基于LabVIEW的信号系统实验设计毕业论文(2)

2018-11-28 16:58

(3)开放式环境。LabVIEW的开放性提供了与ActiveX,动态链接库(DLL)、NET等开发工具的共享库间的开放式连接,使工程师可以在LabVIEW中轻松引用外部代码。

(4)强大的分析能力。LabVIEW内建了大量的分析函数、数学模块用于数据分析和处理,能够满足工程师们所面对的工程项目的大部分要求;另外,NI还提供了针对特定专业相应的附加工具包,如声音与振动、FPGA、控制设计仿真、高级信号处理等。

2.5 LabVIEW的应用领域

鉴于LabVIEW在诞生之初就致力于全面优化虚拟仪器的构建过程,LabVIEW编程语言就有了众多优点,尤其是在一下特定的领域,它的优势更加明显。我们在这些领域开发软件时,可以优先考虑使用LabVIEW。

测试领域:LabVIEW诞生初衷就是为了测试测量,因此测试测量无疑成为了LabVIEW目前被应用最为广泛的领域。从诞生之初到现在LabVIEW已经走过了25年的历史,经过这25年的发展,LabVIEW已经在测控领域占据了不可或缺的低位,在测试测量领域得到了最为广泛的支持。LabVIEW开发了适用于测量领域的各种LabVIEW工具包,其基本上覆盖了所有用户所需的所用功能,大大方便了用户在其基础上的软件开发。

控制:测试和控制是两个相关度非常高的领域,通常我们一般都是讲测控领域。LabVIEW本身就是为测控而生的,在此我们只是分开来讲。LabVIEW有专门用于控制领域的模块——LabVIEW DSC。

仿真:各种各样的运算函数也能在LabVIEW中找到,特别适合进行模拟 、仿真 、原型设计等工作,在高等院校教育领域,一些时候受到现实实验条件的限制,可能课程所涉及的与一些硬件设备相关的实验不能完成,LabVIEW的硬件软件化的特点,在这是就能得到很好的应用,使用LabVIEW进行软件仿真,可以达到较好的效果,同时也调动学生学习的积极性和对相关课程的兴趣。

快速开发:图形编程消除了文本编程中所涉及的许多语法细节。使得软件开发的效率有了极大的提高,使用传统的文本编程语言需要花费几周甚至是几月才能编写的程序,用LabVIEW几天或者几小时就能完成。因此,在我们的项目开发时间紧张的情况下,为了缩短开发周期可以优先考虑使用LabVIEW就行开发。

跨平台:LabVIEW具有良好的平台一致性。LabVIEW的代码不需要做任何的修改就可以在常见的三大常见的PC机操作系统:Windows、Mac OS及Linux上运行。此外,我们还可以注意到LabVIEW还有一些特殊的LabVIEW附加模块,即LabVIEW Real-Time、LabVIEW FPGA、LabVIEW PDA和LabVIEW Embedded模块。这些模块可以使我们所编写的LabVIEW程序在其他系统设备上运行。LabVIEW Real-Time可以允许提取部分LabVIEW 代码,将其下载到运行实时操作系统的独立控制电路板上执

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2 错误!未找到引用源。 行;LabVIEW FPGA和LabVIEW PDA模块允许LabVIEW程序分别在现场可编程门阵列和个人掌上电脑(Personal Digital Assistance)上运行;LabVIEW Embedded嵌入式模块通过集成LabVIEW 和第三方工具链,允许编译LabVIEW VI并将其运行在任何一个32位微处理器上。

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3 信号系统实验的LabVIEW实现

根据信号系统实验的要求,运用LabVIEW设计了包括信号分析、信号抽样、LTI系统特性、系统仿真在内的四个模块实验教学系统。 实验仿真主面板如图3-1所示。

图3-1实验仿真主面板

首先进入信号与系统实验教学系统,看到的是如图3-1的图形操作形界面,在这里此界面中可以选择进入四个模块的某个实验模块,或者是停止实验。图3-2为主程序框图:

图3-2主程序框图

实验的主程序是在一个循环中添加一个事件结构,事件结构含有六个分支,其中

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3 错误!未找到引用源。 的四个分支中分别是调用相对应的四个子模块的子程序。通过前面板的选择确定事件结构的分支,进入不同的实验模块或者是停止实验。下面分别对每个实验的原理与LabVIEW具体实现进行详细叙述。

3.1信号分析

信号的频谱分析就是将信号的时域表征经过傅里叶变换后转换为频域表征,从而获得信号在频域的分布特性,让我们能够从频域的角度对信号的特性获得更加深入的了解。幅频分析又称为傅里叶分析,它给我们提供了一种非常方便的信号分析与表示方法,是我们常见的信号与系统分析中一种非常有用的工具,在信号与系统的分析与研究中,傅里叶分析起到了极为重要的作用。

信号的时域特性经傅里叶变换后就得到了信号的频域特性,它可以用频谱图来表示。我们应当建立一种概念:用信号的频谱图可以完全表征信号。为了使学生更好的了解掌握傅里叶变换,我们给出了以下实验。

3.1.1信号分析基本原理 1.信号的傅里叶变换

(1)周期信号的傅里叶级数表示

如果一个信号时周期的,那么对于一切t,存在某个正值T,使得

x(t)?x(t?T) 对全部t成立 (3.1) x(t)的基波周期就是满足上式的最小非零值T,而w0?2?/T称为基波频率。

正弦信号

x(t)?co? s0t (3.2)和周期复指数信号

x(t)?ejw0t (3.3) 都是周期信号,而且其基波频率都为w0,基波周期满足w0?2?/T。与(3.3)式成谐波关系的复指数信号集合是:

?k(t)?ejkw0t?ejk(2?/T)t,k?0,?1,?2,? (3.4) 这些信号中的每一个信号都有一个基波频率,它们是w0得倍数。所以上式中的每一个信号对T来说都是周期的。则有对一个由成谐波关系的复指数信号线性组成的信号:

x(t)?????k????akejkw0t?k???jk(2?/T)t (3.5) ae?k来说,也是周期为T 的周期信号。一个周期信号表示成(3.5)式的形式,我们就称之为傅里叶级数表示。

如果一个信号能够表示称为(3.5)式的级数形式,我们需要求出级数表达式的系

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数ak。在(3.5)式两边各乘以e?jkw0t,并经过几分化简可以得到:

1?jk0wt x(t)edt (3.6)

T?T我们可以归纳为:如果信号x(t)可以表示为傅里叶级数形式,那么傅里叶级数的系 ak?数由(3.6)所确定。这一对应关系就定义为一个周期信号的傅里叶级数:

x(t)? ak?????k????aekjkw0t?k????aekjk(2?/T)t (3.7)

11?jkw0t?jk(2?/T)t x(t)ed?x(t)edt (3.8)t??TTTT其中(3.7)称为综合公式,公式(3.8)则称为分析公式。系数{ak}称为信号x(t)的傅里叶级数或是x(t)的频谱系数。

一个离散信号x[N],如果有

x[N]=x[n+N] ( 3.9 ) 就是一个周期为N的周期信号。使(3.9)式成立的最小正整数N 就是基波周期,而

w0?2?/N就是基波周期。复指数信号ej(2?/N)n是周期为N的周期信号。

t ?k[n]?ejk0w(3.10) ?ej(2?/N)n,k?0,?1,?2,?

则由上式所给出的所有离散时间复指数信号的集合是以N为周期的周期信号,其中的基波频率都是2?/N的倍数,因此他们是成谐波关系的。由于离散时间复指数信号在频率上相差2?的整数倍都是一样的,所以(3.10)中给出的信号集合中只有N个信号时不一样的。即:

?k[n]??k?rN[n] (3.11) 这就意味着,当k变化一个N的整数倍时,就得到一个完全一样的序列。

我们现在可以用序列?k[n]的线性组合来一般的周期序列,其形式如下:

x[n]??ak?k[n]??akejkw0n??akejk(2?/N)n (3.12)

kkk由于我们知道序列?k[n]只是在k的N个相连续的的区间上的值才是不同的,所以上式的求和就只需要包括N项。所以(3.12)式的求值是在k的N个相连续的的区间上求值得,k的取值是任意的。为了更好的表达这个意思,我们将上式的求和表示成k=,即表示为:

x[n]?k??N??ak?k[n]?k??N??akejkw0n?k??N?jk(2?/N)n (3.13) ae?k这个式子称为离散时间傅里叶级数,而系数ak则称为傅里叶级数系数。由级数的运算性质

n??N??ejk(2?/N)n??N,k?0,?N,?2N,???,0, others (3.14)

说明:一个周期复指数序列的值在整个一个周期内求和时,除非该复指数是某一常数,

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