基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀的設(shè)計(jì)

 摘要：文中設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的頻譜分析儀，采用頻譜分析原理。經(jīng)過采樣，使連續(xù)時(shí)間信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間信號(hào)，然后利用LabVIEW的強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理的功能，采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、加窗、FFT運(yùn)算處理，得到信號(hào)的幅度譜、相位譜以及功率譜。并具有數(shù)字顯示、圖形繪制，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等功能，實(shí)現(xiàn)了幅度譜和相位譜的分析。

LabVIEW是目前流行的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境，圖形化編程語言都已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，基于LabVIEW的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為虛擬實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分，其構(gòu)建具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，虛擬儀器已是控制行業(yè)及電子測量行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，被學(xué)術(shù)界、工業(yè)界廣泛地接受并認(rèn)可，性能高，擴(kuò)展性強(qiáng)，開發(fā)時(shí)間少。應(yīng)用的領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大。虛擬儀器是將設(shè)計(jì)的測試應(yīng)用軟件在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行測試的儀器，是儀器軟件系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合。文中基于LabVIEW設(shè)計(jì)了虛擬頻譜分析儀，并用軟件代替硬件，基于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的分析處理能力，將一些先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理方法運(yùn)用于軟件設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了虛擬儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)頻譜分析儀，并得到很好的結(jié)果。

1 虛擬頻譜儀的設(shè)計(jì)過程及運(yùn)行原理

本設(shè)計(jì)采用的是數(shù)字處理式頻譜分析原理，方法為：經(jīng)過采樣，使連續(xù)時(shí)間信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間信號(hào)，然后利用LabVIEW的強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理的功能，對(duì)采樣得到的數(shù)據(jù)

進(jìn)行濾波、加窗、FFT運(yùn)算處理，就可得到信號(hào)的幅度譜、相位譜以。虛擬頻譜儀設(shè)計(jì)流程如下：

1.1 前面板

在前面板窗口中，添加輸入控件和顯示控件。從控件選板中選擇所需的輸入和顯示控件，按住鼠標(biāo)不放，拖住至合適位置后再松開鼠標(biāo)，即可將所需控件置于前面板窗口工作區(qū)。在已添加在前面板窗口工作區(qū)的控件上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇項(xiàng)目可以對(duì)該控件的參數(shù)進(jìn)行配置。

該模塊可以產(chǎn)生3種不同類型，不同參數(shù)的常用信號(hào)。信號(hào)參數(shù)可在前面板之際選擇。其前面板如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)框圖

在前面板窗口下快捷鍵Ctrl+E，將前面板的設(shè)計(jì)界面切換到程序框圖窗口，在該界面中將會(huì)自動(dòng)顯示函數(shù)選擇面板，從該面板中可以選擇或添加所需要的函數(shù)對(duì)象、變成對(duì)象等各種有關(guān)的函數(shù)對(duì)象。程序框圖最外層是一個(gè)while循環(huán)，保證輸出波形的連續(xù)性。

程序的系統(tǒng)框圖主要由信號(hào)產(chǎn)生模塊和信號(hào)處理模塊組成。其程序框圖如圖2所示。

2 程序運(yùn)行結(jié)果

程序有多種運(yùn)行結(jié)果，有正弦波，三角波，方波，鋸齒波等不同的波形，其中波形的輸入頻率、幅值，相位，方波占空比均可改變。

2.1 單個(gè)信號(hào)的頻譜分析

正弦波信號(hào)，頻率10 000 Hz幅值為1。頻譜分析如圖3所示。

2.2 多個(gè)信號(hào)的頻譜分析

正弦波，頻率為10 000 Hz，幅值為1;三角波信號(hào)，頻率為6 000 Hz，幅值為1;正弦波信號(hào)，頻率為5 000 Hz，幅值為1;疊加后的頻譜分析如圖4所示。

從運(yùn)行結(jié)果可以看出，本文設(shè)計(jì)的頻譜分析儀能夠準(zhǔn)確的分心頻譜，具備疊加頻譜的分析功能。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀，完成了頻譜分析的功能，能夠分析正弦波，三角波，方波，鋸齒波等波形，另外基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀的設(shè)計(jì)應(yīng)該進(jìn)一步改善，增加其通用性，使其更加方便，直觀，快捷。