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摘要：基于NI公司的LavVIEW圖形化實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái),給出了一種運(yùn)用于高校教學(xué)的虛擬信號(hào)頻譜分析儀的設(shè)計(jì)方法,同時(shí)介紹了該虛擬信號(hào)頻譜分析儀的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)思想及程序流程,并分析了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中需要注意的問題。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，利用軟件進(jìn)行信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，已開發(fā)的用于虛擬儀器的數(shù)字信號(hào)處理和圖像處理軟件的功能也日益強(qiáng)大。數(shù)字信號(hào)處理是指采用數(shù)字系統(tǒng)方法對(duì)離散的數(shù)字序列描述信號(hào)進(jìn)行處理的一種方法，與傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理方法相比，它具有高度的穩(wěn)定性、靈活性、精確性，能實(shí)現(xiàn)高精度和大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)分析，因此具有顯著的優(yōu)越性。而數(shù)字信號(hào)處理方法的運(yùn)用又是虛擬儀器平臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分。由于NI公司的LabVIEW包含有信號(hào)分析和處理函數(shù)庫部分。因此，利用LabVIEW提供的信號(hào)分析函數(shù)庫，配合已開發(fā)的數(shù)字示波器即可實(shí)現(xiàn)虛擬信號(hào)頻譜分析儀的信號(hào)處理功能，其信號(hào)的分析側(cè)重于對(duì)信號(hào)頻譜的分析以及濾波處理。
1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)的虛擬頻譜分析儀即可以對(duì)虛擬信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。也可以對(duì)通過信號(hào)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(hào)進(jìn)行頻譜分析。其中，在對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行頻譜分析時(shí)，外界被測(cè)信號(hào)首先傳送到信號(hào)調(diào)理電路，且由信號(hào)調(diào)理電路對(duì)它進(jìn)行放大、濾波、隔離等處理后，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后由軟件對(duì)被測(cè)試信號(hào)進(jìn)行頻譜分析和處理，最后得到測(cè)試結(jié)果，并按要求將它們顯示或儲(chǔ)存起來。
本文所設(shè)計(jì)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(gè)高精度的頻譜分析功能，并且可以同時(shí)觀察輸入信號(hào)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(shè)計(jì)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(gè)值可以手動(dòng)調(diào)整采樣速率的大小和顯示圖形中X、Y軸的坐標(biāo)來觀察所需要的頻譜圖，因此操作更加直觀、簡(jiǎn)便。信號(hào)頻譜分析儀的主要數(shù)據(jù)處理工作就是對(duì)待分析信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，然后分析其頻譜特性，并顯示計(jì)算結(jié)果。
2虛擬頻譜分析儀的軟件設(shè)計(jì)
虛擬頻譜分析儀的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
