基于LABVIEW周期信号频谱分析.pdfVIP

沈阳理工大学课程设计专用纸

1引言

傅立叶变换是数字信号处理领域一种很重要的算法。要知道傅立叶变换算法

的意义，首先要了解傅立叶原理的意义。傅立叶原理表明：任何连续测量的时序

或信号，都可以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。而根据该原理创立的

傅立叶变换算法利用直接测量到的原始信号，以累加方式来计算该信号中不同正

弦波信号的频率、振幅和相位。和傅立叶变换算法对应的是反傅立叶变换算法。

该反变换从本质上说也是一种累加处理，这样就可以将单独改变的正弦波信号转

换成一个信号。因此，可以说，傅立叶变换将原来难以处理的时域信号转换成了

易于分析的频域信号（信号的频谱），可以利用一些工具对这些频域信号进行处

理、加工。最后还可以利用傅立叶反变换将这些频域信号转换成时域信号。

本课程设计利用Labview软件对信号进行频谱分析。本课程设计主要是通过

对周期信号的研究和分析，掌握信号的频谱分析方法，理解信号有时域转换到频

域的原理及方法，尤其对于周期信号可进行傅里叶变换，理解傅里叶变换的求解

方法。本课程设计通过对周期性信号及任意信号的频谱分析，加深对快速傅里叶

变换（FFT）的理解。

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2虚拟仪器开发软件LabVIEW8.2入门

2.1LabVIEW简介

2.1.1LabVIEW概念

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于

C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算

机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言

G编写程序，产生的程序是框图的形式。

与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任

务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分

析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置

断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于

程序的调试。

虚拟仪器（virtualinstrumention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的

密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种

是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的

日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含

嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操

作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。

2.1.2虚拟仪器的主要特点

尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。

可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的

仪器。

用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。

虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究

中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，

使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。

虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、

航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，

甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机

上推出了LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的

研究开发使得该公司成为业界公认的权威。

普通的PC有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性

能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI标准，

这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用

了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计

算机屏幕上出现。这些卡插入标准的VXI机箱，再与计算机相连，就组成了一个

测试系统。VXI仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的PXI标准仪器。

虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的