基于LabVIEW的信号系统实验设计毕业论文
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
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5.1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
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1 错误！未找到引用源。 1 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NI公司的LabVIEW软件平台开发上的虚拟仪器实验教学系统。可用于应用于各电类专业的自动控制、信号处理实验教学。本文的背景知识包括：信号与系统、LabVIEW编程、数字信号处理、电路原理。
1.1.1 虚拟仪器在教学运用的前景
我国科学家怀樵老先生在1979年提出了“软件制造仪器”的概念。1986年美国国家仪器公司NI（National Instruments）提出了虚拟测量仪器（VI）概念，在传统仪器领域引发了一场深刻的变革，它使得计算机和网络技术能够进入仪器领域，和仪器技术结合起来，开创了“软件即是仪器”的先河。实验教学在高等工科教育中占据重要的地位，并起着不可替代的的作用，特别是在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，通常在高校实际实验教学中，主要是通过基于硬件或软件的实验加深学生对所学知识的理解。目前高校中很多的实验是采用试验箱和传统仪器来搭建的实验平台，或者是用C、MATLAB等语言编写的仿真软件系统。硬件实验常通过利用信号发生器、示波器、频谱分析仪、采集卡等器件产生、观察、测试、分析信号的波形和各种特性。但是硬件投资大、维护、更新难、操作出现意外损失也较大，适合有一定基础的高年级学生，软件实验利用软件编程对信号进行各种处理，MATLAB是我们之前《信号与系统》实验所用软件其操作简单，处理能力强，仿真效果好，但是其也存在直观性差。无法快速、高效、实时地处理各种信号，不能较好的满足对低年级实验教学的现实需求。使用虚拟仪器的法案，可以在很大的程度上减少实验室的硬件投入、系统的维护成本，还可以锻炼学生实际的测试工程技能，增加学生的学习兴趣。
1.1.2虚拟仪器和LabVIEW
所谓的虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。它的实质是用电脑的显示器功能来模拟传统仪器的控制面板，用模块化的硬件来实现软件和硬件的联合，用I/O设备完成信号的采集与输出，用强大的软件来实现信号的采运算、分析和处理，从而实现各种功能的计算机测控系统。其具有性能高、扩展性强、开发周期短、无缝集成等优点。用户用鼠标
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操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样真实与方便。LabVIEW是由NI公司开发的一个图形化的软件编程语言，是一种数据流编程语言。它的目的在于简化工程师在构建自动化系统过程中的各个环节，降低开发难度，提高工程师的效率。也被称为G语言，通过LabVIEW和DAQ设备，工程师可以在一台普通的PC上搭建测控系统，而无需其他硬件，在前面板中设计自定义的操作界面，在程序框图中设计数据采集和分析功能。软件在整个系统中占据了重要的作用，因此“软件就是仪器”的概念就是指这样一种以软件为核心的模块化仪器系统。
1.2研究意义
由于虚拟仪器技术较传统仪器具有上述较多的优点，现阶段的实验室也以安装了LabVIEW软件，购买了NI的数据采集卡。因此在这个时候开发一套基于LabVIEW的虚拟仪器教学实验系统，不仅能充分的利用教学资源，其和传统教学仪器的结合更能提高我校学生实际动手的兴趣，增加的工程能力和实验教学的效果。其次由于我校的LabVIEW实验课程是在大三学年，让学生在这个时候接触LabVIEW能提高其后面的学习能力，从而为以后实际工作中的测试、控制和设计打下良好的基础。
1.3研究内容
本文主要阐述了信号系统实验的理论知识和在理论知识之上的信号系统实验的LabVIEW具体实现。
第二章 主要讲述了在测试控制领域占有重要作用的LabVIEW软件。
第三章 主要讲述了信号系统实验的信号分析、信号抽样、LTI系统特性、系统仿真的具体理论知识，并在理论的基础之上用LabVIEW实现了各个实验。
第四章 讲述了LabVIEW和Multisim联合仿真的基本知识，在理论的基础之上是实现了AM调制的包络解调。
第五章 简单介绍了数据采集的基本知识，并实现了对一阶RC电路幅频特性的测量。
第六章 结论和展望。
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2 错误！未找到引用源。 2 走进LabVIEW的世界
2.1什么是LabVIEW
LabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的缩写，它是美
国国家仪器有限公司（National Instruments Co.Ld.简称：NI）最核心的软件产品。与我们较为常见的文本编程语言，如C，C++,C#或Java相比，LabVIEW最大特点是它是一种图形化编程语言。
2.2 LabVIEW的发展历史
1986年，一个对虚拟仪器系统产生巨大影响的软件在NI诞生。它就是LabVIEW 1.0，这个版本是在Macintosh机上实现的，后来才移植到PC机上。LabVIEW一直尝试对跨平台的支持，1993年发布的LabVIEW 3.0实现了正对多种操作平台的支持，使得同样的LabVIEW代码可以得到最大限度的复用，舍去系统跨平台重写代码的重复劳动。在1998年发布的LabVIEW 5.0 实现了多线程运行；LabVIEW 6.0实现了联网；LabVIEW 7.0中添加了Express VI，可以让工程师通过简单的交互和配置就可以再LabVIEW中自动生成代码，进一步降低数据采集、仪器控制、信号处理等功能的复杂度，大大提高了程序开发效率；LabVIEW8.0中添加了工程库和面向对象编程等，LabVIEW 8.5版本融合了多核技术确保了性能的提升。2011年发布了LabVIEW最新版本LabVIEW 2011。我们可以看见随着LabVIEW在测试领域的广泛应用，必将有功能更加强的的LabVIEW新版本面试，也将给我们用户带来更多的惊喜与帮助。
2.3 G语言
G语言是图形化的程序语言（Graphical Programming Language）的缩写。工程开发人员在使用G语言编写程程序的时候，主要是编写流程图而不是像文本编程语言那样编写代码。它充分的利用了科学研究人员、工程师所熟悉的术语、图标和概念，从这样看来，LabVIEW是一种最终面向用户的编程工具。
2.4 LabVIEW的特点
（1）图形化编程模式。与文本编程语言不同的是，LabVIEW采用了独特易懂的
图形化编程模式，这种模式和标准流程图相似，使得初学者极易入门，在很大的程度上缩短了学生、工程师的整体学习时间和工程开发周期，极大的提高了工程开发效率。
（2）灵活的数据表达。为了能够有效地显示测试数据，LabVIEW提供了大量可视化控件。
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