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基于labview的虚拟信号分析仪的设计 
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基于labview的虚拟信号分析仪的设计

摘  要
 虚拟仪器技术的发展是21世纪的自动测试与电子测量仪器技术领域的一个重要发展方向。该技术是用常见的计算机作为基础,并在此平台基础上进行仪器的的定义、设计以及测试功能。使得用户在操作这种计算机的时候就像是在操作一台由自己专门设计使用的一种特殊的电子仪器设备。进行操作的人员可以通过非常直观的图形化用户界面和易于理解的图形化编程语言来控制系统的开始、运行和结束,从而实现数据的采集、信号分析、被测信号和频谱图的显示、波形图显示、故障诊断、数据存储、和控制输出等功能。在虚拟仪器系统中,硬件主要用来实现信号的输入和输出功能,而软件可以很容易地进行修改,从而可以改变仪器系统需要实现的功能,以适应不同用户的实际需要。一般采用数据采集卡来完成信号的输入。商业数据采集卡的通用性一般比较强,但是他的价格较为昂贵,在实际的使用场合中,他所具有的某些功能可能并不实用。普通的声卡,一般具有16位量化精度,具有44 kHz的数据采集频率,可以完全满足一些特殊的应用场合上对于数据收集的需求,它所具有的一些个别的性能指标甚至优于商业的数据采集卡,但是普通声卡的价格,却只是商业数据采集卡的价格是一小部分。
本论文采用普通声卡作为采集卡,并采用美国NI公司的虚拟仪器软件LabVIEW作为本设计的开发平台,从而实现虚拟频谱分析仪的功能。利用本设计可以准确的采集到声卡设计频率范围之内的信号,实现基本的示波器测量功能和频谱分析功能,可以用来测量频率范围内的音频信号。
关键词:  LabVIEW,声卡,虚拟仪器,虚拟频谱分析仪

 

 

The design of Virtual Spectrum Analyzer Based on Labview
Abstract
Appearance and the development of the virtual instrument technology marks the automatic test of the 21st century and an important development direction in the field of electronic measurement instrument technology. The technology is to define the general computer platform and the design of the instrument testing capabilities, users in the use of computers in the operation of traditional design special electronic equipment. Operators through friendly graphical user interface and graphical programming language to control the operation of the tool, the beginning and end, complete data collection, signal analysis of measured signal and spectrum graph display, waveform figure display, fault diagnosis, data storage, and control the output, and other functions. In the virtual instrument system, to solve the signal input and output hardware, the software can be easily modified, change the function of the instrument system, so as to adapt to the needs of different users. Signal input part of the universal data acquisition card. Commercial data acquisition card is greater versatility, but the price is expensive, in specific applications, some features may not be practical. Ordinary sound card, has 16 quantitative accuracy, 44 kHz frequency of data collection, can fully meet the needs of specific applications within the scope of data collection, the individual performance index is superior to the commercial data acquisition card, and commercial data acquisition card is a small fraction of the price of a 10 a few minutes.
Paper using ordinary sound acquisition card, the use of virtual instrument software development platform of virtual instrument in NI company, realization of virtual oscilloscope. System can collect the correct sound card design frequency range of the signal, realizes the basic oscilloscope measurement function and spectrum analysis function, can be used to measure the scope of the audio signal.
Key words:   Virtual instrument; Sound card; LabVIEW; Virtual oscilloscope
                          目 录
第1章 绪 论 1
1.1 课题意义与背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国外虚拟仪器研究现状 2
1.2.2 国内虚拟仪器研究现状 3
       1.2.3 本文主要研究的内容.................................................................................... 3
第2章 虚拟仪器技术概述 4
2.1 虚拟仪器简介 4
2.2 虚拟仪器特点 4

2.3 虚拟仪器控制系统的组成 6
2.4 虚拟仪器的软件结构 7
2.5 图形化虚拟仪器开发平台——LabVIEW 7
    2.5.1 基于LabVIEW平台的虚拟仪器程序设计 10
第3章 系统的信号采集 11
3.1 声卡的背景 11
3.2 声卡信号的采集流程 12
3.3 声卡信号采集的实现 13
第4章 软件设计及实现 13
4.1 LABVIEW软件介绍 13
4.2 虚拟信号分析仪总体设计 14
4.2.1 虚拟信号分析仪的工作原理 14
4.2.2 虚拟信号分析仪的工作流程 14
4.3 虚拟信号分析仪软件模块设计 15
4.3.1 配置声音输入 15
4.3.2 读取声音输入 17
4.3.3 索引波形数组 18
4.3.4 频谱分析 18
4.3.5 波形回放 19
4.3.6 帮助功能及状态显示 19
4.3.7 数据回放功能 20
4.3.8 文件存储路径选择 20
4.3.9 原始信号波形显示 20
4.3.10 程序初始化及参数设置 21
第5章 系统的调试 22
5.1 虚拟信号分析仪的性能 22
2.5.1 虚拟信号分析仪的操作界面 22
2.5.1 虚拟信号分析仪总程序框图 23
5.2 虚拟信号分析仪波形显示 25
第6章 总 结 27
参考文献 29
致  谢 31


参考文献
    [1] 刘君华等.虚拟仪器图形化编程语言LABVIEW教程[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.4~8.
    [2] 范福玲,韩建勋.基于LABVIEW的虚拟信号发生器的设计[J].中原工学院学报,2006,17(4):26~28.
    [3] 马海瑞,周爱军.基于声卡的LABVIEW数据采集与分析系统设计.微计算机信息.2005,21卷,09s期
    [4] 百度文库, 基于LabVIEW的声卡信号采集分析系统设计[EB/OL]. http://wenku.baidu.com/view/2847868ca0116c175f0e489b.html
    [5] 候国屏,王坤,叶齐鑫编著.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计.北京:清华大学出版社,2005
    [6] 刘君华主编.基于LABVIEW的虚拟仪器设计.北京:电子工业出版社.2003
    [7] 王剑.基于LabVIEW的数据采集及分析系统的开发.哈尔滨理工大学硕士论文.2004.3
    [8] 种兰祥,张首军,阎丽.基于计算机声卡的多通道数据采集系统.西北大学学报(自然科学版) .2002,32(6):629—632
    [9] Robert H.Bishop著.LabVIEW6i实用教程.北京:电子工业出版社,2003
    [10] LABVIEW Function Manual. USA:National Instruments Corporation.1998
    [11] Gary W Gohson. LABVIEW Graphic Programming .USA.MC Graw-Hill, 1998
    [12] 陈敏,汤晓安等.虚拟仪器软件LABVEIW与数据采集.小型微型计算机系统,2001
    [13] 李莹. 基于LabVIEW的多路信号发生器软件开发.华北电力大学硕士学位论文. 2006.5
    [14] 李玮. 示波器的使用与检测技巧.化学工业出版社.2008.10
    [15] 戴鹏飞,王胜开, 王格芳邓编著. 测试工程与LabVIEW应用. 北京电子工业出版社,2006.05
[16] National Instruments. Using LabVIEW to Create Multithreaded VIs [M]. Texas: National Instruments,2000:12.
[17] H.Q. Liao,Z.R. Qiu,G.H.Feng.The Design of LDF Data Acquisition System Based on LabVIEW[J].Procedia Environmental Sciences,2012,8:47.
[18] Gilbert-Rainer Gillich,Doina Frunzaverde,Nicoleta Gillich,Daniel Amariei.The use of virtual instruments in engineering education[J].Procedia - Social and Behavioral Sciences,2010,2:54-56.
[19] Liu Daming,Luo Jiarong , Zhao Yanping,Qin Chengming.Development of Data Acquisition Card Driver for ICRH System on EAST[J].Plasma Science and Technology,2008,2:45.
[20] Ernest O.Doebelin.Measurement Systems Application and Design.China machine press[J].Procedia - Social and Behavioral Sciences,2010,3:32-33.

 


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