基于LabVIEW虛擬信號頻譜分析儀的設(shè)計

　　0 引言

　　隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，利用軟件進(jìn)行信號處理技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，已開發(fā)的用于虛擬儀器的數(shù)字信號處理和圖像處理軟件的功能也日益強大。數(shù)字信號處理是指采用數(shù)字系統(tǒng)方法對離散的數(shù)字序列描述信號進(jìn)行處理的一種方法，與傳統(tǒng)的模擬信號處理方法相比，它具有高度的穩(wěn)定性、靈活性、精確性，能實現(xiàn)高精度和大動態(tài)范圍的信號分析，因此具有顯著的優(yōu)越性。而數(shù)字信號處理方法的運用又是虛擬儀器平臺測控系統(tǒng)的重要組成部分。由于NI公司的LabVIEW包含有信號分析和處理函數(shù)庫部分。因此，利用LabVIEW提供的信號分析函數(shù)庫，配合已開發(fā)的數(shù)字示波器即可實現(xiàn)虛擬信號頻譜分析儀的信號處理功能，其信號的分析側(cè)重于對信號頻譜的分析以及濾波處理。

　　1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

　　本設(shè)計的虛擬頻譜分析儀即可以對虛擬信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號進(jìn)行頻譜分析。也可以對通過信號調(diào)理器，基于PCI總線的DAQ卡組成的采集系統(tǒng)所采集到的外部信號進(jìn)行頻譜分析。其中，在對外部信號進(jìn)行頻譜分析時，外界被測信號首先傳送到信號調(diào)理電路，且由信號調(diào)理電路對它進(jìn)行放大、濾波、隔離等處理后，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由軟件對被測試信號進(jìn)行頻譜分析和處理，最后得到測試結(jié)果，并按要求將它們顯示或儲存起來。

　　本文所設(shè)計的虛擬頻譜分析儀的前面板圖如圖1所示。這一種虛擬頻譜分析儀能夠提供一個高精度的頻譜分析功能，并且可以同時觀察輸入信號的頻域顯示。但該虛擬頻譜分析儀受數(shù)據(jù)采集卡采樣速率的限制，其頻率范圍僅為0～50kHz，用戶可以通過改變采樣速率和數(shù)據(jù)長度來選擇頻率分辨率。在虛擬頻譜分析儀的設(shè)計中可以通過程序直接讀出基波頻率和峰值大小，并將它們顯示在面板上，用戶參考這個值可以手動調(diào)整采樣速率的大小和顯示圖形中X、Y軸的坐標(biāo)來觀察所需要的頻譜圖，因此操作更加直觀、簡便。信號頻譜分析儀的主要數(shù)據(jù)處理工作就是對待分析信號進(jìn)行傅立葉變換，然后分析其頻譜特性，并顯示計算結(jié)果。

　　2虛擬頻譜分析儀的軟件設(shè)計

　　虛擬頻譜分析儀的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　2.1數(shù)據(jù)采集模塊

　　數(shù)據(jù)采集模塊采用子VI AI Acquire Waveform.vi來控制PCI-1200數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集操作，并對采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析。參數(shù)設(shè)置模塊可以設(shè)置的參數(shù)主要包括：設(shè)備與通道，緩沖區(qū)大小，采樣點數(shù)，觸發(fā)控制，掃描率，顯示方式。頻譜分析模塊是由加窗函數(shù)模塊、功率譜轉(zhuǎn)換模塊、功率譜單位轉(zhuǎn)換模塊、功率頻率峰值檢波子?？旖M成。