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虚拟仪器设计课程设计前言本文是一份虚拟仪器设计课程设计，旨在帮助学生深入理解仪器设计的基本原理和技术方法。
本课程设计涵盖了仪器设计的各个方面，包括设计需求分析、硬件设计、软件设计和系统集成等内容。
通过这些内容的学习，学生将能够掌握虚拟仪器设计的核心技能，并为未来的相关工作做好充分的准备。
课程目标1.掌握虚拟仪器设计的基本原理和技术方法；2.能够独立完成虚拟仪器设计的需求分析、硬件设计、软件设计和系统集成等工作；3.能够运用所学知识解决实际问题；4.能够与其他工程师合作，共同完成复杂的仪器设计任务。
课程内容第一部分：设计需求分析1.产品需求分析2.用户需求分析3.竞品分析4.市场分析第二部分：硬件设计1.芯片选型2.电路设计3.原理图设计4.PCB设计5.测试验证第三部分：软件设计1.系统架构设计2.编程语言选型3.算法设计4.UI设计5.测试验证第四部分：系统集成1.硬件和软件的对接2.系统调试和测试3.性能优化和改进课程大纲第一周：课程介绍和需求分析课程介绍1.课程安排和教学目标的介绍；2.本课程在虚拟仪器设计中的作用；3.讲授虚拟仪器设计的基本原理和技术方法。
需求分析1.产品需求分析；2.用户需求分析；3.竞品分析；4.市场分析。
第二周：硬件设计芯片选型1.芯片类型的介绍；2.如何选择适合的芯片。
电路设计1.安全性设计；2.电源和地线的设计；3.信号处理电路的设计。
原理图设计1.如何绘制原理图；2.使用EDA工具完成原理图设计。
PCB设计1.PCB的布局和丝印的设置；2.PCB的钻孔和铜皮的制作。
测试验证1.PCB电路板的功能测试；2.确定设计是否满足要求。
第三周：软件设计系统架构设计1.架构设计的需求；2.系统模块的划分和调度。
编程语言选型1.语言特点的介绍；2.如何选择适合的编程语言。
算法设计1.算法的作用和分类；2.如何编写高效的算法。
UI设计1.UI设计的需求；2.使用Qt完成UI设计。
虚拟仪器技术课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解虚拟仪器技术的基本概念、原理及其在工程领域的应用。
2. 掌握虚拟仪器软件（如LabVIEW）的基本操作和编程方法。
3. 学会使用虚拟仪器进行数据采集、处理、分析及展示。
技能目标：1. 能够运用虚拟仪器技术设计简单的测试系统，完成信号的采集与处理。
2. 培养学生动手实践能力，提高他们运用虚拟仪器解决实际问题的能力。
3. 培养学生团队协作和沟通能力，能够就虚拟仪器技术进行学术交流。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对虚拟仪器技术的兴趣，激发他们学习自然科学和工程技术知识的热情。
2. 培养学生严谨的科学态度，养成良好的实验操作习惯。
3. 增强学生的创新意识，鼓励他们勇于探索、实践，培养他们面对挑战的信心。
课程性质：本课程为高二年级工程技术类选修课程，旨在通过虚拟仪器技术教学，使学生掌握基本工程实践能力。
学生特点：高二年级学生对工程技术有一定的基础，具备基本的物理知识和实验技能，但对虚拟仪器技术了解较少。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，引导他们主动参与教学活动，实现课程目标。
通过本课程的学习，使学生能够将虚拟仪器技术应用于实际工程项目中，提高他们解决实际问题的能力。
后续教学设计和评估将围绕具体的学习成果展开，确保学生达到预期目标。
二、教学内容本课程教学内容依据课程目标，结合教材《虚拟仪器技术》进行选择和组织，主要包括以下几部分：1. 虚拟仪器技术概述- 了解虚拟仪器的定义、发展历程及应用领域。
- 分析虚拟仪器与传统仪器的区别和优势。
2. 虚拟仪器软件LabVIEW基础- 学习LabVIEW软件的安装、界面及基本操作。
- 掌握LabVIEW编程的基本概念，如数据类型、结构、函数和子VI。
3. 数据采集与处理- 学习数据采集卡的基本原理和使用方法。
- 掌握信号处理技术，如滤波、波形分析等。
4. 虚拟仪器应用实例- 分析典型虚拟仪器应用案例，如温度监测、振动测试等。
虚拟仪器设计课程设计背景介绍随着科技不断进步，虚拟仪器的应用越来越广泛，如医学影像、机器人控制等。
在工程领域，虚拟仪器已成为检测、测量以及仪器控制的一种重要手段。
因此，虚拟仪器的设计与开发已经成为一个热门的研究领域。
本课程旨在通过虚拟仪器的设计来加强学生对仪器的认识，并提高其对实验数据处理和分析的能力。
课程目标本课程的主要目标是使学生掌握虚拟仪器的设计和开发过程，并具备以下能力：1.熟悉虚拟仪器设计的背景、基础理论和相关技术2.了解虚拟仪器的软硬件系统3.掌握虚拟仪器系统开发的基本流程和方法4.具备虚拟仪器系统开发的实践能力5.能够分析虚拟仪器系统的性能和特点课程大纲第一章：虚拟仪器概述本章主要介绍虚拟仪器的基本概念、应用领域、发展历程和未来发展趋势。
第二章：虚拟仪器系统架构本章主要介绍虚拟仪器的软硬件系统组成及其基本原理。
第三章：虚拟仪器设计基础本章主要介绍虚拟仪器设计的基础理论，包括信号处理、数据采集、仪器控制等方面。
第四章：虚拟仪器系统开发本章主要介绍虚拟仪器系统的开发流程和方法，包括需求分析、系统设计、应用开发等方面。
第五章：虚拟仪器系统性能分析本章主要介绍如何对虚拟仪器系统进行性能分析，包括响应时间、数据精度、系统可靠性等方面。
第六章：虚拟仪器应用案例本章主要介绍虚拟仪器在不同领域中的应用案例，如医学影像、机器人控制等。
课程教材1.《虚拟仪器基础与应用》2.《虚拟仪器开发与应用》3.《虚拟仪器原理及应用案例》课程考核1.课程论文：50%2.课堂参与度：20%3.课程项目：20%4.课程作业：10%总结通过本课程的学习，学生将会掌握虚拟仪器的基本概念和原理，了解虚拟仪器的软硬件系统，掌握虚拟仪器系统开发的基本流程和方法，并具备虚拟仪器系统开发的实践能力。
同时，本课程还将介绍虚拟仪器在不同领域中的应用案例，帮助学生更好地了解虚拟仪器在实践中的运用。
昆工虚拟仪器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解虚拟仪器的概念、原理及其在工程测试中的应用。
2. 学生掌握虚拟仪器软件LabVIEW的基本操作与编程方法。
3. 学生能运用虚拟仪器进行数据采集、处理与分析。
技能目标：1. 学生具备使用虚拟仪器构建简单测试系统并进行实验的能力。
2. 学生能运用LabVIEW软件设计简单的数据采集与处理程序。
3. 学生通过实际操作，提高解决实际工程问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对工程测试技术的兴趣，增强对科学研究的热情。
2. 学生树立正确的工程观念，认识到虚拟仪器在现代工程技术中的重要作用。
3. 学生在团队协作中，培养沟通、合作能力，增强集体荣誉感。
课程性质：本课程为实践性课程，结合理论教学与实际操作，注重培养学生的动手能力与实际应用能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术、计算机编程基础，对新技术、新方法有较高的兴趣。
教学要求：教师需结合实际案例，引导学生掌握虚拟仪器的原理与应用，注重培养学生的实践操作能力和团队协作精神。
通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面均取得具体的学习成果。
二、教学内容1. 虚拟仪器概述- 虚拟仪器的定义、特点与发展趋势- 虚拟仪器与传统仪器的对比2. LabVIEW软件基础- LabVIEW软件的安装与界面认识- LabVIEW编程基本操作与数据类型- 常用VI（虚拟仪器）的使用方法3. 数据采集与处理- 数据采集卡的基本原理与选型- 数据采集程序设计- 数据处理与分析方法4. 虚拟仪器应用案例- 简单信号发生器的设计与实现- 温度监测系统的构建与调试- 振动信号采集与分析5. 综合实践项目- 设计并实现一个简易的虚拟仪器测试系统- 项目分工与协作- 项目汇报与评价教学内容安排与进度：第一周：虚拟仪器概述、LabVIEW软件安装与界面认识第二周：LabVIEW编程基本操作与数据类型第三周：数据采集卡原理与选型、简单信号发生器设计与实现第四周：温度监测系统构建与调试第五周：振动信号采集与分析第六周：综合实践项目设计与实施第七周：项目汇报与评价教学内容依据教材章节进行组织，确保学生能够循序渐进地掌握虚拟仪器相关知识和技能。
12级《虚拟仪器》课程设计任务书课程设计题目：虚拟仪器时间：7周——12周一、设计题目及任务学生可根据喜好和兴趣，从以下题目中选择一题或经老师同意的其它题目进行设计。
1．虚拟相位差计（1人）（135、136）●设计一个双路正弦波发生器，其频率和相位差可调；●采用过零法、FFT频谱分析法和相关法设计一个相位计；●仿真分析不同方法的优缺点及各自实用条件；●分析信号幅值、噪声幅值、采样点数等值的变化对测量结果的影响。
分两种情况测量：●不经过数据采集的仿真；●经过数据采集。
（132）2．通用串口调试工具设计（1人）（135、136）按以下界面或自己设计一个通用串口调试工具。
要求能设置COM口、波特率、数据位、校验位、停止位等。
3.虚拟频谱仪（1人）（135、136）●设计一个信号发生器，分别产生正弦波、方波、三角波信号；●设计频谱分析仪，对正弦波、方波、三角波信号进行频谱分析；●产生叠加谐波，并分析叠加谐波的周期信号的频谱分析。
●非周期信号的频谱分析。
分两种情况测量：●不经过数据采集的仿真；●经过数据采集。
（132）4．网络化虚拟仪器设计（1人）（135、136）●建立一个虚拟波形发生器或其它虚拟仪器面板；●采用B/S模式实现仪器的网络化控制。
●采用C/S模式实现仪器的网络化控制，可采用DataSocket或TCP/IP方式。
5．基于声卡的虚拟仪器设计（1人）（135、136）●可测试信号、频谱；●可回放记录数据的图形，回放速度可调；●产生多种信号，频率幅值可调。
6．通用虚拟滤波器设计（1人）（135、136）●建立一个虚拟波形发生器，要求信号频率连续可调；●设计通用滤波器，能进行高通、低通、带通及带阻滤波；●分析各种数字滤波器频率响应特性，及各种数字滤波器性能比较。
7．Apple Watch仿真设计（1人）（135、136）设计Apple Watch界面，显示时间；●设计连接天气、航班信息、播放音乐、测量心跳、计步、闹钟等功能键，及相关子界面及功能程序设计。
关于虚拟仪器的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解虚拟仪器的概念、功能及在工程测量中的应用。
2. 学生能够掌握虚拟仪器软件的基本操作流程和使用方法。
3. 学生能够描述至少三种常见虚拟仪器的原理及使用场景。
技能目标：1. 学生能够独立操作虚拟仪器软件，进行基础的数据采集与分析。
2. 学生能够运用虚拟仪器解决简单的实际测量问题，如信号处理、波形分析等。
3. 学生通过小组合作，设计并实施一个简单的虚拟仪器应用方案。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对科学研究的兴趣，特别是在工程测量和虚拟仪器领域的探索热情。
2. 学生在学习过程中形成合作意识，培养团队精神和解决问题的积极态度。
3. 学生能够认识到虚拟仪器在现代社会中的重要作用，理解科技发展对生活的影响。
课程性质：本课程为实践性与理论性相结合的课程，旨在通过虚拟仪器的学习，提高学生的动手能力和实际问题解决能力。
学生特点：考虑到学生处于高年级，已具备一定的物理知识和实验操作技能，能够较快地掌握虚拟仪器原理和操作。
教学要求：教师需采用讲授与实操相结合的教学方式，注重引导学生主动探索，鼓励学生将理论知识应用于实践操作中，并通过小组合作培养学生的团队协作能力。
通过具体的学习成果评估，确保学生达到课程目标。
二、教学内容1. 虚拟仪器概述- 定义与分类- 发展历程- 应用领域2. 虚拟仪器原理- 数据采集与处理- 信号分析与显示- 常用算法介绍3. 虚拟仪器软件- LabVIEW软件安装与界面认识- 基本操作与编程- 实例分析与实操演练4. 常见虚拟仪器介绍- 数字示波器- 频谱分析仪- 数据记录仪5. 虚拟仪器应用案例- 简单电路信号测量- 声音信号处理- 小组项目：设计并实施一个虚拟仪器应用方案教学内容安排与进度：第一周：虚拟仪器概述第二周：虚拟仪器原理第三周：LabVIEW软件安装与基本操作第四周：常见虚拟仪器介绍第五周：虚拟仪器应用案例及小组项目实施本教学内容依据课程目标，紧密结合教材相关章节，注重理论与实践相结合，使学生能够系统地掌握虚拟仪器相关知识。
虚拟仪器课程设计嘿，朋友们！今天咱们来唠唠那超级有趣的虚拟仪器。
这虚拟仪器啊，就像是科技世界里的魔法盒。
你想啊，传统仪器就像那些古板的老学究，规规矩矩地干着自己那点事儿，功能单一得就像只能下一种棋的棋手。
可虚拟仪器呢？它就像一个有着七十二变的孙悟空。
通过软件的魔法棒一挥，它就能变成各种各样的测量仪器。
一会儿是示波器，像一个超级灵敏的眼睛，能把电信号的波形看得一清二楚，那波形就像起伏的山脉，每个峰谷都藏着电信号的小秘密。
一会儿又能变成频谱分析仪，如同一个音乐大师在剖析声音的频谱，那些频谱线条就像乐谱上跳跃的音符。
在设计虚拟仪器的课程里，就像走进了一个充满奇思妙想的游乐场。
那些代码就像是游乐场里的轨道，而我们就是那个构建轨道的小工匠。
有时候，代码出错了，就像是轨道突然断了，程序“小火车”立马就脱轨，那感觉就像你正兴高采烈地坐过山车，突然车飞出去了一样刺激（当然，是对我们这些搞设计的来说的恐怖刺激）。
虚拟仪器的界面设计也特别好玩。
你可以把它打扮得像一个时尚的舞台，各种按钮和显示区域就是舞台上的演员和道具。
你想让某个功能特别显眼，就把它的按钮做得像舞台上最闪亮的明星，大而耀眼。
而那些数据显示区域呢，就像是忠实的观众，安静地呈现着各种测量结果。
做虚拟仪器的课程设计，就像是在玩一场高科技的拼图游戏。
那些模块就是拼图的碎片，我们要把它们巧妙地拼接在一起。
有时候找一个合适的模块，就像在一堆沙子里找一颗特定形状的珍珠一样困难。
但是一旦找到了，那种成就感就像发现了宝藏一样，能让你兴奋得跳起来。
而且啊，虚拟仪器还特别省钱呢。
要是用传统仪器，那感觉就像要组建一支豪华的装备部队，各种仪器设备贵得吓人。
而虚拟仪器呢，就像一个小小的魔法种子，只要你有一台电脑，它就能生根发芽，长成一片测量仪器的森林。
它还很方便携带哦。
不像那些传统的大块头仪器，搬起来就像要移动一座小山。
虚拟仪器只要你带着电脑，就像带着一个能随时变出各种仪器的哆啦A梦口袋，到哪儿都能开展测量工作。
虚拟仪器技术》课程设计一、教学目标本课程的学习目标主要包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握虚拟仪器技术的基本概念、原理和应用；技能目标要求学生能够运用虚拟仪器技术进行实验设计和数据分析；情感态度价值观目标要求学生培养创新意识、团队合作精神和对科学技术的热爱。
通过本课程的学习，学生将能够：1.描述虚拟仪器技术的基本概念和原理。
2.解释虚拟仪器技术在实际应用中的优势和局限。
3.运用虚拟仪器技术进行实验设计和数据分析。
4.展示创新意识、团队合作精神和对科学技术的热爱。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括虚拟仪器技术的基本概念、原理和应用。
教学大纲将按照以下顺序进行安排和进度：1.虚拟仪器技术的基本概念：介绍虚拟仪器技术的定义、特点和分类。
2.虚拟仪器技术的原理：讲解虚拟仪器技术的工作原理和相关技术。
3.虚拟仪器技术的应用：介绍虚拟仪器技术在各个领域的应用案例。
教材将为学生提供理论知识的学习，同时配合实验设备进行实践操作，以加深学生对虚拟仪器技术的理解和掌握。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法相结合的方式。
包括：1.讲授法：教师讲解虚拟仪器技术的基本概念、原理和应用。
2.讨论法：学生分组讨论虚拟仪器技术的实际应用案例，分享心得体会。
3.案例分析法：分析具体案例，让学生了解虚拟仪器技术在不同领域的应用。
4.实验法：学生亲自动手进行实验操作，培养实际操作能力和数据分析能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：提供理论知识的学习，为学生打下扎实的理论基础。
2.参考书：为学生提供更多的学习资料和扩展知识。
3.多媒体资料：通过视频、动画等形式，生动展示虚拟仪器技术的工作原理和应用案例。
4.实验设备：为学生提供实际操作的机会，培养实际操作能力和数据分析能力。
五、教学评估为了全面、客观、公正地评估学生的学习成果，本课程将采用多种评估方式。
电子测量与虚拟仪器综合训练课程设计报告设计题目：电子测量仪器虚拟化设计班级：姓名：学号：指导教师：成绩：江苏理工学院电气信息工程学院2015 年11月16日至2015 年12月4日目录前言 (1)第1章虚拟信号发生器设计 (2)1.1设计要求 (2)1.2设计思路与预期功能 (2)1.3系统设计介绍 (3)1.3.1虚拟信号发生器的前面板设计 (3)1.3.2虚拟信号发生器的程序框图设计 (4)1.4 虚拟信号发生器的各子模块设计 (4)1.4.1波形选择模块 (4)1.4.2波形生成模块 (5)1.5测试与结果 (5)1.5.1正弦波运行结果 (5)1.5.2三角波运行结果 (6)1.5.3方波运行结果 (6)1.5.4锯齿波运行结果 (7)1.5.5扫描信号波形运行结果 (7)1.6性能分析 (8)第2章虚拟双踪示波器设计 (9)2.1设计要求 (9)2.2设计思路与预期功能 (9)2.3系统设计介绍 (10)2.3.1整体设计方案 (10)2.3.2设计步骤 (11)2.4测试与结果 (13)2.4.1 A通道（B通道）单独显示波形 (13)2.4.2 A、B两通道同时显示波形 (14)2.4.3 A、B两通道叠加显示波形 (15)2.4.4 A-B两通道显示波形 (15)2.5性能分析 (16)2.6数据采集卡应用 (16)2.6.1采集卡NI PCI-6221 (16)2.6.2数采卡驱动 (17)2.6.3数采卡整体设计 (19)2.6.4数采卡采集 (20)第3章虚拟数字频率计设计 (24)3.1设计要求 (24)3.2设计思路与预期功能 (24)3.3系统设计介绍 (24)3.3.1前面板 (25)3.3.2程序框图 (25)3.4测试与结果 (26)3.4.1正弦波测试结果 (26)3.4.2三角波测试结果 (26)3.4.3方波测试结果 (27)3.4.4锯齿波测试结果 (27)训练总结 (28)参考文献 (29)前 言虚拟仪器技术的发展及其在国民经济发展中的重要作用现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物。
虚拟仪器相关课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解虚拟仪器的概念、原理及其在工程测试中的应用。
2. 掌握虚拟仪器软件LabVIEW的基本操作、编程方法及数据采集、处理与分析技巧。
3. 了解虚拟仪器在不同领域的实际应用案例，拓展知识视野。
技能目标：1. 培养学生运用LabVIEW软件设计简单的虚拟仪器系统，进行数据采集与处理的能力。
2. 能够独立完成虚拟仪器的搭建、调试与优化，提高实际操作技能。
3. 学会查阅相关资料，对虚拟仪器系统进行改进与创新，培养解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对虚拟仪器技术的学习兴趣，培养主动探索、勇于实践的精神。
2. 培养学生的团队合作意识，学会与他人共同解决问题，提高沟通能力。
3. 通过课程学习，使学生认识到虚拟仪器在现代工程技术中的重要性，树立正确的价值观。
课程性质：本课程为专业选修课，以实践为主，理论联系实际，注重培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术、计算机编程基础，对新技术具有较强的好奇心，喜欢实践操作。
教学要求：结合学生特点，采用任务驱动、案例教学等方法，引导学生主动参与实践，提高综合运用知识的能力。
在教学过程中，注重分层教学，满足不同层次学生的学习需求。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为未来从事相关领域工作打下基础。
二、教学内容1. 虚拟仪器概述：介绍虚拟仪器的定义、发展历程、分类及其在现代工程测试中的应用。
教材章节：第一章 虚拟仪器概述2. LabVIEW软件基础：学习LabVIEW软件的安装、界面、操作方法、编程基本概念和流程。
教材章节：第二章 LabVIEW编程基础3. 数据采集与处理：学习虚拟仪器的数据采集原理、硬件接口、数据采集卡的使用及数据处理方法。
教材章节：第三章 数据采集与处理4. 虚拟仪器设计实例：分析不同领域的虚拟仪器应用案例，学习虚拟仪器的搭建、调试与优化。
教材章节：第四章 虚拟仪器设计实例5. 创新设计与实践：结合所学知识，指导学生进行虚拟仪器创新设计，提高实际操作和创新能力。
湖南科技大学本科生课程设计（论文）南科技大学课程设计学生姓名:专业及班级:09030303182012年12月29日课程设计名称:《虚拟仪器》课程设计院:机电工程学院 指导教师：毛征宇郭迎福 王靖刘峥嵘测控三班口 号摘要LabVIEW是美国National Instruments（简称Nl）公司推出的图形化软件开发环境。
基于LabVIEW的虚拟信号频谱分析仪，可以产生一个周期信号并进行图形显示，信号的幅值、相位和频率可调，并对产生的周期信号，进行频谱分析并图形显示。
基于LabVIEW 的相关分析虚拟实验仪器，可以测试两个三角波信号的互相关函数以及测试4种典型信号的自相关函数。
关键词LabVIEW频谱分析互相关自相关第一章设计题目及要求1. 1 1.2虚拟信号频谱分析仪设计-•… 相关分析虚拟实验仪器设计--第二章2.12.2第三章3.13.2第四章第五章5.15.2第六章6.16.2第七章第八章8.18.2第九章第十章目录虚拟信号频谱分析仪的方案设计虚拟信号频谱分析仪的原理-- 总体方案设计的确定 ............虚拟信号频谱分析仪程序实现前面板的设计和规划•-程序框图设计 .........虚拟信号频谱分析仪的调试运行相关分析虚拟实验仪器的方案设计相关分析虚拟实验仪器的原理•总体方案设计的确定 .........互相关分析虚拟仪的程序实现前面板的设计和规划•程序框图设计 .......互相关分析的调试运行自相关分析虚拟实验仪器的程序实现前面板的设计和规划•程序框图设计 .......自相关分析的调试运行总结与体会• (3)• (8)10111214151619参考文献20第一章设计题目及要求1.1虚拟信号频谱分析仪设计设计要求和功能描述:要求：模拟产生一个周期信号（可选择方波、三角波、锯齿波等中的一个）并进行图形显示；信号的幅值、相位和频率可调；对产生的周期信号，进行频谱分析并图形显示。
功能描述：可观察产生波形等经过FFT后的幅值谱。
并分析调试结果。
1.2相关分析虚拟实验仪器设计设计要求和功能描述:要求：可测试四种典型信号的自相关函数；可测试两个正弦函数的互相关函数。
湖南科技大学本科生课程设计（论文）第二章虚拟信号频谱分析仪的方案设计本设计所要求是利用波形函数产生一个频率、幅值、相位可调的信号，进行图形显 并利用FFT 函数对其进行傅里叶变换，把幅值谱在前面板显示出来。
本设计的虚拟频谱分析仪即可以对虚拟信号发生器所产生的信号进行频谱分析，也可以对通过信号调理器，基于PCI 总线的DAC 卡组成的采集系统所采集到的外部信号进 行频谱分析。
其中，在对外部信号进行频谱分析时，外界被测信号首先传送到信号调理 电路，且由信号调理电路对它进行放大、滤波、隔离等处理后，再经数据采集卡进行A/D 转换 以将模拟信号转换为数字信号，然后由软件对被测试信号进行频谱分析和处理， 最后得到测试结果，并按要求将它们显示或储存起来。
2.2总体方案设计的确定本设计主要有三个重点，信号生成、波形显示、傅立叶变换。
信号生成直接由LabVIEW 提供的信号模拟，并在频率、幅值、相位采用输入控件进行输入，达到可变的目的。
波形由前面板的波形图控件显示，波形图将传递给它的数据一次全部显示在描绘区 中，新的数据到达时将原来的数据全部刷新。
利用LabVIEW 中的FFT 函数可以对信号进行傅里叶变换，并通过一个‘复数至极坐 标转换’函数（使复数分解为极坐标分量），然后由波形图进行显示。
程序运行的流程图如下：示。
2.1 虚拟信号频谱分析仪的原理I结束 !■图2.1流程图第三章虚拟信号频谱分析仪程序实现3.1前面板的设计和规划根据任务要求所要实现的目的确定前面板所需要的相应控件和显示板。
3.1.2控件和显示件的确定本设计要求信号的幅值、频率、相位可调，再加上信号的采样需要确定采样点数和采样频率，所以需要五个数值型输入控件。
设计要求进行波形显示和频谱分析图形显示，所以需要两个图形显示控件。
这里选用波形图。
根据要求再需要加入两个布尔控件，一个停止按钮和一个滑动开关，滑动开关作为相位复位选择按钮。
3.1.3前面板的布置连续执行“控件-数值-数值输入控件”操作，在板面设计窗口中放置五个数值输入控件，这些控件分别用于设定采样信号的相关参数，并把标签分别改为采样点数、采样频率、初始相位、信号频率、信号幅值。
连续执行“控件-图形-波形图”操作，在板面设计窗口中放置两个图形显示控件波形图，这两个控件分别用来显示三角波时域波形和FFT图，把控件的标签分别改为时域波形和FFT波形。
执行“控件-布尔-滑动开关/停止按钮”操作，在板面设计窗口中放置两个布尔控件，一个停止按钮和一个滑动开关，并把滑动开关的标签改为相位复位用来给相位复位。
然后对文本进行字体、字号和颜色设置，并在“控件-修饰”中选用平面框对控件布局进行调整，使之更规范、工整，得到前面板如图所示。
I 虚拟信号频谱分析仪1三角波时域波形图3.1前面板3.2程序框图设计3.2.1程序的分析本设计需要生成一个三角波信号，并进行傅立叶变换，所以这里主要是用到了波形生成函数和 FFT 函数，然后把输出的信号数据通过簇捆绑，在波形图控件上显示。
3.2.2程序框图的实现函数的调用：分别执行“函数-信号处理-波形生成”和“函数-信号处理-变换” 调用三角波函数和FFT 函数。
执行“函数—数值—复数”调用复数至极坐标转换函数， 对FFT 变换后的复数转换成极坐标。
执行 数，这是用来捆绑数据生成波形图。
函数的功能：把相位复位、采样点数、 置相位、采样、幅值、相位输入接点相连， 频率接点相连，这样就可以改变输出波形的0.00采桂武率A:i 0.00孑 O l OO 信号幅値^0,00相位复位“函数-簇、类、变体”，选择两个簇捆绑函 信号幅值、初始相位分别与三角波函数的重 把信号频率与采样频率的商与三角波函数的 0.30.20.00.0 lOQ 20.0苑.0 40.0 50-0 W.0 7(X0 cC.O 如.0 iGOQ三角波阡T 图0,5-相位、幅值、频率了。
FFT函数的输入端连接三角波的输出端，把三角波函数生成的信号数组进行傅立叶变换后，输出FFT数据。
复数至极坐标转换函数是使复数分解成极坐标分量，这里是把FFT函数输出的复数数据进行转换在波形图显示出来。
第四章 虚拟信号频谱分析仪的调试运行把米样点数、米样频率、初始相位、信号幅值、信号频率分别设置为 1、2,运行结果如下图。
I 虚拟信号频谱分析仪1三角波时域波形100、10、0、相位复位AA图4.1运行结果一改变采样点数、信号幅值、信号频率，得到的运行结果如下:(X4- a3-孫样聖5扌 100.00 釆棒频率10.00^0.00信号圍1:煜-01-IIII1111II0,0 1&0药Q 北Q 40.0 50.0 60,0 ?0,0 3C.C 90/' 10U3图4.2运行结果二经以上调试运行，证明该设计符合要求，是一个可行的虚拟信号频谱分析仪。
I 虚拟信号频谱分析仪1三角波时域波形J 50.00乘樓疑1 10.00信号惬值2 2003 4三角波FFT 图相位S 位0.2- 0.0-AI“ 10.0 23.0 30,0 40.0 50.0 60.0 70,0 30,0 90.0 1•:XhO第五章相关分析虚拟实验仪器的方案设计本设计主要是利用自相关函数和互相关函数来进行信号分析处理， 可以用来测试典型信号的互相关函数和自相关函数。
5.1相关分析虚拟实验仪器的原理相关是指两个变量之间的线性关系。
相关分析是分析两个信号之间关系或一个信号 在一定时移前后之间关系的重要工具。
在实际工程领域、相关测速和利用相关原理探测 管道破裂点、识别信号类别成分等得到广泛应用。
相关函数可以用相关分析仪测量。
相 关分析仪有模拟式和数字式两种。
使用LabVIEW 提供的函数可以构建一台数字式的相关 分析仪。
两模拟信号x （t ）和y （t ）做数字化处理后，他们的相关函数表达式应为：1NR xy （r ）珂乞打艺 x （i ）y （i+r ） N^N Y式中N=沿时间轴的总采样数；i= 沿时间轴的采样序数； r= 间断时移值作为有限长采样的相关函数估计为R xy (r^^Z x(i)y(i+r)N y用这一公式做离散相关的步骤是：（1） （2） （3） （4）依次取=1，=2，=3，（i ）和丫（ i ）二离散序列长度相等时，计算Rxy （ 0）可以用全部计算长度数据来计算， 而下一步计算时因y （i ）做一步时移，使可提供计算的序列长度由 N 变为N-1。
且随时移增大，可提供计算的序列长度越来越短，所以互相关函数的估值应为：与此类似，自相关函数的估值为:(5-1)(5-2)r=0,将所有对应采样点的x （i ）和有y （i ）相乘； 将所有的乘积相加； 以总采样点数做平均，得到相关函数的一个值 。
取=1，将所有对应采样点的 和相乘，然后相加，平均，得到。
按以上步骤重复计算后得到相关函数的各个值。
1R xy ^N m百N送x(i)y(i+r)(5-3)NR xx(r )=Ni坠艺x(i)y(i +r)(5-4)""^i #labvIEW 在“信号处理 信号运算”函数子选板中提供了求互相关的 VI ---- crosscorrelation ，它所用的算法为：求自相关的VI 所用的算法为:NR xx (r )=Nim 无 x(i)y(i +r)式（5-5）和式（5-6）的算法仅适用于确定性信号中的瞬态信号，所以在一般情况 下需要加以修正。
这里提供的程序（Modi Correlation ）用于完成这一修正，它的程序 框图如图5-1所示。
此VI 对labvIEW 求出的相关函数进行修正，将每个相关值除以（N-r ）。
N 式labvIEW 求出的相关函数输出数组的长度，r 是时移的位置。
参数Rxxin 式labvIEW 求出的相关函数值，Rxxout 是修正后的相关函数值，samples 是取样数，d 是输出相关 函数首尾截去的百分比（把移位造成的重叠太少而没有意义的部分截掉）。
N 是截短后的 取样数。
图 5-1 Modi Correlation VI5.2总体方案设计的确定在本设计中，把互相关分析和自相关分析分开来进行设计， 即需要进行两个程序的设计。
这里主要应用到了互相关函数、自相关函数以及Modi Correlation VI 。
NRxy CfMF(5-5)(5-6)Rxx in uOBi ►第六章互相关分析虚拟仪的程序实现6.1前面板的设计和规划根据任务要求所要实现的目的确定前面板所需要的相应控件和显示板。
