基于Labview的信号时域与频域关系研究毕业论文.docx

基于Labv i ew的信号时域与频域关系研究The study of the relations between signals in time domain andfrequency domain based Labview摘 要信号都具有两种不同的描述方式，一是可以在时间域用信号的波形来表示，二是在 频率域用信号的频谱图来表示信号的时域和频域之间存在着密不可分的关系，通常用 数学公式及其平面图形来表示但是，公式抽象且难以理解，而教科书上分散的平面图 形也很难让人们对信号的时域与频域建立起一个形象直观的印象利用Labview建立更加简洁方便的虚拟示波仪，频谱分析仪等,产生原始信号并组成 了对信号的分析处理系统首先是对原始信号进行时域波形显示，频域频谱显示最后 再对滤波后的信号进行相关分析，除掉干扰信号，研究谐波叠加虚拟仪器是一种高效用于构建数据采集与监测系统图形化编程语言通过观察生动 形象的二维图形变化，色彩鲜艳，层次分明动态地演示信号时域和频域特性曲线之间 的关系，使得原先抽象的数学公式与形象的物理图形联系起来关键词：Labview ；虚拟仪器；程序框图；谐波；ABSTRACTSignals are described in two different ways; one is in the time domain waveform of a signal, the other one is in the frequency domain using a spectral graph. Signals in time domain and frequency domain closely related to each other, usually using mathematical formulas and shapes to represent it. However, the formula is always abstract and difficult to understand, and textbooks scattered plane figure is difficult for people to build an image of the visual impression on the signals in time domain and frequency domain.Using Labview to establish a more simple and convenient virtual oscilloscope, spectrum analyzer, it generates the original form of the signal analysis and processing system. The first step is to show original signal waveform in the time domain, and then the frequency domain. Finally, analysising the filtered signal correlation, removing the interference signal of the harmonic synthesis.Virtual instruments are used to build an efficient data acquisition and monitoring system graphical programming language. By observing changes in vivid two-dimensional colorful, structured graphics, demonstrating dynamic signal in time domain and frequency domain. Characteristics of the relationship between the curves are used to link the original abstract mathematical formulas and graphic image of the physical.Key words： Labview ； Virtual Instrument； Block diagram； Harmonics；第1章绪论 11.1课题研究背景以及对虚拟仪器的介绍 11.1.1虚拟仪器对于实验教学的促进作用 11. 2 Labview 的介绍 21. 2. 1 Labview 应用程序的构成 31. 2. 2 Lab view 中的操作模板 3第2章 多功能双路信号发生器 52. 1多功能双路信号发生器的设计思路 52.2多功能双路信号发生器的前面板设计 52.3多功能双路信号发生器的程序框图设计 6第3章 信号处理器一一虚拟示波器和频谱仪 103. 1虚拟示波器和频谱仪的设计思路 103. 2虚拟示波器和频谱仪的前面板设计 103. 2. 1傅里叶变换和FFT变换 103. 2. 2虚拟示波器和频谱仪的程序框图设计 113. 3周期信号幅度谱特性的分析研究 123. 3. 1周期信号的离散性 123. 3. 2周期信号的谐波性 133. 3. 3周期信号的收敛性 133. 3. 4周期信号的有效频谱宽度 133. 3. 4离散频谱与连续频谱的关系 14第4章 周期矩形信号的谐波分解与叠加 174. 1周期性矩形脉冲信号的分解与叠加的基本原理 174. 1. 1周期信号的傅里叶级数分析 174. 1. 2周期性矩形脉冲信号的傅里叶级数 174. 2周期性矩形脉冲信号的谐波分解编程及实现 194. 2. 1原始矩形脉冲信号发生的编程 194. 2. 2各次谐波发生的编程与实现 194. 3周期性矩形脉冲信号的谐波叠加编程及实现 224. 3. 1各次谐波的叠加编程 224. 3. 2各次谐波的叠加实现 23第5章信号滤波器 275. 1滤波器的作用及Labview实现 275. 2有限冲击响应(FIR)和无限冲击响应(I IR)滤波器的联系与区别 275. 2. 1 Labview 中数字滤波器分类 285. 3 在 Labv iew 中设计滤波器 285. 3调试过程及结果 315. 3. 1低通滤波功能 315. 3. 2高通滤波功能 33致 谢 35参考文献 36第1章绪论1.1课题研究背景以及对虚拟仪器的介绍在信号与系统课程中，连续时间信号与系统的频域分析这部分内容是本课程的重 点学习内容，涉及傅里叶级数、傅里叶变换、系统的频域分析和抽样定理等。

从这一章 节起，学生开始学习信号与系统的变换域分析方法，为后续复频域分析、离散时间信号 与系统的频域分析和复频域分析等内容的学习打好基础在学习这部分内容时，学生往 往容易陷入到繁琐的数学推导和计算中，而忽视了对概念、公式和结论所含物理意义的 理解信号频谱是本设计中最重要的概念之一，也是教学的难点但是，利用虚拟仪器来进行教学就使一切简单很多随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展虚拟仪器是90年代 提出的新概念虚拟仪器技术的提出与发展，标志着二十一世纪自动测试与电子测量仪 器领域技术发展的一个重要方向所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设 计仪器的测试功能，使用者操作这台计算机，就像是在使用一台专门设计的电子仪器 虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来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、分析和处理， 利用1/ 0接口设备完成信号的采集、测量与调试，从而完成各种测试功能的一种计算 机仪器系统1. 1. 1虚拟仪器对于实验教学的促进作用虚拟仪器对于实验教学的促进有着广泛的优势，其主要作用体现在下述几个方面：C1）虚拟仪器实验系统既可以应用于不同层次学科的基础实验室，也可以应用于 各专业实验室，在实验教学中能起很大作用。

2） 用虚拟仪器试验系统的实验教学效率高、针对性强，虚拟仪器的功能和规模 可以根据实验要求由用户定制，我们可根据实验内容的需要，创建简洁、明快的前面板 及功能确切的流程图同一类仪器也可针对不同的实验要求，可以生成功能各异的前面 板在进行实验时，学生可以很快地熟悉虚拟仪器操作，用更多的精力和时间去进行数 据测试和结果分析这对于提高实验效率大有益处3） 用虚拟仪器做实验，理论实验结合密切，形象直观容易理解实践证明，只要 一台计算机就可以借助Labview编程平台创建一个综合的虚拟仪器测试分析系统，从而 完成整个实验室才能完成的教学实验如果在仪器面板加注必要的文字说明和关于实验 内容的简要叙述，那么在实验过程中，学生即可随时查阅，便于理论与实验有机结合， 提高学习效率和效果4）用虚拟仪器技术使教师备课更有针对性，可以提高学生实验时的自觉性与主 动性，提高实验室的综合利用率软件生成仪器之后，基本无需维修虚拟仪器技术实验 室仅需一个综合性的实验室，配备以不同的硬件课件，即可以完成大部分实验，也可以 完成数据采集、故障诊断、控制调节和电气设备等专业实验这对实验室高效综合利用 是十分有益的传统仪器具有“技术更新周期长”、“仪器功能无法自定义”、“与其它设备连接 困难”、“开发维护费用高”等问题，所以在对信号处理要求越来越高的今天，用户希 望能在虚拟仪器平台上来建立一信号分析系统以解决上述问题。

另通过调查显示在高校 中存在“传统仪器提供的实验信息量少，由于人工读数而导致实验结果误差率高”、“传 统仪器无法进行远程实验，实现设备资源共享”、“实验设备更新困难，大部分设备落 后于课程建设的需要”、“实验的内容侧重于理论的验证和模仿训练，学生的实验内容 统一，缺乏对学生创新意识的培养和综合能力的提高”等问题在很大程度上制约了实 验教学的发展和人才培养质量的提高要求教育工作者，开发能够满足现代实验教学要 求、物美价廉的实验教学仪器，以提高实验教学水平，培养高素质、高技能的创新型人 才目前在国内高校，虚拟仪器正逐步走进理工科课堂和实验室，越来越多的学校通过 购置美国NI公司的虚拟仪器产品组建高中档次的虚拟实验室，但成本相对比较昂贵 在这种背景下提出了本课题在学校特别是大学中，要想紧跟技术的发展就要不断更新教学和实验设备，而传统 仪器无法升级，更换设备代价又太昂贵基于Labview的信号分析系统正是解决这一矛 盾的最佳方案，它最大的优势在于它的智能化和软件平台对用户的开放性，“我的仪器 我设计”是虚拟仪器为我们带来的以人为本的体现1.2 Labv i ew 的介绍利用Labview,可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的3 2位编译器。

像 许多重要的软件一样，Labview提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本Labview （Laborstory Virtual Instrument Engineering Workbench）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与C和BASIC —样，Lab view也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞 大函数库Labview的函数库包。