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摘要：基于NI公司的LavVIEW圖形化實驗室虛擬儀器工程平臺,給出了一種運用于高校教學的虛擬信號頻譜分析儀的設計方法,同時介紹了該虛擬信號頻譜分析儀的硬件構(gòu)成和軟件設計思想及程序流程,并分析了設計和實現(xiàn)過程中需要注意的問題。
隨著計算機技術的迅速發(fā)展，利用軟件進行信號處理技術的應用日益廣泛，已開發(fā)的用于虛擬儀器的數(shù)字信號處理和圖像處理軟件的功能也日益強大。數(shù)字信號處理是指采用數(shù)字系統(tǒng)方法對離散的數(shù)字序列描述信號進行處理的一種方法，與傳統(tǒng)的模擬信號處理方法相比，它具有高度的穩(wěn)定性、靈活性、精確性，能實現(xiàn)高精度和大動態(tài)范圍的信號分析，因此具有顯著的優(yōu)越性。而數(shù)字信號處理方法的運用又是虛擬儀器平臺測控系統(tǒng)的重要組成部分。由于NI公司的LabVIEW包含有信號分析和處理函數(shù)庫部分。因此，利用LabVIEW提供的信號分析函數(shù)庫，配合已開發(fā)的數(shù)字示波器即可實現(xiàn)虛擬信號頻譜分析儀的信號處理功能，其信號的分析側(cè)重于對信號頻譜的分析以及濾波處理。
1 系統(tǒng)整體設計方案
本設計的虛擬頻譜分析儀即可以對虛擬信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號進行頻譜分析。也可以對通過信號調(diào)理器，基于PCI總線的DAQ卡組成的采集系統(tǒng)所采集到的外部信號進行頻譜分析。其中，在對外部信號進行頻譜分析時，外界被測信號首先傳送到信號調(diào)理電路，且由信號調(diào)理電路對它進行放大、濾波、隔離等處理后，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進行A／D轉(zhuǎn)換，以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由軟件對被測試信號進行頻譜分析和處理，最后得到測試結(jié)果，并按要求將它們顯示或儲存起來。
本文所設計的虛擬頻譜分析儀的前面板圖如圖1所示。這一種虛擬頻譜分析儀能夠提供一個高精度的頻譜分析功能，并且可以同時觀察輸入信號的頻域顯示。但該虛擬頻譜分析儀受數(shù)據(jù)采集卡采樣速率的限制，其頻率范圍僅為0～50kHz，用戶可以通過改變采樣速率和數(shù)據(jù)長度來選擇頻率分辨率。在虛擬頻譜分析儀的設計中可以通過程序直接讀出基波頻率和峰值大小，并將它們顯示在面板上，用戶參考這個值可以手動調(diào)整采樣速率的大小和顯示圖形中X、Y軸的坐標來觀察所需要的頻譜圖，因此操作更加直觀、簡便。信號頻譜分析儀的主要數(shù)據(jù)處理工作就是對待分析信號進行傅立葉變換，然后分析其頻譜特性，并顯示計算結(jié)果。
2虛擬頻譜分析儀的軟件設計
虛擬頻譜分析儀的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
