基于虚拟仪器LabView的数字相敏检波算法仿真研究

基于labview的虚拟相位差计的设计2008-06-14 13:47我的网上查了一下关于虚拟仪器或labview的文章，发现很少．有同学在做这方便的毕业设计，苦于找不到参考资料．我也经历了这样的一个过程，很气愤有人在拿着这方面的资料牟利，所以我决定把我的毕业设计拿出来分享，希望对有些人有些帮助，虽然分享的晚了点．（请尊重我的劳动成果）4.4 虚拟相位差计的设计相位差:两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫做相差。

这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。

例如研究加在电路上的交流电压和通过这个电路的交流电流的相位差。

如果电路是纯电阻，那么交流电压和电流电流的相位差等于零。

也就是说交流电压等于零的时候，交流电流也等于零，交流电压变到最大值的时候，交流电流也变到最大值。

这种情况叫做同相位，或者叫做同相。

如果电路含有电感和电容，交流电压和交流电流的相位差一般是不等于零的，也就是说一般是不同相的，或者电压超前于电流，或者电流超前于电压。

4.4.1 功能描述·采用谱分析技术测量两个同频正弦波信号的相位；·两个下正弦波信号的幅值、相位都可由用户选择设定；·信号的采样点数、采样周期数可由用户选择。

4.4.2 设计原理1. 谱分析求相位差的原理频谱分析法是通过求取周期信号的频域特性（主要是相频特性），然后取两信号相频特性曲线中对应信号各频率分量的相位值，其差值即为所求相位差。

理论上，该方法有很好的选频特性，对谐波干扰抑制性好。

实际处理中，通常用快速傅立叶变换（FFT）来进行频谱分析。

2. 程序流程图基于谱分析的相位差计的程序流程如图所示。

图4.4.1 基于谱分析的相位差计程序流图程序运行时，首先根据用户的选择生成两个正弦波信号，然后调用LabVIEW Signal Processing Functions中的图标AmpPhaseSpetrum分别计算两个信号的幅频特性、相频特性，再根据信号的周期数分别确定两个信号的主频分量的相位，并将其相减就得到了相位差。

基于LabVIEW的虚拟数字示波器设计作者：黄为付宏涛来源：《科学与财富》2019年第31期摘要：利用LabVIEW集成开发环境，给出了虚拟数字示波器的具体设计思路与方法。

所设计的虚拟示波器除了具有传统数字示波器通用功能外，还增加了许多扩展功能，如：滤波及加窗函数处理、频谱分析、信号相关性分析、失真分析、波形的运算等等，其成本低廉，功能可根据应用的需要不断地扩展。

在相关的工程应用以及电子、通信类学科的教学中有普遍的借鉴作用。

关键词：LabVIEW;虚拟仪器;虚拟数字示波器;0 引言虚拟技术、计算机通信技术及网络技术被称为21世纪科学技术中的三大核心技术。

随着大规模集成电路技术、信号分析与处理技术、计算机技术和网络技术的迅速发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化[1-2]，从传统的模拟仪器发展到数字化仪器，再到智能仪器及虚拟仪器。

传统的仪器是由仪器厂家设计并定义好功能的一个的实体装置，每种仪器只能实现一类特定的测量功能。

数字化仪器的出现使测量仪器的应用更加的灵活方便、精准可靠，其中数字示波器是最典型的、通用的、精密的一种测量与分析仪器，它在工农业、军事、科教中得到了广泛的应用。

本设计中的虚拟示波器不仅实现了实际数字示波器的波形显示及参数测量功能，而且还包含了许多传统的数字示波器所不具备的功能，并且还可以根据需要有许多特定的功能扩展。

1 虚拟仪器虚拟仪器是虚拟技术的一个很重要的组成部分，虚拟仪器系统总体上是有硬件和软件两部分构成，它最大限度的利用计算机系统的软、硬件资源，用功能强大的软件去代替传统仪器的大部分硬件功能来完成对信号数据的采集、运算、分析及处理工作，实现了软件即是仪器的思想，使测量仪器在系统开发、系统集成及功能扩展等等方面得到了很大的进步。

虚拟仪器具有研发周期短、成本低、性能高以及组建系统灵活等特点，而且易于实现网络化，特别适应于现代科学技术及科学研究所要求的测量与控制需求[3-4]。

使用LabVIEW进行模拟和仿真LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种广泛应用于虚拟仪器技术的开发环境和程序设计语言。

利用LabVIEW，工程师和科学家可以利用图形化界面，快速开发出可靠的控制、测量和数据采集系统。

除了用于硬件控制和数据采集，LabVIEW还可以用于模拟和仿真，为系统设计和验证提供支持。

一、LabVIEW的基本概念LabVIEW使用基于图形的编程语言——G语言，使得用户能够通过简单地在屏幕上拖拽和连接不同的函数模块，来完成各种任务。

用户可以创建自定义的虚拟仪器界面，来模拟和仿真实际系统的行为。

LabVIEW提供了丰富的功能，包括数据采集、信号处理、控制逻辑等。

用户可以从库中选择适当的函数模块，拖拽到程序框图中，然后通过连接线将其组合在一起。

这种视觉化的方法，使得程序的开发变得直观和易于理解。

二、LabVIEW的模拟功能LabVIEW具有强大的模拟功能，用户可以通过构建合适的模型，模拟出实际系统的行为。

LabVIEW支持各种不同的模拟方法，包括数学模型、物理模型、电路模型等。

在LabVIEW中，用户可以使用数学函数和运算符，来构建数学模型。

通过输入合适的参数，用户可以模拟出各种不同的数学运算，如傅里叶变换、微分方程求解、积分等。

这使得用户能够更好地理解系统的行为，预测系统的响应。

另外，LabVIEW还提供了专门的工具箱，如信号处理、控制系统、通信等，用户可以利用这些工具箱，按照实际需求进行模拟和仿真。

这些工具箱提供了各种不同的函数模块，便于用户构建各种复杂的模型。

三、LabVIEW的仿真功能除了模拟功能，LabVIEW还具有强大的仿真能力。

用户可以根据实际系统的特性，构建相应的仿真模型，并对其进行仿真验证。

LabVIEW提供了各种不同的仿真方法，如时域仿真、频域仿真等。

在LabVIEW中，用户可以通过输入系统的物理参数和初始条件，构建相应的物理模型。

基于LabView的机械工程仿真实验实验一信号的发生与分析实验一实验目的在理论学习的基础上，认识各典型信号的波形曲线及其典型参数对波形的影响。

二实验原理信号从广义上讲，是随时间变化的某种物理量。

严格来说，信号是消息的表现形式与传送载体。

信号的分类有几种方法：1 确定信号与随机信号2 连续信号与离散信号3 周期信号与非周期信号4 能量信号与功率信号以下介绍几个基本概念。

连续信号：在观测过程的连续时间范围内信号有确定的值，允许在其时间定义域上存在有限个间断点。

通常以f(t)表示。

模拟信号：如果连续信号在任意时刻的取值是连续的，即为模拟信号。

离散信号：信号仅在规定的离散时刻有定义。

通常以f[k]表示。

数字信号：取值为离散的离散信号。

三实验内容与步骤1 典型信号的波形分析实验典型信号的波形分析主要是通过信号类型、采样参数、频率、幅值、初始相位、直流偏置、占空比、噪声等参数的设置，让学生观察输出波形的变化。

其实验前面板如下图所示,分为控制区和显示区两部分。

控制区完成对信号相关属性的输入控制，通过改变控制区各输入控件的类型或数值，可以实现输出频率、幅度、初始相位、直流偏移各不相同的正弦波、方波、三角波、锯齿波四种常用函数波形。

其中占空比只对方波有效。

还可以通过设置程序的等待时间来改变波形的变化快慢。

显示区显示当前设置所产生的波形信号以及信号在当前时间的相位。

图1-1 典型信号的波形分析实验前面板2 多频信号发生实验在实际测试当中，采样得到的信号往往包括很多信号，这些信号的频率、幅度等特征不一样，因此在检验测试系统时需要用合成信号来仿真，以便尽量使之与真实测试环境信号保持一致。

多频信号发生器，在时域中发生一组频率幅值不同的波形，通过FFT变化，观测其在频域中的波形。

前面板如图所示，用三个一维数组输入控件设置各个分量的频率、幅度、初始相位，在数组中处于相同位置的频率、幅度、初始相位组成一个分量。

为了证明确实是多频波，对信号进行傅里叶变换，观察其频域图，结果表明确实与设置相吻合。

目录1 技术指标 (1)1.1 数字滤波器的性能要求 (1)1.2 虚拟仪器方案 (1)2 基本原理 (2)2.1 LabVIEW软件主要功能和特点 (2)2.2 数字滤波器功能简介 (2)2.2.1 带通，带阻与过渡 (3)2.2.2 带通纹波和带阻衰减 (4)2.3 数字滤波器的实现 (4)3 建立模型描述 (4)3.1 前面板的设计 (5)3.2 流程图的设计 (6)4 总结分析 (7)4.1 影响滤波器因素分析 (7)4.2 巴特沃斯滤波器与切比雪夫滤波器的性能比较 (8)5 心得体会 (9)6 参考文献 (10)基于LABVIEW的虚拟数字滤波器设计1 技术指标基于LABVIEW的虚拟数字滤波器设计（利用LABVIEW设计一个数字滤波器，可以实现IIR、FIR等数字滤波功能，参数可调）。

1.1 数字滤波器的性能要求数字滤波器要求是实现对信号的滤波、提取、增强信号的有用分量、削弱无用的分量。

它是一种选频装置，它给一个或几个频率范围内的电信号给以很小的衰减，使这部分信号能顺利通过，对其他频带内的信号给以很大的衰减，从而尽可能阻止这部分信号的通过。

从实现的网络结构或从单位脉冲响应分类，数字滤波器可以分为无限脉冲相应滤波器（Infinite impulse respose，IIR）和有限脉冲相应滤波器（Finite impulse respose，FIR）。

1.2 虚拟仪器方案图1 一般虚拟仪器的设计方案LabVIEW8.5具有强大的数据处理能力，包括信号的产生、数据信号处理、测量、数据滤波、概率统计、线性代数、曲线拟合、数值分析等多种软件分析功能。

它使用可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。

由于虚拟仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，任何使用者都可通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能和规模，这充分体现了软件就是仪器的设计思想。

2基本原理下面简述各个功能模块的性能指标2.1 LabVIEW软件主要功能和特点LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）即实验室虚拟仪器工程平台，是由美国国家仪器NI（National Instrument）公司推出的世界上第一个采用图形化编程技术的面向仪器的32位编译型程序开发系统。

基于LABVIEW的虚拟示波器设计计算机与电子技术等专业毕业设计毕业论文第一章：绪论 (4)1．1虚拟仪器概述 (4)1．1．1 虚拟仪器的产生 (4)1．1．2 虚拟仪器的概念 (4)1．1．3 虚拟仪器的构成 (5)1.1.4 虚拟仪器的优点 (7)1．2虚拟仪器的现状 (9)1．2．1 国外现状 (9)1．2．2 国内现状 (10)1．2．3发展趋势 (11)1.3课题背景和课题目的 (11)1.4本文的研究内容 (12)第二章方案及关键技术 (14)2．1虚拟仪器创建过程 (14)2.2数据采集基础知识 (15)2.2.1 采样定理 (15)2.2.2 模拟信号与数字信号 (18)2.2.3 A/D转换技术 (18)2.2.4 D/A转化技术 (24)2.3PCI6221数据采集卡慨述 (28)2.4安装与测试 (30)2.4.1 硬件的安装 (30)2.4.2 测试 (32)2.5信号连接 (33)2.5.1 管脚图 (33)2.5.2输入连接 (34)2.5.3 模拟信号输出连接及外围电路 (35)2.6设计软件比较 (36)2.7总体设计 (37)第三章软件模块的设计 (38)3.1程序的流程图 (38)3．2程序的结构图 (39)3．3LABVIEW简介 (39)3．3．1 G语言简介 (40)3．3．2 LABVIEW 程序组成 (40)3．4数据采集 (41)3.4.1 DAQmx介绍 (41)3.4.2 程序整体设计 (42)3.4.3 程序框图 (42)3.5滤波及分析 (44)3.5.1 滤波分析 (44)3.5.2 数据分析 (45)3.6多线程技术 (46)3.6.1 Windows的多线程机制 (47)3.6.2 LabVIEW与多线程 (47)3.6.3 多线程技术在本设计中的应用 (47)3.6.4并行处理 (48)3．7小结 (49)第四章程序设计显示 (50)4．1前面板设计 (50)4．2程序的总框图 (50)4．3程序属性设置及调试结果 (51)4．4小结 (53)第五章总结与展望 (55)谢辞 (56)参考文献 (58)致谢 (63)第一章：绪论1．1 虚拟仪器概述1．1．1 虚拟仪器的产生虚拟仪器技术是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。

毕业设计(论文)开题报告课题：基于Labview虚拟示波器的设计院系：电气信息学院专业：测控技术与仪器学生姓名：彭成和学号：200801200106指导教师：李亚2012年1月16 日开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从电气系网页或各教研室FTB上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料。

4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计论文》等资料装入文件袋中。

毕业设计（论文）开题报告1．文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

文献综述一、引言随着计算机技术、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨大的变化，美商国家仪器公司(National Instruments)于八十年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期，随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器。

虚拟仪器就是在通用计算机上加上软件和（或）硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用的传统电子仪器。

在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。

虚拟仪器技术的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，虚拟仪器技术给用户一个充分发挥自己的才能、想象力的空间。

1 绪论1.1 引言由于微电子技术、计算机技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技术上的应用，新的测试理论、测试方法、测试领域和新的仪器结构的出现，电子测量仪器的功能和作用发生了非常大的变化.虚拟仪器就是利用现有的计算机，加上特殊设计的硬件和软件，形成既有普通通用仪器的功能和界面,又具有强大的数据分析、处理、存储、控制等强大功能的高档低价新型仪器。

它代表了当前电子测试仪器发展的新方向。

示波器在电子测量、测试仪器中有着很广泛的应用，是观察模拟电路和数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。

根据示波器组成原理的不同，可分为模拟示波器和数字示波器。

模拟示波器具有分辨率高、响应快、价格低廉等优点，在电子测量技术领域中曾得到广泛的应用。

但是由于模拟示波器所采用的模拟技术的局限性，其缺点也是非常的明显的，如：体积庞大，只能观察和分析重复的周期性信号，对慢速信号、单次或偶尔出现的高速、高频信号，难以观察和分析，而且不能用来观察触发前的信号的波形等。

并且在很多测量场合下，不仅要对被测信号进行定性分析，还要进行定量的分析，如需要测量信号的周期、频率、峰－峰值等。

模拟示波器要完成这些功能，就需要增加专用的电路，而使得价格大大增加。

随着数字电路、大规模集成电路和微处理器技术的快速发展，尤其是高速模/数（A/D）转换器及存储器（RAM）技术的高速发展，出现了数字示波器。

它把模拟信号数字化，存储于半导体存储器中，主要是用于捕获和存储单次或瞬变信号。

这种数字存储示波器有着许多独特的优点和功能，能够采集、观测、处理、存贮信号。

与传统模拟示波器相比，数字示波器有以下两个突出的优点：（1）尤其适合用来捕获、观测非重复性的瞬态单次脉冲信号、随机信号或变化缓慢的信号，并能将被测信号长久的保存下来；（2）具有负延迟触发这是数字示波器所具有的独特的功能，可以观测触发信号到来之前的一段信号波形，这种功能在电路的故障诊断和电子器件的性能检测中是很有必要的，在电气、电子、机械、试验分析、生物医学、国防科研和生产过程等各个科研生产领域中，虚拟数字示波器有着广泛的应用，并成为了近年来发展速度最快的新型仪器之一。

基于LabVIEW的虚拟仪器设计——FFT快速傅立叶变换函数的应用摘要FFT（Fast Fourier Transformation），即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。

DFT对于X（K）的每个K值，需要进行4N次实数相乘和（4N-2）次相加，对于有N个K值的情况，共需N*N乘和N（4N-2）次实数相加。

改进DFT 算法，减小它的运算量，利用DFT中的周期性和对称性，使整个DFT的计算变成一系列迭代运算，可大幅度提高运算过程和运算量，这就是FFT的基本思想。

虽然它对傅氏变换的理论并没有新的发现，但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换，可以说是进了一大步。

虽然FFT大幅度地降低了常规傅立叶变换的运算量，但对于一般的单片机而言，处理FFT运算还是力不从心。

主要原因是FFT计算过程中的蝶形运算是复数运算，要分开实部和虚部分别计算。

在这是利用LabVIEW来实现快速傅立叶变化。

LabVIEW是一种程序开发环境，类似于BASIC开发环境；但LabVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行；而LabVIEW使用图形化编程语言G编写程序，产生.的程序是框图的形式。

像C或BASIC一样，LabVIEW 也是通用的编程系统，有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。

LabVIEW的函数库共包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。

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通过程序(子V1)的结果、单步执行等，便于程序的调试。

关键词：虚拟仪器, LabVIEW, FFT目录1 绪论 (3)1.1课题描述 (3)1.2方案论证 ........................................................................................ 错误！未定义书签。