式节点输入两公式，根据设定的m和b的值计算y1，y2建 立数组，然后显示数组。参考

21、结果如下：4.在一个Graph中用2种不同的线宽显示1条正弦曲线和一条余弦曲线。每条曲线长度为128个点。正弦曲线X0=0，AX=1，余弦曲线X0=2，AX=10O参考结果如下：Input ClusterOutput ClusterstopSTOP |创建一个温度采集VI。每秒采集两次，共采集40次。在采集期间，用Chart实时显示 侧量数据，全部数据采集完成后，VI在Graph上输出图形并计算出温度的最大、最小 和平均值。（对Chart和Graph的X刻度和Y刻度进行一些设置，在图例上进行一些设 置。尝试显示Graph的模板和光标，对其进行不同的设置并观察显示结果。）参考结果如下：五、实验报

22、告写出上述练习运行时的前后面板图形。并完成下面内容:1、总结Chart和Graph的使用区别。2、什么是数组？什么是簇？什么是函数的多态性？实验四字符串和文件存取一、实验目的学会使用LabVIEW中的字符串和字符串函数；学会使用LabVIEW中的文件I/O。二、实验仪器计算机一台LabVIEW8.20 软件一套三、实验原理字符串是ASCII字符的集合，字符串控制器和指示器在控制模板的String&Table子模板 上。LabVIEW字符串函数在功能模板上的String子模板中。读/写文件操作之前，必须指定文件路径。LabVIEW支持的文件类型（4种）：ASCII码 流文件（文本文件）、二进制流

23、文件、数据记录文件、波形数据文件。实验步骤1, 使用 Format Into string、Match pattern 和 String length 等函数设计一个子 VI，将一个 输入数字转换成显示2位小数的格式字符串，并将整合字符串及其长度在前面板输出。 同时，在前面板输入密码，检测输入密码与设定密码是否匹配。参考结果如下：2,练习使用 Format Into String 函数、Concatenate String 函数和 String Length 函数。（尝试改变串开始和串结尾及数值，运行VI观察结果。为了连接数据类型连接正确，可以打 开帮助窗口）。参考结果如下：将一个二维数组以字

24、符串形式写到一个新文件中去，然后在一个表格处理程序或文本编 辑器中打开这个文件。参考结果如下：将数据写入电子表格文件。练习目的：构造一个VI,该VI产生两组波形数据，将其绘制在图中，并将两组数据写入文 件，其中第1列包含方波波形数据，其中第2列包含正弦波形数据。参考结果如下：5.创建头文件，向文件添加采样数据。练习目的：创建一个VI，产生头文件，使用For循环定时采集温度值，并将每次采样 时间及温度值以ASCII格式添加到文件中。参考结果如下：采样时间21:12:4121：12：4121 ：12：4121 ：12：4221 ：12：4221 ：12：4321 ：12：4321 ：12：4421

25、 ：12：44温度值79.5979.5979.5979.5979.5979.5980.5782.5283.9884.4721：12：45五、实验报告写出上述练习运行时的前后面板图形。并完成下面内容:1、什么是字符串？它有几种显示模式？各自有什么特点？2、LabVIEW支持的文件类型有几种？它们各自有什么特点？实验五信号产生器设计实验一、实验目的了解信号产生器的基本功能；了解LabVIEW产生仿真信号的基本原理;掌握利用LabVIEW产生信号的方法。二、实验器材计算机一台LabVIEW8.20 软件一套USB连接线一条Q9接口连接线两条示波器一台三、实验原理系统工作原理信号产生器设计实验主要由仿

26、真信号产生、USB通信接口、DSP、CPLD和D/A转换等 主要模块构成，系统结构框图如图1所示。图1仿真信号是由LabVIEW程序产生，生成指定的信号波形，再将波形数据通过USB接 口传送给DSP, DSP和CPLD共同作用，产生相应的控制时序，将波形数据通过D/A电路 转换为真实的信号源，可通过示波器来测试。仿真信号的产生基于虚拟仪器技术的信号发生器其主要目的就是利用LabVIEW产生相应的信号波形数 据，并将此数据通过D/A器件，转换为真实的物理信号。LabVIEW提供了大量的波形生成节点，它们位于函数一信号处理一波形生成子选板中， 如下图所示。利用这些波形生成函数可以生成不同类型的波形

27、信号和合成波形信号。这里主 要介绍基本函数发生器和公式波形。其余波形产生的方法可以参考LabVIEW帮助文档。图2（1）基本函数发生器基本函数发生器产生指定类型的波形。常见的波形，例如正弦波形、方波波形、三角波 形、锯齿波形都可以由基本函数发生器来产生，其节点图标和端口定义如图3所示。基本函数发生器Basic Function Generator, vi偏移星 重置信号 信号类型信号输出 相位输出 错误输出频率幅值相位 ： 错误输入（无错误）采样信M 方波占空比哭）图3输入信号包括偏移量、信号类型、频率、幅值、相位、采样信息、方波占空比等。偏移 量是指信号的直流偏移量（默认为0.0）。信号类型

28、包括正弦波、方波、三角波、锯齿波。频率是指产生信号的频率（默认为10HZ）。幅值表示信号的峰值电压，默认为1.0V。 相位表示波形的初始相位，以度为单位（默认为0）。采样信息包含采样频率（默认为1KHZ） 和采样点数（默认为1000）。方波占空比在信号类型为方波时才有效。信号输出为输出的波形，相位输出为产生的信号的相位。（2）公式波形公式波形是按照公式输入引脚产生响应的波形输出，如图4所示。公式波形BT_IAPro. Ivlib:Foraula 1avefora. vi偏移是重置信号信号输出错误输出翻率幅值|公式错误输入（黄错误） 采样信息一D/A转换过程LabVIEW产生的仿真信号由波形数据

29、构成，这些数据通过D/A转换就可以转换为真实 的信号源。本实验中要产生双路信号源，所以采用了 TL5632来完成D/A转换，将LABVIEW 产生的波形样点转换为模拟信号波形。TL5632S是一种低功耗、超高速的8位VGA数模转 换芯片，具有三个I/O通道，所以较适合作为双通道的D/A转换芯片。在D/A转换过程中， 需要一些逻辑时序来控制D/A转换的启动和转换结束，这由DSP和CPLD逻辑控制单元共 同来完成。虚拟信号发生器的设计虚拟信号发生器是根据上述的系统工作原理而设计的LabVIEW程序，主要用来产生正 弦波、方波、三角波和任何函数波形，其前面板如图5所示。频率56幅度1占空比保)40

30、5p 6030 7Sf10Q 0 120-10 J01.信号类型任意波形公式分正弦波1 sin (w*t)*Ein(2*pi (1 )*t)图5当信号类型选择为任意波形时，需要在任意波形公式框中输入想产生的波形公式。为了更准确的定位信号的频率，信号频率的最终值是由频率档位选择和频率旋钮共同确 定，即信号的频率=频率旋钮值*频率档位，例如若频率旋钮显示4.5,而频率档位为1K-10K， 则信号最终频率为4.5K。占空比旋钮只对方波有作用。程序框图如图6所示。图6四、实验步骤（1）将两个Q9接口一端分别连接至虚拟信号源面板的CH201、CH202测试通道，另一端连接到实际示波器通道1和通道2上。（

31、2）运行虚拟信号源程序。前面板如图7所示。图7（3）选择信号类型，并调整幅度、频率、占空比等旋钮，用示波器来观测信号波形的 变化。五、实验报告（1）利用前面所介绍的知识，设计一个仿真信号产生器，包括信号类型、幅度、相位、频 率等旋钮。（2）通过波形图来显示仿真信号的波形，并调整信号类型、幅度、频率等旋钮来观测信号 波形的变化。（3）添加一个信号采样信息控件，改变采样频率和采样点数，观测信号的变化。实验六频谱分析仪设计实验一、实验目的了解频谱分析仪的基本工作原理；学会使用LabVIEW中关于频谱分析的节点；掌握频谱分析仪的设计方法。二、实验器材计算机一台LabVIEW8.20 软件一套信号源一台

32、USB连接线一条信号输入连接线一条三、实验原理系统的工作原理频谱分析仪主要用于分析信号中所包含的频率成分，即分析信号的频谱分布。在实际的 测量中，绝对纯的正弦信号是不存在的，对于周期信号，傅里叶变换用作为变量，几乎 每个正弦信号都是由基波和各次谐波组成的，非正弦信号也可分解为频率不同的正弦波。本 实验根据频谱分析的原理，设计一个虚拟频谱分析仪，并通过它来观测周期信号的频谱。系统的结构框图如图1所示。图1具体工作过程如下：输入信号为外部电路或信号源产生的信号，它输入到虚拟频谱仪模 块，再经过相应的放大，传送到A/D转换模块，A/D转换模块在DSP和CPLD的控制之下， 将输入的模拟信号转换为数字

33、信号，并传递给DSP，DSP再将数据通过USB接口计算机， 计算机对波形数据进行快速傅里叶变换，转换为信号的频谱，并通过LabVIEW前面板显示。在频谱分析中，采用了计算法频谱分析，直接计算有限长序列的离散傅里叶变换DFT， 即可获得信号序列的离散频谱。有限长离散序列双)和它的频谱*(k)之间的DFT可以表示为：X (k) = N 1 x(n)W knNn=0 x(n) = 1 X (k )W -kn NNk=0由于离散傅里叶变化具有选频性，所以对信号进行DFT就可以获得信号的频率分量。2 .频谱分析节点LabVIEW8.20提供了丰富的时域和频域转换函数，位于函数一信号处理一谱分析中， 或在

34、函数一信号处理一波形测量。如图2所示。利用提供的这些函数就可以完成信号频谱的测量。幅度谱和相位谱的测量LabVIEW提供了测量信号幅度谱和相位谱的函数，其图标和端口定义如图3所示。FFTS (幅度-相位HT_IAFro.Ivlib:FFT Spectrua (Mag-Fhase). vi重新开始平均(F) 时间信号 窗 查看 错误输入(无错灌)平均参数-完成平均幅度孔相位: 已完成平均数:-错误输出图3具体每个端口的详细定义，可查看LabVIEW在线帮助。功率谱的测量LabVIEW提供了测量信号功率谱的函数，其图标和端口定义如图4所示。m功率请HI_iAPro. Ivlib:FFT Fover

35、 Spectrua. vi重新开始平均(F)时间信号 窗 显示为错误输入(无错误)平均参数完成平均 功率谱已完成平均数 错误输出图4具体每个端口的详细定义，可查看LabVIEW在线帮助。（3）功率谱密度的测量LabVIEW提供了测量信号功率谱的函数，其图标和端口定义如图5所示。HT_iAPro.Ivlib:FFT Fover Spectral Density, vi重新开始平均（J）时间信号 窗 显示为dB （F） 错误输入（无错误）平均参数完成平均-功率谱密度已完成平均数 匚错误输出图5具体每个端口的详细定义，可查看LabVIEW在线帮助。四、实验步骤1.实际信号的频谱参数测量（1）通过Q9

36、接口将待测的时域波形输入与虚拟仪器技术实验平台中的虚拟频谱仪CH1 接口相连。（2）通过USB 口将虚拟仪器技术实验平台与计算机连接。（3）运行虚拟频谱分析仪软件。前面板如图6所示。图6左边波形图显示时域波形，右边的波形图显示频谱参数，根据左上角的系统选项卡控件， 可选择观测幅度谱、相位谱、功率谱和功率谱密度。（4）使用采样率调整旋钮来修改时域信号的采样率，保证在时域波形图显示48个信 号周期。（5）为了较清楚的观测信号频谱，使用频率范围旋钮来限定信号频谱显示的最大频谱 范围。（6）观测输入实际信号的幅度谱、相位谱、功率谱、功率谱密度等波形图。（7）调整输入的时域信号，观测频谱波形的变化，并运

37、用所学频谱的理论知识做出解 释。五、实验报告给出仿真信号频谱设计仪的设计。仿真信号的频谱测量，主要是测量由LabVIEW产生的时域仿真波形的频谱，根据前面 板的输入时域参数，改变输入的时域波形，观测信号频谱的变化。信号类型为输入的仿真信号的类型，可以为正弦波、三角波、方波、锯齿波等。幅度和 频率旋钮为输入时域信号的幅度和相位。左边波形图显示时域波形，右边的波形图显示频谱 参数，根据左上角的系统选项卡控件，可选择观测幅度谱、相位谱、功率谱和功率谱密度。具体要求如下：（1）基于基本函数产生器来设计一个输入仿真信号，幅度、信号类型和方波占空比可 调，并通过波形图来显示。（2）将产生的仿真时域波形输入

38、到前面介绍的幅度谱、相位谱、功率谱、功率谱密度 等函数连接，并将频域测试结构通过波形来显示。（3）修改信号类型、幅度、频率等时域信号参数，来观测信号频谱波形变化，并对频 谱波形做出解释。实验七 实际测控系统设计实验一、实验目的了解测控系统的组成结构；了解利用温度控制步进电机旋转和告警的过程;掌握串口通信和电机控制的设计方法。二、实验器材计算机一台LabVIEW8.20 软件一套串口线一根分布式温度采集模块一块传感器控制模块一块I/O控制模块一块步进电机和继电器控制模块一块20脚双排电缆连接线一根测试连接线四根三、实验原理1.系统组成框图本实验根据采集的温度来控制步进电机的工作。系统组成框图如图

39、1所示:数字温度传感器单片机*LabView 前面板 DSP步进电机图1系统工作过程：单片机读取数字温度传感器所传送的温度数据，并通过串口传递给 LabVIEW前面板，LabVIEW将获取的温度与预设定的温度进行比较，来控制步进电机的转 速和转向。当采集温度与预设温度超过一定门限时，继电器吸合，指示灯亮。2. LabVIEW程序设计测控系统设计实验的前面板如图2所示。测控系统设计实验图2用户可以在串口配置模块根据本机的配置选择通信的VISA资源名称（COM1、COM2 等），波特率，数据比特和奇偶校验。温度计模块以数字和图形的方式显示测量的温度。用户可以在步进电机温度控制模块设 置基准温度，当

40、实测温度超过基准温度时，电机正转，当实测温度低于基准温度时，电机反 转，而且实测温度与基准温度的差距越大，电机转动越快，差距越小，电机转动越慢。继电器温度差门限值用于用户设置当实测温度与基本温度差别到达一定门限时，电机告 警，LED灯亮，同时电机停止运转。当实测温度与基准温度差小于该门限时，LED灯灭， 电机运转。四、实验步骤将I/O扩展模块与总线扩展接口通过20线电缆相连接。将I/O扩展模块的OUT3OUT1与步进电机与继电器控制模块的PE01PE03通过 连接线相连接。将I/O扩展模块的OUT4与步进电机模块的I/O1相连接。3 .将虚拟仪器技术实验平台与计算机通过USB 口相连接。将分布

41、式温度采集模块与计算机通过串口连接，并将该模块的P1.0插孔与传感器控 制模块的I/O插孔连接。在计算机端打开测控系统设计程序前面板。根据本机的配置选择通信的VISA资源名称（COM1、COM2等），波特率设置为1200 比特，数据比特设置为8位，奇偶校验设置为偶校验（EVEN）。运行LabVIEW程序，观测前面板的温度显示，并将手放置到数字温度传感器上， 观测温度计数字的变化。调整前面板中基准温度的设置值，改变实测温度与基准温度的差值，观测步进电机 的转动情况。调整前面板中继电器温度差门限值，来观测步进电机的转动和继电器吸合、LED灯 亮的情况。五、实验报告写出上述实验过程中所观察到的现象。

42、实验八FIR滤波器设计实验一、实验目的了解FIR滤波器设计的原理；了解LabVIEW中FIR滤波器系数的产生方法；掌握在LabVIEW中绘制频率响应曲线的方法；观测所设计的FIR滤波器的性能。二、实验器材计算机一台LabVIEW8.20 软件一套信号分解模块一块测试连接线若干USB连接线一条信号源一台示波器一台一台20脚双排电缆连接线一根三、实验原理1. FIR滤波器的设计原理一个线性时不变离散系统，或者说一个数字系统可以用系统函数来表示：bz T I H （z）=1 一乙 a z -ii=1也可以用差分方程表示：川）心 x（n -i） + 乙,y（R -i）i=0i=1由以上两个公式中，当a

43、i至少有一个不为0时，表达的是一个IIR数字滤波器；当ai全都为0时，表达的是一个FIR数字滤波器。FIR数字滤波器可以看成是IIR数字滤波器ai全 都为0时的一个特例。通常,我们把FIR滤波器的系统函数表示为:H (Z)=矣一1 h(n)Z - n其差分方程表示为:y (n)=旗 h(i)x(n 一 i)i=0FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到有严格的线性相位特性。H(z)是z -1的(N -1)次多项式，它在z平面上有(N -1)个零点，原点z = 0是(N -1)阶 重极点。因此，H(z)永远是稳定的。稳定和线性相位特性是FIR滤波器突出的优点。FIR滤波器的设计任

44、务是选择有限长度的h(n)，使传输函数H(e加)满足技术要求。主要设计方法有窗函数法、频率采样法和切比雪夫等波纹逼近法。本实验主要介绍用窗函数 法设计FIR数字滤波器。利用LabVIEW设计FIR滤波器系数LabVIEW软件提供了根据滤波器指标要求生成滤波器系数h(n)的节点FIR加窗滤波器系数，它在函数选板中所在的位置如图1所示:图1该函数的输入输出端口定义如图2所示：F工驹窗带波器系教FIR Tindoved Coeffi ci ents. viI窗参数高截止频率:h滤波器类型旧FI助口窗滤波器系数采样频鲨错误窗一选项一低截止频率:1滤波器类型为低通、高通、带通、带阻四种类型选项，采样频率为对模拟信号数字化的 采样频率，抽头为所设计的滤波器阶数，即FIR滤波器的系数个数，窗为可选择的加窗类型， 可以选择类型为矩形窗、海宁窗、汉明窗、Blackman-Harris、Exact Blackman、Blackman窗 等。选项指定是否缩放滤波器系数。低截止频率和高截止频率分别指定所需的滤波器截止频 率。FIR加窗滤波器系数则根据输入参数的要求产生所学的滤波器系数h(n)。滤波器频响特性曲线频率器频响特性曲线包括幅度响应和相位响应，它是根据滤波器系数h(n)来生成H(ej