labview专题实验报告.doc

实验一 虚拟信号发生器的设计 一、实验目的 熟悉LabVIEW的基本模块，掌握LabVIEW的基本使用方法。 二、实验要求 通过独立编程，能够初步了解和掌握LabVIEW的各种模块和基本操作，并设计一个简单的虚拟信号发生器。 三、实验内容 设计一个虚拟信号发生器，能够产生正弦波、三角波、锯齿波、直流、随机白噪声等信号〔波型选择用按键或旋钮〕，且可以调整波形参数。通过示波器可以观察虚拟信号发生器的输出信号。可以通过前面板选择信号波形，调节信号的频率、幅值和相位〔频率、幅值、相位用数字窗口显示〕，并通过虚拟示波器观察生成的波形。 四、实验过程 根据要求，由于需要选择产生产生正弦波、三角波、锯齿波、直流、随机白噪声等信号，所以使用了选择结构，在面板上使用一个菜单下拉列表来选择信号发生器发生一个需要的信号，同时也可使白噪声叠加在每个波形之上，它的幅值也可以在前面板中设置一个水平填充滑动杆来控制。每一个case就可以产生一个信号，而用来产生信号的则是一个可以现成调用的仿真信号模块，可以用三个数值输入控件来分别控制每个信号的频率、幅值以及相位。While结构为程序添加一个结束按钮。 前面板如下： 程序框图如下：  文件下拉菜单编辑如下： 产生正弦、方波、锯齿波、三角波信号部分框图连线如下： 产生直流信号部分框图连线如下： 扩展要求：及频率、相位的测量 一、实验内容： 正弦信号的发生及频率、相位的测量（可2人合作完成） 设计一个双路正弦波发生器，其相位差可调。 设计一个频率计 设计一个相位计 频率和相位的测量至少有两种方法 ? FFT及其他信号处理方法 ? 直接方法 二、实验过程 1、正弦波发生器，相位差可调 双路正弦波发生器设计方法同实验一。 相位差的设计方法：可以令正弦2的相位为0，正弦1的相位可调，这样调节正弦1的相位，即为两正弦波的相位差。 2、设计频率计、相位计 方法一：直接读取 从调节旋钮处直接读取数值，再显示出来。 方法二：单频测量 使用单频测量模块进行频率、相位的测量。 方法三：利用FFT进行频率和相位的测量 在频率谱和相位谱上可以直接读取正弦信号的主频和相位。 3、前面板如下： 4、程序框图如下：  实验二 频谱分析仪的设计 一、实验内容 设计一个虚拟频谱分析仪，对虚拟信号发生器生成的信号（题目1的VI输出）进行频谱分析〔数字滤波〕，并绘出所分析信号的幅频特性，指出主要频率分量的频率和幅值。依次改变信号的频率、采样频率以及采样点数，观察频谱特性的变化，分析频率分量产生泄露的原因。 二、实验过程 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。通常只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。 FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。 信号的频谱分析是指以频率f(ω=2πf)为横坐标变化量来描述信号的幅值、想相位的变化规律。本实验采用基2FFT算法进行频谱分析，故要求采样点数满足N=2^n，并采用频率ω_s满足采样定理，即ω_s2ω_m（ω_m为信号的最高频率分量）。对无限长连续信号x(t)截断后变成有限长的离散时间序列x(n)(n=1,2,…，N-1)，截取长度t_p=NT(T为采样间隔)。频谱由原来的连续谱变成离散谱，就有可能出现栅栏效应、泄露现象。基波频率f_1=1?t_p =1/NT，基波角频率即谱线间隔为ω_1=1*2π/NT,次谐波角频率ω_k=k*2π/NT，是基波角频率的k倍，故谱线只出现在k*2π/NT（k=0,1,2，…）离散的频率点上。在频段0~ω_s（采样频率）可获得N条谱线，其中前N/2条是主分量谱线，后N/2条是高频分量谱线。即在N条谱线中只有前N/2是有效的。例如，当被测周期信号的频率为100Hz、频谱的谱线间隔f_1=1?NT=50Hz时，则既无栅栏效应也无泄露效应；若谱线间隔f_1=65Hz，则将发生栅栏效应和泄露效应。 前面板如下： 程序框图如下： 分析： 由幅频特性可以看出，由于相位成周期性变化，因此每个一定的范围，会出现一个峰值，即为主频的相位。 频谱泄露 改变采样点数观察幅频特性的变化 可以看出当采样点数过小时，频谱发生了泄露。 分析频谱泄露的原因： 计算机只能处理有限长度的信号，原信号x(t)要以T(采样时间或采样长度)截断，即有限化。有限化也称为加“矩形窗”或“不加窗”。矩形窗将信号突然截断，这在频域造成很宽的附加频率成分，这些附加频率成