信号产生-测量-处理和传输系统设计.docVIP

PAGE   PAGE - 13 - 摘 要 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。Labview程序又称为虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）。它的表现形式和功能类似于实际的仪器，而它同时又很容易改变设置和功能。因此，Labview特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要改变仪器和设备参数和功能的场合，以及对信号进行分析、研究、传输等场合。 通过本次课程设计进一步对LABVIEW学习和应用，从而更熟悉LABVIEW的原理和相关设计并提高了开发软件，硬件的能力。本设计主要设计基于LABVIEW的函数信号发生器，频谱分析仪，消噪演示仪和串口通信演示仪。从而达到对信号的产生、测量、处理和传输特性的深入理解。 关键字：LABVIEW、函数信号发生器、频谱分析仪、消噪演示仪、串口通信演示仪 目 录 设计要求3 1.1函数发生器要求4 1.2频谱分析仪要求4 1.3消噪演示仪要求4 1.4串口通信演示仪要求4 构成系统的基本原理4 2.1函数发生器原理4 2.2频谱分析仪原理4 2.3消噪演示仪原理5 2.4串口通信演示仪原理6 系统设计6 3.1函数发生器、频谱分析仪、消噪演示仪小系统程序设计6 3.2串口通信演示仪的程序设计9 系统仿真11 4.1函数发生器、频谱分析仪、消噪演示仪小系统波形仿真11 4.2串口界面11 总结12 参考文献13 设计要求 1.1函数发生器要求 ①波形可选择，可输出正弦波、方波、三角波、白噪声； ②频率、幅值和初相位等参数可以调节； ③前面板上显示输出波形。 1.2频谱分析仪要求 ①采样频率、采样点数、信号频率、幅值和初相位可调； ②分析正弦波、方波和白噪声的频谱特性； ③前面板上显示信号的频谱图。 1.3消噪演示仪要求 ①给输入信号叠加白噪声，选择不同的滤波器，改变滤波器的参数，来记录并分析经过不同滤波器后的信号； ②白噪声的幅度和滤波器的参数、滤波器的类型等参数可以设置； ③信号的频率、采样点数和采样频率等参数可以设置； ④在前面板上显示滤波器前后的波形。 1.4串口通信演示仪要求 ①在前面板上设置串口号、数据帧（起始位、数据位、奇偶校验位和停止位、）格式，波特率； ②在前面板上有文本输入框和输出框，用于输入和显示传输的数据。 构成系统的基本原理 2.1函数发生器原理 函数发生器是一种多波形的信号源。它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。有的函数发生器还具有调制的功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和VCO控制。在过去计算机还未有空前发展的时候，我们采用模拟电路和数字电路来实现上述波形的产生和控制。当计算机发展到现在的水平，我们可以借用计算机强大的数字处理能力来达到函数发生器的设计。进而实现各类功能更加强大的信号发生器的设计。 2.2频谱分析仪原理 通常我们对信号的分析处理主要有两种方法，一种是时域分析，另一种就是频域分析。信号的频域分析往往能给我们提供时域分析不能观察到的信号信息。例如一个失真很小的信号，在时域分析里面很难看出来这种失真，但在频域分析里却能如实的将这种失真表达出来。 频谱分析最常用的方法就是离散傅立叶变换（DFT），为了快速计算DFT，通常采用一种快速傅立叶变换(FFT)的方法。当信号的采样点数是2的幂时，就可以采用这种方法。 FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。 2.3消噪演示仪原理 消除噪声的常用方法主要是采用滤波器对有用信号保留。下面我们主要介绍滤波器的基本知识。 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。 ⑴　低通滤波器 　　从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。 ⑵　高通滤波器 与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。 ⑶　带通滤波器 它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2