虚拟信号发生器的设计.doc

学士学位论文摘 要随着信息技术和计算机技术的高速发展，数字信号处理作为一门新兴的学科，其重要性日益在各个领域的应用中体现出来本课题是采用虚拟仪器的设计方法对离散信号与系统进行分析与处理，利用LabVIEW这一功能强大的虚拟仪器开发工具，设计相关的虚拟仪器，实现相关的功能虚拟仪器将传统仪器由硬件实现的数据分析处理与显示功能，改由功能强大的计算机来完成以这种方式构成的虚拟仪器实质上是计算机仪器系统，是今后仪器发展的主流方向从某种意义上说，“软件就是仪器”本设计内容包括6项，分别为：1、 虚拟信号发生器的设计，产生各种常见的离散信号阐述离散信号发生器的设计原理设计实现2、 阐述快速傅立叶变换(FFT)的基本原理及实现方法，着重讨论FFT的算法3、 离散卷积的实现，讲述了卷积和的计算方法以及离散卷积的实现方法4、 虚拟数字滤波器的设计，阐述它的分类、原理以及实现5、 离散信号与系统的时域分析与设计，包括基本原理，设计框图及结果分析6、 离散信号与系统的Z域分析与设计，包括基本原理，设计框图及结果分析本文主要阐述这六部分的基本原理及虚拟仪器开发的相关程序关键词：离散信号；虚拟仪器；LABVIEWABSTRACTWith the rapid development of information technology and the computer technology, the digital signal processing takes an emerging discipline, its importance displays day by day in each domain application. The topic is to analyze and process to the discrete signal and system with the design method of virtual instrument, adopting the LabVIEW which is a virtual instrument development kit to design the related virtual instrument and to realize the related function. Virtual instrument changes the function of data analysis that the traditional instrument is realized by the tradition hardware to be finished by the computer software with strong function. In fact, the virtual instrument formed by this way is the instrument system of the computer. It is the direction of mainstream in which the instrument will be developed in the future. In a sense, “The software is an instrument”.This design includes the following 6 parts:1、 The design of Virtual Signal Generator, it produces various kinds of signals. Expounded discrete signal generator design principle and achieve. 2、 Expounding the basic principles and method of Fast Fourier Transform (FFT) ,focused on the FFT algorithm. 3、 The realization of discrete convolution, introducing convolution and the calculation method and the discrete convolution method. 4、 The Design of Virtual Digital Filter, describing the classification, and the realization of the principle. 5、 Discrete signal and the time-domain analysis and design, including the basic principles of design and analysis diagram. 6、 Discrete signal and the Z-domain analysis and design, including the basic principles of design and analysis diagram. This thesis mainly explains the basic principles of these six parts and the procedure of the virtual instrument design.Keyword: Discrete signal；Virtual instrument；LabVIEW 目 录1 绪论 11.1 课题的依据和意义 11.2 图形化编程语言 LabVIEW 11.2.1 什么是LabVIEW 21.2.2 LabVIEW软件的特点与优点 21.2.3 LabVIEW的调试与运行 21.3 虚拟仪器概述 31.3.1 什么是虚拟仪器 31.3.2 虚拟仪器的优点 41.3.3 虚拟仪器的设计方法 52 信号发生器的设计 62.1 引言 62.2 离散信号发生器的设计原理及设计实现 62.2.1 常用离散信号发生器的设计原理及设计实现 62.2.2 基于LabVIEW的常用信号发生器的虚拟仪器仿真实现 113 快速傅立叶变换 133.1 引言 133.2 快速傅立叶变换的基本原理及实现方法 133.2.1 直接计算DFT的特点及减少运算量的基本途径 143.2.2 时域抽取法基2 FFT基本原理 143.2.3 DIT-FFT算法与直接计算DFT运算量的比较 173.3 DIT-FFT的算法及编程实现 184 离散卷积 254.1 引言 254.2 离散卷积的设计原理 254.3 离散卷积积分的设计实现 264.4 离散卷积的应用举例 275 虚拟数字滤波器的设计 285.1 引言 285.2.1 F1R滤波器的设计原理 285.2.2 综合的FIR数字滤波器的前面板和相应的框图 325.3 无限冲激响应（IIR）数字滤波器 345.3.1 功能描述及设计原理 345.3.2 设计步骤 355.3.3 IIR数字滤波器的前面板和后面板的设计 396 离散时间系统的时域分析 416.1 引言 416.2 基本原理 416.3 设计实现 426.3.1 设计内容 426.3.2 设计框图及结果分析 447 离散时间系统的Z域分析 487.1 引言 487.2 利用系统函数H(Z)求解离散时间系统的零状态响应 487.3 离散时间系统的稳定性分析 50结 论 53致 谢 54参考文献 55附录A 英文原文 56附录B 汉语翻译 64I1 绪论1.1 课题的依据和意义 随着信息技术和计算机技术的高速发展，数字信号处理作为一门新兴的学科，其重要性日益在各个领域的应用中体现出来。

本课题是采用虚拟仪器的设计方法对离散信号与系统进行分析与处理，利用LabVIEW这一功能强大的虚拟仪器开发工具，设计相关的虚拟仪器，实现相关的功能在虚拟仪器软件平台LabVIEW上构建的虚拟滤波器实验系统充分发挥了虚拟仪器优势其设计思想有广泛的应用范围虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，给用户一个充分发挥自己才能、想象力的空间用户可以根据自己的要求，设计自己的仪器系统，满足多样的应用需求虚拟仪器是全新概念的最新一代测量仪器自1987年诞生以来，这一技术与前几代测试仪器相比，以前所未有的速度迅猛发展虚拟仪器的功能与计算机技术同步发展这是因为计算机是虚拟仪器的核心设备，该仪器的功能是通过软件仿真实现的它将传统仪器由硬件电路实现的数据分析处理与显示功能，改由功能强大的计算机来执行当计算机与适当的I/O接口设备配置完毕，虚拟仪器的硬件平台就被确定，此后软件就称为仪器的关键，也就是“软件就是仪器”之说的来由这意味着只要按照测量原理，采用适当的信号分析技术与处理技术，编制某种测量功能的软件就可构成该种功能的测试仪器虚拟仪器发展的特点是它的队伍宏大，规模壮阔如果建立了虚拟仪器平台，那么只要按照测量原理，借助信号分析与处理技术编制软件程序，就能自己设计建造自己的测试仪器。

信号分析与处理技术是实现测量功能软件编程的基石基于数字滤波、快速傅立叶变换等常用信号分析与处理技术，以建造了数字滤波器等各种虚拟仪器这些仪器是传统观念上的“高级贵族式”仪器因为它们采用硬件来实现，且电路复杂、昂贵，以往是很难实现的今天“软件就是仪器”的虚拟仪器时代，使那些“贵族仪器”走出“贵族经院”，得到普及1.2 图形化编程语言 LabVIEW 本文所选用的软件 LabVIEW 是美国 NI 仪器公司的创新软件产品， LabVIEW是应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境它具有开发周期短、运行速度快、可重用性、使用方便灵活等优点1.2.1 什么是LabVIEWLabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是美国NI(National Instrument Company)推出的一种基于G语言（Graphics Language，图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具用LabVIEW设计的虚拟仪器可脱离LabVIEW开发环境，最终用户看见的是和实际的硬件仪器相似的操作面板 1.2.2 LabVIEW软件的特点与优点LabVIEW软件工具的特点可归纳为：（1） 图形化的编程方式，无需写任何文本格式的代码，是真正的工程师语言。

2） 提供了丰富的数据采集、分析及存储的库函数3） 既提供了传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供有独到的高亮执行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷4） 32bit的编译器编译生成32bit的编译程序，保证数据采集、测试和测量方案的高速执行5） 囊括了DAQ、GPIB、PXI、VXI在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪器6） 提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如DLLs（动态连接库）、DDE（共享库）、ActiveX 等1.2.3 LabVIE。