基于LabVIEW和USRP的高频信号发生与测量系统设计

国家电工电子实验教学中心通信系统与原理实验报告实验题目：基于LabVIEW的频率调制学院：电子信息工程学院专业：通信1210班通信1212班学生姓名：学号：任课教师：李纯喜李磊实验老师：王琴一、实验目标本实验的目的是实现一个基于LabVIEW和NI-USRP平台的调频收音机，并正确接收空中的调频广播电台信号。

让学生可以直观深入的理解调频收音机的工作原理，感受真实信号。

并通过实验内容熟悉图形化编程方式，了解软件LabVIEW 和USRP硬件基本模块的使用和调试方法，为后续实验奠定基础。

二、实验环境与准备软件LabVIEW 2012（或以上版本）；硬件NI USRP（1台）及配件。

三、实验原理1. 频率调制FM（Frequency Modulation）代表频率调制，常用于无线电和电视广播。

世界各地的FM调频广播电台使用从87.5MHz到108MHz为中心频率的信号进行传输，其中每个电台的带宽通常为200kHz。

本实验重新温习FM的理论知识，并介绍其基本的实现方法。

m调节载波的数学过程分为两步。

首先，信源信号经过通过一个基带信号)(t，再将该函数当作载波信号的相位，从而实现根据积分得到关于时间的函数)(t信源信号变化对载波频率进行控制的频率调制过程。

FM发射机频率调制的框图如图1所示。

图 1 频率调制示意图在图1的框图中，将信源信号的积分得到一个相位和时间的方程，即： ⎰+=t f c d m k t f t 0)(22)(ττππθ（1.1）式中，c f 代表载波频率，f k 代表调制指数，)(τm 代表信源信号。

调制结果是相位的调制，与在时域上载波相位的变化有关。

此过程需要一个正交调制器如下图2所示：图 2 相位调制在此次实验中，NI USRP-2920通过天线接收FM 信号，经模拟下变频后，再使用两个高速模拟/数字转化器和数字下变频后将信号下变频至基带I/Q 采样点，采样点通过千兆以太网接口发送至PC ，并在LabVIEW 中进行信号处理。

基于LABVIEW的信号频谱分析仪设计摘要随着科学技术的进步，对测量技术的要求越来越高。

电子测量技术在各个领域得到越来越广泛的应用，传统的电子测量仪器由于其功能单一，体积庞大，已经很难满足实际工作的需要。

集成电路和计算机技术的迅猛发展使电子测量仪器逐渐向数字化、智能化方向发展，与传统仪器相比表现为：功能更强、处理速度更快、频带更宽、用途更广、操作更简单、体积更小、可扩充性更好。

微型计算机的普及程度和性能不断提高，使得基于PC平台的虚拟仪器系统应运而生。

虚拟仪器可以充分利用计算机的运算、存储和显示功能，因而在降低仪器成本的同时使仪器的灵活性和数据处理能力大大提高，可以很好地满足学校科研和教学改革的需要。

本文论述了基于虚拟仪器概念的信号采集系统的实现方案，重点讨论了在数据传输、显示和处理中的关键技术。

使用USB数据采集卡，最终实现了基于 PC 平台的，具有频率计和频谱分析仪功能的数字存储示波器系统。

本文所选用的软件 LabView 是美国 NI 公司的创新软件产品，也是日前应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境。

它具有开发周期短、运行速度快、可重用性、使用方便灵活等优点。

因此LabView 对虚拟存储示波器的设计是一种最理想的方法。

关键词：虚拟仪器；数字存储示波器；谐波分析仪；LabView仪器驱动程序THE DESIGN OF SIGNAL SPECTRUM ANALYSER BASED ON LABVIEWABSTRACTWith the advancement of science and technology, the development of measurement technique is getting more and more important. The application of electronic measurement technique has extended to more fields than ever. Due to limited functions and big size, traditional electronic measurement equipment is no longer suited for common purposes. Thanks to the rapid development of integrated circuit and computer technology, measurement instruments are becoming digitized and with traditional equipment, the new instruments have more functions,higher processing speed, wider bandwidth, friendlier interface,smaller size and better expandability. The prevalence and rocketing development of personal computers give birth to a new kind of instrument, Virtual Instrument (VI). VI is based on PC platform, and can make use of the software and hardware resources of a PC. Compared with its ability of data processing and flexibility, VI has a low price, which means it is a good choice for research and teaching reform inuniversities.This dissertation discusses the implementation of a signal acquisition system,based on the concept of VI and focuses on key techniques in data transmission, display and processing. With a USB data acquisition card connectedto PC, a digital storage oscillograph (DSO) with the function of cymometer and spectrum analyzer is is the innovate software of national instruments corps, of is also the most widely used、the most quickly developing and the strongest function gragh has short epolder and fast LabView is the best way of design virtual digital storage oscillogragh.Key words: virtual instrument；digital-storage oscillograph；Harmonic-Analyser LabVIEW-instrument driver equivalent目录1 绪论 (6)虚拟仪器的概念 (6)虚拟仪器的组成 (6)虚拟仪器的特点及优势 (7) (10)本课题的意义 (10)2 数据采集和谐波分析理论 (13)数据采集理论基础 (13)快速傅立叶变换(FFT) (15)准同步采样 (18)谐波分析理论 (21)谐波分析原理 (21)谐波参数定义 (23)功率概念 (24)3 系统软硬件开发平台 (25)系统软件开发平台-LABVIEW (25)系统硬件平台 (28)4系统软件体系结构 (19)软件总体构成 (19)数据采集过程 (33)系统应用程序设计 (34)5 仿真结果和误差分析 (44)仿真结果 (30)误差分析 (34)6 结论和展望 (36)结论 (36)展望 (36)参考文献 (50)致谢 (40)1 绪论虚拟仪器的概念虚拟仪器[1](Virtual Instrument ,VI)的概念是由美国国家仪器公司(NI)最先提出的。

一、课程设计的任务的基本要求：1、能够熟悉利用Labview软件，并用此软件编写程序框图和构造前面板。

使设计的面板更直观，漂亮。

达到虚拟仪器的功能。

2、设计基于Labview 的函数信号发生器。

(1）了解函数信号产生方法。

(2）输出一路占空比可调的方波信号，一路函数信号（输出信号类型可选择）。

指导教师签字：年月日二、分工安排：三、收集的资料及主要参考文献：1、吴成东，孙秋夜，盛科．Labview虚拟仪器程序设计及应用人民邮电出版社，20082、刘君华. 基于LabVIEW的虚拟仪器设计.电子工业出版社,20033、邓岩，王磊磊．测试技术与仪器应用．机械工业出版社，20044、杨乐平，李海涛，杨磊．LabVIEW课程设计与应用．电子工业出版社，20055、雷勇．虚拟仪器设计与实践．电子工业出版社，2005四、评语及成绩评定：指导教师签字：2014 年月日五、答辩记录：答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）：200 年月日总评成绩：（教师评分×75%+答辩成绩×25%）目录一、设计任务描述 (6)二、设计思路 (6)三、主程序流程图 (8)四、各部分程序框图及前面板的设计 (9)五、多功能信号发生器工作过程分析 (12)六、主要元器件介绍 (16)七、结论 (19)八、致谢 (18)九、参考文献 (19)十、附录：程序框图 (19)基于labview的信号发生器的设计中文摘要随着电子技术、计算技术和网络技术的高速发展，传统的电子测量仪器的功能和作用已发生了质的变化，新型的虚拟仪器应运而生。

其实质是利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。

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。

实验表明，设计的虚拟函数信号发生器输出信号性能优于普通传统的信号源。

虚拟仪器是1986年美国国家仪器公司（NI）提供的一种新型一起概念。

其基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。

简单的labview信号分析与测量系统一关于本系统本人通过在实施测量课上对labview的接触，尚不具备开发大规模实施测量项目的水平，但是对labview非常地感兴趣，经过多方查找资料和课外学习终于完成本项目的构建。

二介绍LabviewLabvie是实验室虚拟仪器工程工作台（Labview Virtual Instruments Engineering Workbench）的简称，是美国国家仪器公司开发的虚拟仪器开发平台软件，它的功能强大灵活，可以广泛应用于自动测量系统、工业过程自动化、实验室仿真等各个领域。

Labview使用图形化编程语言编程，简单直观，极大节省程序开发时间，同时Labview可提供丰富的库函数和功能模块，可完成各种各样的复杂编程任务。

三系统简介Labview作为著名的虚拟仪器和开发平台，数据的采集信号的分析与处理是其强项和优势，因此构建一个简单的信号分析与测量系统。

四操作步骤1.首先建一新vi，打开signal processing 子模板中的waveform generation 子模板，如图1图一2.从waveform generation子模板中选取basic function generation.vi，在其signaltype,frequencyAmplitude 和phase四个数据端口分别建立控制量，形成数据源，如图2图二3.对信号进行分析处理的函数vis 和express vis主要位于函数模板中的signalprocessing模板和waveform measurements 子模板如图图三图四4.从waveform measurements 子模板中选取Amplitude and level Measurements Express VISpecial VI Timing and Transition Measurements Express VI 三个Express VI可以分别分析信号的一些诸如幅值的参数，做信号的频谱分析，信号的时域和瞬态测量。

文章编号:1673 5196(2010)05 0023 04基于LabVIEW的高频焊管红外测温系统设计樊 丁1,肖 宏2,何世权3,石 玗1,许乐生1(1.兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点试验室,甘肃兰州 730050;2.兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点试验室,甘肃兰州 730050; 3.兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州 730050)摘要:高频焊管生产环境复杂,测温环境恶劣,针对此特点,提出使用比色测温法进行高频焊管的温度测量,并介绍高频焊管测温系统的构建过程.红外测温仪具有较强的抗干扰能力和稳定性,实验选用红外测温仪作为传感器构建温度采集监测系统硬件平台;选用LabV IEW软件构建温度采集监测系统软件平台,其具有采集效率和测试精度高,模块小,编程简单等优点.实验证明,基于L abV IEW平台设计的高频焊管红外测温系统能准确测量到高频焊管焊接温度,并且在L abV IEW模块上实现信号的实时显示、存储和分析.关键词:高频焊管;焊接温度;红外测温;L abV IEW中图分类号:T G409 文献标识码:ADesign of infrared temperature measuring system of high frequencywelded pipes based on LabVIEWFAN Ding1,XIAO Hong2,H E Shi quan3,SHI Yu1,XU Le sheng1(1.State Key Laboratory of Gansu Advanced Nonferrous M etal M aterials,Lan zhou U niv.of T ech.,Lanzhou 730050,Ch ina; 2.Key Lab o ratory of Nonferrous M etal Alloys,Th e M in istry of Education,Lanzhou Univ.of T ech.,Lanzhou 730050,Ch ina; 3.College of Petrochemi cal T echnology,L anz hou U niv.of Tech.,Lan zhou 730050,China)Abstract:The environment o f production of hig h fr equency w elded pipe and m easurement o f w elding tem perature is complex and poor.In v iew of this feature,the paper proposed a co lorimetric temperatur e m eas urement method to m easure the w elding temperature,and also intro duced the building process of tem pera ture m easuring system of high frequency w elded pipe.The infrared radiation thermo meter w as used as the sensor w ith strong anti interfer ence ability and bVIEW w as used as the softw are platform w ith hig h data g ather ing co llection efficiency,test pr ecision,simple pr ogram ming,and smaller module.It w as pro ved by exper im ents that the infr ared temperature measurement sy stem based on LabVIEW platform could accur ately measure the w elding temperature of high frequency w elded pipe,and store,playback and analyze the signals w ith LabVIEW module.Key words:hig h frequency w elded pipe;w elding temper ature;infrared temperatur e m easuring;Lab V IEW在高频焊管生产中,焊管焊缝融合点温度(简称焊接温度)是重要焊接参数,它影响到整个焊接过程能否正常建立,并直接影响焊缝成型质量[1].在焊管生产过程中,焊接温度常常受到焊接速度波动、管材壁厚变化、管材材质成份不均等因素的影响而产生波动.因此,能准确监测焊接温度至关重要,是进一步控制焊接温度的前提.国外先进的高收稿日期:2010 07 16基金项目:教育部科学技术研究重点基金(21022)作者简介:樊 丁(1961 ),男,甘肃合水人,教授,博导.频焊管机组基本采用红外测温仪来监测焊接温度,名古屋研究所的本吉 卓,松尾次郎等人还提出构建基于CCD摄像的焊缝电火花检测系统,通过检测熔池区域明度值的变化来监测由温度变化引起的焊接缺陷[2].相比较国外而言,国内大部分高频焊管机组受限于机组结构而自动化程度较低,在生产过程中,焊接温度的监测主要是由操作人员通过观察焊缝形态及依靠经验判断,这种方法常常受到诸多人为因素的影响,精度及稳定性难以保证.为解决此问题,白日午[3]等人提出了焊接温度观测器模型,通过检第36卷第5期2010年10月兰 州 理 工 大 学 学 报Jo ur nal of L anzho u U niv ersity of T echno lo gyVo l.36No.5Oct.2010测高频电流和焊接速度来间接监测焊接温度,耿正、李莉群等人提出了国产高频焊管机组结构的改进方案,并对红外辐射测温法在国产高频焊管机组的应用可行性做了研究[4].但以上2种方法均有不足,前者由于间接测量焊接温度,容易造成较大计算误差;后者由于焊接环境的恶劣,周围充斥水蒸气、火花、CO、CO2等气体,它们吸收焊接区的辐射能量,影响红外辐射测温精度.对比分析各种测温方案,本文提出用红外比色法来测量高频焊管焊接温度,比色测温法直接对焊接温度进行测量,避免间接测量带来的理论计算误差,同时由于比色法测温仪的输出信号和物体辐射率以及能量衰减因素无关,因此在高频焊管复杂测温条件下具有较强的抗干扰能力和稳定性.同时针对高频焊管生产过程中焊速快(20~ 200m/m in)的特点,选用LabV IEW为软件平台构建高频焊管温度数据采集系统,该系统具有采集效率高,模块小,编程环境简单等优点,非常适合高频焊管的温度采集.1 测温系统组成高频焊管测温条件非常特殊,焊管为线热源加热,热源长而窄,温度在1300~1450 ,因此要求测温仪的测温模式为点测温或线测温,且光斑直径尽可能小,接近热源宽度,测温1300~1450 ;同时,焊接现场水蒸气等干扰因素大,在测量光路上最好能加空气吹扫装置;考虑到高频焊接速度快,为保证进一步的温度控制精度,减少焊管成型缺陷,对焊管温度的测量周期必须尽量保持在毫秒级.综合上述各因素,试验前对各种型号的红外测温仪进行选择,最终选用了美国Raytek公司M ar athon TM FA/ FR系列比色式红外测温仪,其自带光纤电缆和空气吹扫装置,其参数如下:温度测量:700~1500 ;温度分辨率:1 ;最快响应速度:10ms;输出信号:4~20mA.温度和输出电流之间的代数关系:T=40!I+ 700 .比色测温的工作原理可以理解为2个单色式测温仪的组合,2个单色测温仪的输出分别是:波长 1:V01=C 1 1c1 -51e 1T/c2! 1波长 2:V02=C22c1 -52e 2T/c2! 2式中:C为测温仪转换系数(光电器件转换率,电路放大倍数等); 为被测物体的辐射系数; 为传输衰减系数;c1为第一辐射常数,c1= 3.471832! 10-16W∀m2;c2为第二辐射常数,c2=1.438786!10 2m∀K; 为中心波长;! 为带宽.在忽略相关电路固有噪声的情况下,比色测温仪的输出信号可以表达成U0=V01/V02,有U0=212exp Tc211-12! 1! 2(1) 选择2个合适的红外波长使得 1和 2, 1和 2相等,式(1)可进一步化简为U0=ex pTc211-12! 1! 2(2)由式(2)可知,采用理想比色测温模式,测温仪的输出信号U0与物体辐射率和能量衰减因素无关,即比色测温仪有很好的抗干扰性[3].此外,系统硬件还包括:工控机,数据采集卡和隔离模块.系统数据采集卡选用的是NI公司的PCI 6221.PCI 6221是一种高性能采集卡,最高采样率250kS/s,自带16路16bit模拟输入通道、24路数字I/O和2路16bit模拟输出通道,在实验中用于采集温度模拟信号.PCI 6221数据采集卡属于内置式驱动方式,在安装完驱动程序之后,直接采用采集卡携带的可以嵌入LabV IEW的DAQ模块库对采集卡进行操作.隔离模块采用的是研华公司的ADAM 3014隔离DC输入/输出模块,实验中用于隔离大电流,消除模拟信号传输过程中的干扰.高频焊管红外测温系统组成如图1所示.图1 测温系统组成Fig.1 C omposition of temperature measuring system为了保证测温仪可以获得最大的辐射能量,测温仪探头的最佳安放位置应在焊管焊接汇合点的正上方.但在实际生产和实验过程中,测温仪探头能否安放在最佳位置,受到高频焊管机组结构形式的制约,主要制约因素是挤压辊的结构,实验中的高频焊管机组的挤压辊结构形式为水平双辊加单垂直立辊.从挤压辊结构形式可知,由于垂直辊的存在,阻断了焊缝汇合点法线方向的光路,因而测温探头无∀24∀ 兰州理工大学学报 第36卷法垂直安放在最佳位置,只能和光路法线方向成一定夹角,由文献[3]分析可知,角度在60#以内,被测物辐射能量无较大衰减,不影响测量精度,因此这个夹角通常选在0~60#.图2所示为实验现场焊管红外测温图.图2 焊管测温示意图Fig.2 Schem atic diagram of temperature measuring forwelded pipe2 测温系统软件设计LabVIEW 是NI 公司开发的一种图形化的编程软件,包含各种强大的软件包,具备有数据采集、数据分析、信号发生、信号处理、输入输出控制等功能,广泛地被工业界、学术界和研究实验室使用,是一种标准的数据采集和仪器控制软件.本实验系统包括采集、滤波、显示和存储几个部分.程序设计流程图如图3所示.图3 程序结构流程图Fig.3 Flowchart and structure of program采集之前首先对采样参数进行设置,采样参数包括采样通道、输入范围、采样模式及采样率.温度采集进入PC 机后,为了保证信号的可靠性和稳定性,对信号进行进一步算法处理.通过移位寄存器将相邻2次采集的温度信号进行比较,如果2次信号相差不超过50 ,信号输出.否则选择上一次信号输出.系统采用T DMS (高速数据流文件)对采集的温度信号进行存储,TDMS 文件是以流文件的形式存储数据,读取速度快,适合高速采集系统中存储海量数据.此外,为直观监测焊管温度,程序中设计了温度报警子程序,当焊管温度超过上下限时,程序报警,前面板指示灯亮.在本系统中,前面板放置采样参数的设置窗口、报警指示灯和停止控件,并用示波器实时显示采集到的信号波形.图4所示为采集系统主界面.图4 采集系统主界面Fig.4 Main interface of temperature gathering system3 试验结果及数据分析为验证测温系统的可靠性,在浙江金洲集团生产车间进行了试验.试验管材型号为Q235带钢,管径:48mm,壁厚:2.75mm,焊接速度:60m/m in,焊接电压:400V,焊接电流:325A.图5所示为正常模式下采集整理的一段高频焊管温度数据波形图.图5 正常模式下的温度数据Fig.5 Temperature data in normal mode∀25∀第5期 樊 丁等:基于L abV IEW 的高频焊管红外测温系统设计从图5可以看出,采集系统较为准确地采集到了焊接温度(温度在1300~1425 ),但温度波动范围较大,分析其中原因,可能是测温过程焊管周围充斥较为强烈的水蒸气导致.为进一步验证这个猜测,在另一组试验中添加了空气吹扫装置,对光路方向的水蒸气进行清除,采集整理得到图6所示的一段温度数据.可见,图6中温度波动幅度明显减小,波动在1350~1400.图6 加空气吹扫的温度数据Fig.6 Temperature data gathered with air purge device比较图5和图6,在其他条件相同情况下,图6中温度波动幅度较图5中有所减小,证明了水蒸气对高频焊管红外测温精度和稳定性存在一定的影响.4 结论1)在高频焊管复杂测温条件下,使用红外比色测温仪能较大程度排除环境因素的干扰,保证测温的精度和稳定性.2)水蒸气对高频焊管红外测温精度和稳定性存在一定的影响,使用空气吹扫器能对测温光路上的水蒸气进行一定程度的清除,获得较好的测温精度和稳定性.3)使用LabV IEW 软件平台构建的温度采集系统能高效准确地采集高频焊管温度信号,并完成对信号的实时监测、存储,为进一步控制焊接温度提供了基础.致谢:本文得到金洲集团有限公司博士后工作站、兰州理工大学博士基金项目(BS052000907)的资助,在此表示感谢.参考文献:[1] 赖明道,吴学礼,于恩林,等.焊管机组的研究与发展[M ].北京:国防工业出版社,2006.[2] M OTOYOSI T,M AT SUOKA M.Development of Spark monitoring s ystem in ERW [J].CAM P IS IJ ,1996,5(9):1057.[3] 白日午,王 浦,付占稳,等.高频焊管焊接温度观测器[J].焊管,2006,29(2):45 47.[4] 耿 正,李莉群.红外测温技术在高频焊管中的应用[J ].焊管,2006,26(3):30 34.[5] 孟武胜,朱剑波,黄 鸿,等.基于LabVIEW 数据采集系统的设计[J].电子测量技术,2008,31(11):63 65.[6] 张鹏贤,马跃洲,陈剑虹,等.弧焊过程信号检测分析系统[J ].甘肃工业大学学报,2003,34(5):19 23.[7] 卢立晖,石 玗,黄健康,等.基于LabW indow s CVI 的铝合金脉冲M IG 焊数据采集系统设计[J ].兰州理工大学学报,2010,36(1):24 27.∀26∀ 兰州理工大学学报 第36卷。

摘要《信号与系统》是电类专业最基本的理论课程，其理论性非常强，内容较为抽象，学生感到有些理解上的困难，学习吃力。

针对这样理论性较强的专业课时，实验教学就显得尤为重要。

LabVIEW 作为一款主要针对测控、信号处理的图形化编程语言，具有形象、直观易懂以及强大的数据处理能力等特点，能支持多种硬件平台。

十分符合高等院校信号与系统实验教学要求，并且已经运用在国内外的一些高等院校中了。

为了加强学生对基本理论课程的理解，提高实际的工程能力，设计一个基于LabVIEW的实验教学系统是具有十分重要的现实意义。

本文先介绍LabVIEW的特点，然后在介绍实验的理论基础之上详细介绍了实验的LabVIEW实现。

完成了的信号分析、信号抽样、LTI系统特性、系统仿真、谐振电路的具体实现。

与传统的实验教学系统相比，LabVIEW易懂的图形化编程，强大的I/O 驱动能力——能方便的实现和多种硬件设备的连接，不仅能增加学生对实验的兴趣，还能增强学生软件和硬件结合的工程能力。

由这些模块构成的实验系统，可用于各电类专业的信号与系统的教学实验。

关键词：LabVIEW；数字信号处理；信号系统；实验教学平台；数据采集IABSTRACT<signal and system> is a fundamental course for the students of the Electronics specialty, which has strong feature of theory and abstract content ,making students feel confused. For this kind of course, experimental teaching is extremely significant.LabVIEW is a Graphics Language , aiming at control and signal processing, with the feature of visual, easy understanding and strong data processing，it also can support many kinds of hardware platform ,and has applied in many schools at home and abroad. it has very important real sense to design a experimental teaching system based on the LabVIEW aiming at enhancing students' understanding of the basic theory courses and improving engineering capabilities.The thesis firstly introduces the feature of LabVIEW, and experiments on LabVIEW inclu ding signal analysis, signal sampling, LTI system features, system simulation, and the resona nt circuit. Compared with the traditional experimental teaching system, the easy-understandi ng graphical programming in LabVIEW and its powerful I/O drive capability not only incre ases students' interest in the experiment, but also enhances the engineering ability of students to combine the software and hardware. The experimental system constituted by these modul es can be used to the experimental teaching involved in the signal and system for the student s of the Electronics specialty.KEY WORDS: LabVIEW；Digital signal process; Signal and system; Experimental teaching platform; Data acquisitionII目录1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.1.1 虚拟仪器在教学运用的前景 (1)1.1.2虚拟仪器和LabVIEW (1)1.2研究意义 (2)1.3研究内容 (2)2 走进LabVIEW的世界 (3)2.1什么是LabVIEW (3)2.2 LabVIEW的发展历史 (3)2.3 G语言 (3)2.4 LabVIEW的特点 (3)2.5 LabVIEW的应用领域 (4)3 信号系统实验的LabVIEW实现 (6)3.1信号分析 (7)3.1.1信号分析基本原理 (7)3.1.2信号分析的LabVIEW实现 (12)3.2信号抽样 (14)3.2.1信号抽样原理 (14)3.2.2信号抽样的LabVIEW实现 (15)3.3 LTI系统 (17)3.3.1 LTI系统特性 (18)3.3.2 LTI系统特性实验的LabVIEW实现 (19)3.4系统仿真 (21)3.4.1系统仿真的理论基础 (21)3.4.2系统仿真的LabVIEW实现 (24)3.5本章小结 (25)4 LabVIEW和Multisim的联合仿真 (26)4.1为什么要进行联合仿真 (26)4.2 Multisim自动化 (26)4.3数字电路和模拟电路的联合仿真 (27)5 数据采集 (30)III5.1数据采集基础 (30)5.1.1数据采集过程 (30)5.1.2采集卡的主要指标 (30)5.2 一阶电路的测量 (30)6 结论与展望 (33)参考文献 (34)附录1 (35)附录2 (44)7 致谢 (49)IV1 绪论1.1课题背景本文所开发的基于虚拟仪器的《信号与系统》实验教学平台是在计算机技术，信号测量技术，信号处理技术高速发展，实验室教学软硬件更新，为了促进学生更好的理解理论知识，增加实际的工程运用能力，在美国国家仪器N I公司的LabVIEW软件平台开发上的虚拟仪器实验教学系统。

被测网络数据采集设备收稿日期09.15 基于LabV IEW的虚拟频率特性测试仪赵清艳朱斌（华南理工大学广州510640）摘要：采用虚拟仪器的设计思想，设计J'基于LabVIEW的频率特性测昂:虚拟仪器。

这个虚拟仪器能够根拥不同的设定，产生一系列不同频率的激励信号加到实际被测的网络（或系统）上，使用相应的信号测量手段和处理方法，快速得到网络的幅频和相频特性。

关键词：LabVIEW,虚拟仪器，数据采集，频率测量The Instrument of Virtual Frequency Measurer Based on LabVIEWZhao Qing-yan Zhu Bin（School of Software Engineering, South China University of Technology, Guangzhou.510640）Abstract:This frequency measurer was realized base on LabVIEW by Virtual Instrument Technology. It can create a serial of frequency response and phase response rapidly by some technique of measurement and processing after the signal of dissimilar frequency was provided and passed actual measured system.Key Word: LcibView, Virtual Instrument, Data Acquisition, frequency measurement.1引言随看微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展，以及它们在各种测量技术与仪器仪表上的应用，使新的测试理论、测试方法、测试领域和仪器结构不断涌现并趋向成熟, 传统测试仪器的概念巳逐渐被仪器软件化的概念所代替，使得测试仪器向标准化、网络化、软件化方向发展。

基于LabVIEW的虚拟频率计设计概述(doc 74页)摘要摘要虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的仪器，它融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形软件编程技术等于一体，利用计算机强大的数字的处理能力来实现仪器的诸多功能，打破了传统仪器的框架，形成了一种新的仪器模式。

文章分析了虚拟仪器技术的现状及今后的发展趋势，介绍了虚拟仪器、LabVIEW的相关知识。

叙述了虚拟频率计的理论基础，阐述了过零计数法测频原理和线性插值法原理。

设计了过零计数法测频的程序框图，介绍了DAQmx驱动软件的编程方法，创建仿真设备，排除波形过零点附近的波动干扰。

用仿真设备产生模拟波形并验证过零计数法测频的程序框图的正确性。

介绍了数据采集理论，设计了USB2832数据采集卡驱动层程序，完成了频率测量和误差分析，验证了奈奎斯特定理。

关键词：虚拟仪器，LabVIEW，过零计数法，线性插值法，数据采集卡IABSTRACTAbstractVirtual Instrument is based on computer related hardware and software by increasing the building made with a visual interface of the instrument, which combines the test theory, theory and technology equipment, computer interface technology, high-speed bus technology and graphics software programming technology. The use of powerful digital computer processing power to achieve the instrument's many features, the traditional instruments of the framework is broken, the formation of a new instrument model is established.The Virtual Instrument technology present conditionand and future development trend are firstly analyzed in this paper, the knowledge of related virtual instrument and LabVIEW are described. The theoretical basis of virtual frequency meter are elaborated,the working principles of zero-crossing counting method and linear interpolation method are elaborated. The flow diagram of virtual frequency meter is designed.The programming method of the driver software related DAQmx are described, the simulation equipment is established, the fluctuations of waveform are excluded. analog waveform is generated by simulation equipment, The flow diagram of virtual frequency meter is verified. The theoretical data collection is described，the driver diagram of USB2832 data acquisition card is designed. Frequency measurement and error analysis are completed, Nyquist theorem is verified.Key Words:Virtual Instrument, LabVIEW ,zero-crossing counting method, linear interpolation, data acquisition cardII目录第1章引言 (1)1.1 测控技术的发展现状 (1)1.2 虚拟仪器的概述 (2)1.2.1 虚拟仪器的概念 (2)1.2.2 虚拟仪器的特点及优势 (3)1.2.3 虚拟仪器技术的发展趋势 (4)1.2.4 虚拟仪器技术在教学实验中的应用前景 (4)1.3 论文主要内容 (5)第2章过零计数法测频原理与系统设计 (7)2.1过零计数法测频原理 (7)2.2 线性插值法 (9)2.3 虚拟频率计系统设计 (11)2.4小结 (12)第3章应用层程序设计与仿真 (14)3.1 程序模块化设计概述 (14)3.1.1 程序设计的模块化原则 (14)3.1.2 软件系统的模块化设计原则 (15)3.2 虚拟频率计应用层程序设计 (16)3.2.1 LabVIEW编程语言的组成部分 (16)3.2.2 程序设计流程图 (17)3.2.3 应用层程序设计 (18)3.2.3.1 LabVIEW名词和函数 (18)3.2.3.1 应用层程序设计 (21)3.3 DAQmx仿真 (23)3.3.1 NI数据采集卡的驱动软件 (23)3.3.2 DAQmx驱动函数 (24)IIIIV外文资料原文 (69)外文资料译文 (77)V1第1章引言1.1 测控技术的发展现状测控技术在现代科学技术、工业生产和国防科技等诸多领域中应用十分广泛，它的现代化已被认为是科学技术、国防现代化的重要条件和明显标志。

基于LABVIEW的信号发生系统1、LABVIEW概述1.1 Labview简介LabVIEW[2]〔Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench〕是一种用图标代替文本行创立应用程序的图形化编程语言。

传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 LabVIEW [2]那么采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。

VI指虚拟仪器，是 LabVIEW [2]的程序模块。

LabVIEW [2]提供很多外观与传统仪器〔如示波器、万用表〕类似的控件，可用来方便地创立用户界面。

用户界面在 LabVIEW [2]中被称为前面板。

使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进展控制。

这就是图形化源代码，又称G代码。

LabVIEW [2]的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。

1.2 LABVIEW的应用LABVIEW有很多优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。

测试测量：LABVIEW最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。

经过多年的开展，LABVIEW在测试测量领域获得了广泛的成认。

至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。

同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。

这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的根底上再开发程序就容易多了。

有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。

控制：控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的LabVIEW自然而然地首先拓展至控制领域。

LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块----LabVIEWDSC。

除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。