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1、12《计量与测试技术》2008年第35卷第2期基于LabVIEW和Matlab的虚拟信号分析仪设计VirtualSignalAnalysisInstrumentProjectBasedonLabVIEWandMatlab陈华丽(武汉科技大学,湖北武汉430072)摘要:详细介绍了基于LabVIEW和Matlab的虚拟信号分析仪的设计过程。该信号分析仪可以完全替代传统意义上的信号分析仪,实现其全部功能,并且具有造价低(只在通用计算机上增加一块数据采集卡),使用方便,可实现资源共享,更新换代容易等特点。关键词:LabVIEW;Matlab;虚拟仪器;信号分析1引言所谓虚拟仪器(VirtualI
2、nstrument,简称VI),就是在以通用计算机为核心的硬件平台上,利用虚拟仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板以及相应的功能。本文主要介绍基于LabVIEW和Matlab的虚拟信号分析仪的设计方法,结合数据采集卡就可组建成虚拟仪器系统,就能根据设计者的要求完成数据采集、数据处理和数据显示。所以,实现虚拟仪器各种功能的关键在软件。图1信号分析仪的前面板2虚拟信号分析仪的设计212信号分析功能模块流程的设计信号分析处理的功能模块是虚拟信号分析仪的仪器流程的设计是根据仪器功能要求,利用虚拟重要组成部分。信号分析处理主要在时域和频域中仪器开发平台所提供的子模板,确定程序的流程图和进
3、行,所以系统采用模块化的编程方式,将时、频域两主要的处理方法。不同的处理方法构造不同的虚拟个功能模块分别编制成为独立的子VI,下面以时域为仪器,流程设计是虚拟仪器设计中的重点。例来介绍。在LabVIEW中,一个VI由两部分组成:前21211流程图的设计面板和流程图。前面板的功能等效于传统测试仪器信号分析模块的流程图如图2所示。的操作面板,流程图等效于传统测试仪器与操作面板相联系的硬件电路。211信号分析功能模块前面板的设计信号分析模块的前面板设置了多个WaveformGraph控件进行波形显示,显示对该信号进行各种分析的结果。分析仪和随机信号为一组。分析仪反映了随机信号在经过微分、积分、平
4、移、自相关、互相关、周期延拓、相加和相乘后所获得的波形。除了波形显示外,前面板还设置了数据显示区,它用来显示信号的最大值、最小值、均值、方差、均方根。为了完成人图2信号分析仪的流程图机对话的功能,就必须输入参数,所以前面板设置了流程图的外层是一个While结构,它与前面板的一组数字控件。数据输入控制第二组波形显示,即正退出布尔控件相配合,实现仪器的运行启动或停止。弦信号调制与解调的显示。九个输入型数字控件提因为各种分析功能对应于不同的处理算法,所以在供采样频率、采样点数、高频信号频率和相位、低频信While结构的内部使用了Case结构,使每种分析功能号频率和相位以及低通滤波器截止频率等参数
5、。当对应于Case结构的一个分支。Case结构的各个分支然,前面板还可以根据需要设置更多的Graph控件和为各种功能的具体算法,根据不同的功能需要设计算数字控件。图1为信号分析仪的前面板。法的流程。因此,增加信号分析仪的功能,在流程图©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net陈华丽:基于LabVIEW和Matlab的虚拟信号分析仪设计13中就是增加Case结构,体现了虚拟仪器良好的扩展利用MATLAB语言编程。首先,在流程图的多个Case性。此处C
6、ase结构的输入值由前面板的功能选择布结构中创建了多个一一对应的MATLABScript。在该尔控件决定。但由于LabVIEW的运行机制是对所有文件的边框上,必须定义输入参量、输出参量以及参布尔控件判断之后才能确定程序的分支流程,所需时量的数据类型。间较长、运行速度慢。为了提高运行速度,需对Case第三步,设计虚拟正弦波信号调制解调器。结构的输入值进行改进。先将所有的功能选择布尔控件组成一个布尔数组,然后利用数组为真的Index作为输入值。此时,运行速度明显加快。布尔控件越多,改进之后的Case结构速度提高的越多。图3为布尔型选择开关数组。图3布尔型选择开关数组21212功能模块的编辑图5
7、虚拟调幅波解调器流程图3测试与运行第一步,通过一个For循环语句,模拟了一个时域在信号分析仪的前面板上设置相关的参量,低频随机信号发生器。可以为之创建文件读入功能。该调制信号的频率为1Hz,幅值为1V,初始相位0;设置功能记录程序运行过程中所产生的随机信号,其存储载波高频的信号频率为10Hz,幅值为1V,设置巴特沃的格式可选Excel和文本文档。斯滤波器的低截止频率为2Hz;设置调制和载波信号信号产生之后,通过调用Arr
