一種基于Labview的信號(hào)發(fā)生及分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

益朋

摘 要：應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)可設(shè)計(jì)一種基于Labview的可添加噪聲和窗函數(shù)的虛擬信號(hào)發(fā)生器及信號(hào)分析系統(tǒng)。虛擬信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)能夠靈活控制信號(hào)的頻率、幅值和相位，較快捷地實(shí)現(xiàn)多種虛擬信號(hào)波形的產(chǎn)生、讀取和存儲(chǔ)功能，并結(jié)合計(jì)算機(jī)自帶的聲卡，對(duì)虛擬信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行模擬輸出。信號(hào)的時(shí)域分析和頻域分析系統(tǒng)可以完成時(shí)域統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析、加窗分析和頻譜分析等功能，軟件的性能可通過(guò)后續(xù)編程進(jìn)行擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；Labview；信號(hào)；模擬

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）15-0129-03

虛擬儀器（Virtual Instruments，VI）是計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器深層結(jié)合的產(chǎn)物，它是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)和定義儀器功能，具有虛擬面板，且具體功能由所編寫的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性價(jià)比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，“軟件即儀器”（Software is Instrument）反映了虛擬儀器的基本特征。

傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生及分析儀器是基于硬件系統(tǒng)結(jié)合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存在技術(shù)更新周期長(zhǎng)、儀器功能無(wú)法自定義、與其他設(shè)備連接困難、開發(fā)維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器一般只提供正弦波、方波、三角波等幾種波形，而在實(shí)際的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，工作者往往需要一些特殊信號(hào)、任意信號(hào)波形的輸出，傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)不能很好地滿足這樣的需求。目前，測(cè)控領(lǐng)域的工作者已經(jīng)開始借助虛擬儀器以軟件為核心的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將信號(hào)發(fā)生器作為虛擬儀器的一個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，用來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)儀器的不足。通過(guò)利用虛擬儀器技術(shù)，已經(jīng)有一部分具體的測(cè)試和分析系統(tǒng)被投用，這些系統(tǒng)大多用于完成某些具體的信號(hào)測(cè)試及信號(hào)分析，但是，對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行較為全面分析的虛擬儀器還不多見(jiàn)。

本文利用計(jì)算機(jī)硬件和Labview開發(fā)軟件，設(shè)計(jì)既具有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的虛擬信號(hào)發(fā)生器及信號(hào)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可添加噪聲和窗函數(shù)的多種虛擬信號(hào)的發(fā)生、讀取和存儲(chǔ)功能，可通過(guò)計(jì)算機(jī)聲卡實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模擬輸出，并具有信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析功能，可完成信號(hào)或信號(hào)數(shù)據(jù)的分析功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一臺(tái)虛擬儀器主要包括軟件和硬件兩大部分，本文設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生及分析系統(tǒng)的外圍硬件包括計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)自帶的聲卡。一般聲卡具有16位D/A轉(zhuǎn)換精度，可輸出的信號(hào)頻率范圍在1 Hz～20 kHz之間，可以滿足一般的測(cè)試需求。使用計(jì)算

機(jī)聲卡作為D/A轉(zhuǎn)換工具，比一般的12位D/A卡的精度要高，其價(jià)格又相對(duì)低廉，具有一f定的可行性。利用聲卡的D/A輸出，可以將信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)作為音頻信號(hào)，通過(guò)功放或線路輸出送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波。

軟件系統(tǒng)以Labview 2009 為開發(fā)平臺(tái)，由用戶自主設(shè)計(jì)程序儀器面板，通過(guò)編程軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生及分析系統(tǒng)的具體功能。信號(hào)發(fā)生器的基本組成如圖1所示。

摘 要：應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)可設(shè)計(jì)一種基于Labview的可添加噪聲和窗函數(shù)的虛擬信號(hào)發(fā)生器及信號(hào)分析系統(tǒng)。虛擬信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)能夠靈活控制信號(hào)的頻率、幅值和相位，較快捷地實(shí)現(xiàn)多種虛擬信號(hào)波形的產(chǎn)生、讀取和存儲(chǔ)功能，并結(jié)合計(jì)算機(jī)自帶的聲卡，對(duì)虛擬信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行模擬輸出。信號(hào)的時(shí)域分析和頻域分析系統(tǒng)可以完成時(shí)域統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析、加窗分析和頻譜分析等功能，軟件的性能可通過(guò)后續(xù)編程進(jìn)行擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；Labview；信號(hào)；模擬

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）15-0129-03

虛擬儀器（Virtual Instruments，VI）是計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器深層結(jié)合的產(chǎn)物，它是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)和定義儀器功能，具有虛擬面板，且具體功能由所編寫的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性價(jià)比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，“軟件即儀器”（Software is Instrument）反映了虛擬儀器的基本特征。

傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生及分析儀器是基于硬件系統(tǒng)結(jié)合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存在技術(shù)更新周期長(zhǎng)、儀器功能無(wú)法自定義、與其他設(shè)備連接困難、開發(fā)維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器一般只提供正弦波、方波、三角波等幾種波形，而在實(shí)際的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，工作者往往需要一些特殊信號(hào)、任意信號(hào)波形的輸出，傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)不能很好地滿足這樣的需求。目前，測(cè)控領(lǐng)域的工作者已經(jīng)開始借助虛擬儀器以軟件為核心的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將信號(hào)發(fā)生器作為虛擬儀器的一個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，用來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)儀器的不足。通過(guò)利用虛擬儀器技術(shù)，已經(jīng)有一部分具體的測(cè)試和分析系統(tǒng)被投用，這些系統(tǒng)大多用于完成某些具體的信號(hào)測(cè)試及信號(hào)分析，但是，對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行較為全面分析的虛擬儀器還不多見(jiàn)。

本文利用計(jì)算機(jī)硬件和Labview開發(fā)軟件，設(shè)計(jì)既具有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的虛擬信號(hào)發(fā)生器及信號(hào)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可添加噪聲和窗函數(shù)的多種虛擬信號(hào)的發(fā)生、讀取和存儲(chǔ)功能，可通過(guò)計(jì)算機(jī)聲卡實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模擬輸出，并具有信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析功能，可完成信號(hào)或信號(hào)數(shù)據(jù)的分析功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一臺(tái)虛擬儀器主要包括軟件和硬件兩大部分，本文設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生及分析系統(tǒng)的外圍硬件包括計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)自帶的聲卡。一般聲卡具有16位D/A轉(zhuǎn)換精度，可輸出的信號(hào)頻率范圍在1 Hz～20 kHz之間，可以滿足一般的測(cè)試需求。使用計(jì)算

機(jī)聲卡作為D/A轉(zhuǎn)換工具，比一般的12位D/A卡的精度要高，其價(jià)格又相對(duì)低廉，具有一f定的可行性。利用聲卡的D/A輸出，可以將信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)作為音頻信號(hào)，通過(guò)功放或線路輸出送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波。

軟件系統(tǒng)以Labview 2009 為開發(fā)平臺(tái)，由用戶自主設(shè)計(jì)程序儀器面板，通過(guò)編程軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生及分析系統(tǒng)的具體功能。信號(hào)發(fā)生器的基本組成如圖1所示。

摘 要：應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)可設(shè)計(jì)一種基于Labview的可添加噪聲和窗函數(shù)的虛擬信號(hào)發(fā)生器及信號(hào)分析系統(tǒng)。虛擬信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)能夠靈活控制信號(hào)的頻率、幅值和相位，較快捷地實(shí)現(xiàn)多種虛擬信號(hào)波形的產(chǎn)生、讀取和存儲(chǔ)功能，并結(jié)合計(jì)算機(jī)自帶的聲卡，對(duì)虛擬信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行模擬輸出。信號(hào)的時(shí)域分析和頻域分析系統(tǒng)可以完成時(shí)域統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析、加窗分析和頻譜分析等功能，軟件的性能可通過(guò)后續(xù)編程進(jìn)行擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；Labview；信號(hào)；模擬

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）15-0129-03

虛擬儀器（Virtual Instruments，VI）是計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器深層結(jié)合的產(chǎn)物，它是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)和定義儀器功能，具有虛擬面板，且具體功能由所編寫的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性價(jià)比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，“軟件即儀器”（Software is Instrument）反映了虛擬儀器的基本特征。

傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生及分析儀器是基于硬件系統(tǒng)結(jié)合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存在技術(shù)更新周期長(zhǎng)、儀器功能無(wú)法自定義、與其他設(shè)備連接困難、開發(fā)維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器一般只提供正弦波、方波、三角波等幾種波形，而在實(shí)際的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，工作者往往需要一些特殊信號(hào)、任意信號(hào)波形的輸出，傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)不能很好地滿足這樣的需求。目前，測(cè)控領(lǐng)域的工作者已經(jīng)開始借助虛擬儀器以軟件為核心的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將信號(hào)發(fā)生器作為虛擬儀器的一個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，用來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)儀器的不足。通過(guò)利用虛擬儀器技術(shù)，已經(jīng)有一部分具體的測(cè)試和分析系統(tǒng)被投用，這些系統(tǒng)大多用于完成某些具體的信號(hào)測(cè)試及信號(hào)分析，但是，對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行較為全面分析的虛擬儀器還不多見(jiàn)。

本文利用計(jì)算機(jī)硬件和Labview開發(fā)軟件，設(shè)計(jì)既具有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的虛擬信號(hào)發(fā)生器及信號(hào)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可添加噪聲和窗函數(shù)的多種虛擬信號(hào)的發(fā)生、讀取和存儲(chǔ)功能，可通過(guò)計(jì)算機(jī)聲卡實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模擬輸出，并具有信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析功能，可完成信號(hào)或信號(hào)數(shù)據(jù)的分析功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一臺(tái)虛擬儀器主要包括軟件和硬件兩大部分，本文設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生及分析系統(tǒng)的外圍硬件包括計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)自帶的聲卡。一般聲卡具有16位D/A轉(zhuǎn)換精度，可輸出的信號(hào)頻率范圍在1 Hz～20 kHz之間，可以滿足一般的測(cè)試需求。使用計(jì)算

機(jī)聲卡作為D/A轉(zhuǎn)換工具，比一般的12位D/A卡的精度要高，其價(jià)格又相對(duì)低廉，具有一f定的可行性。利用聲卡的D/A輸出，可以將信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)作為音頻信號(hào)，通過(guò)功放或線路輸出送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波。

軟件系統(tǒng)以Labview 2009 為開發(fā)平臺(tái)，由用戶自主設(shè)計(jì)程序儀器面板，通過(guò)編程軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生及分析系統(tǒng)的具體功能。信號(hào)發(fā)生器的基本組成如圖1所示。