2011秋季課題四信號課程設(shè)計(調(diào)幅)指導書11.07解析

1、信號與系統(tǒng)課程設(shè)計1課題四 AM 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計一、本課題的目的本課程設(shè)計課題主要研究AM 調(diào)制與解調(diào)模擬系統(tǒng)的理論設(shè)計和軟件仿真方法。通過完成本課題的設(shè)計，擬主要達到以下幾個目的：(1) 掌握模擬系統(tǒng) AM 調(diào)制與解調(diào)的原理。(2) 掌握 AM 調(diào)制與解調(diào)模擬系統(tǒng)的理論設(shè)計方法；(3) 掌握應(yīng)用 MATLAB 分析系統(tǒng)時域、頻域特性的方法，進一步鍛煉應(yīng)用Matlab 進行編程仿真的能力；(4) 熟悉基于 Simulink 的動態(tài)建模和仿真的步驟和過程；(5) 解基于 LabVIEW 虛擬儀器的特點和使用方法，熟悉采用LabVIEW 進行仿真的方法。二、課題任務(wù)設(shè)計 AM 調(diào)制與解調(diào)模擬

2、系統(tǒng)，仿真實現(xiàn)相關(guān)功能。包括：可實現(xiàn)單音調(diào)制的普通調(diào)幅方式( AM )、抑制載波的雙邊帶調(diào)制(DSB-SC)和單邊帶調(diào)制(SSB)的系統(tǒng)設(shè)計及仿真，要求給出系統(tǒng)的設(shè)計框圖、 源程序代碼及仿真結(jié)果，并要求給出程序的具體解釋說明，記錄系統(tǒng)的各個輸出點的波形和頻譜圖。具體 內(nèi)容為：(1 )設(shè)計實現(xiàn) AM 調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，給出系統(tǒng)的原理框圖，對系統(tǒng)的主要參數(shù)進行設(shè)計說明。(2 )采用 Matlab 語言設(shè)計相關(guān)程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求采用兩種方式進行仿真，即直接采用 Matlab 語言編程的靜態(tài)仿真方式、采用Simuli nk 進行動態(tài)建模和仿真的方式。要求采用兩種以上調(diào)制信號源進行仿真，并記

3、錄系統(tǒng)的各個輸出點的波形和頻譜圖。(3) 采用 LabVIEW 進行仿真設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求給出系統(tǒng)的前面板和框圖，采用兩種以上調(diào)制 信號源進行仿真，并記錄仿真結(jié)果。(4) 要求對系統(tǒng)的時域、頻域特性進行分析，并與理論設(shè)計結(jié)果進行比較分析。(5) 對系統(tǒng)功能進行綜合測試，整理數(shù)據(jù)，撰寫設(shè)計報告。三、主要設(shè)備和軟件(1) PC 機，一臺(2) MATLAB6.5 以上版本軟件，一套(3) LabVIEW7.0 以上版本軟件，一套四、設(shè)計內(nèi)容、步驟和要求4.1 必選部分(1)設(shè)計實現(xiàn) AM 調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，給出系統(tǒng)的原理框圖，對系統(tǒng)的主要參數(shù)進行設(shè)計說明，具體 參數(shù)包括：載波頻率、調(diào)制

4、信號頻率、載波大小、調(diào)制信號大小、濾波器參數(shù)等。并對所設(shè)計的系統(tǒng)進行 理論分析計算。(2)根據(jù)所設(shè)計的 AM 調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，進行基于Matlab 語言的靜態(tài)仿真設(shè)計。分別實現(xiàn)單音調(diào) 制的普通調(diào)幅方式（AM ）、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）和單邊帶調(diào)制（SSB）的系統(tǒng)仿真設(shè)計，要 求給出系統(tǒng)的 Matlab信號與系統(tǒng)課程設(shè)計2編程仿真程序及結(jié)果，并要求寫出程序的具體解釋說明， 記錄系統(tǒng)的各個輸出點的波 形和頻譜圖。要求調(diào)制信號分別采用不同類型的信號進行仿真，至少給出兩種以上調(diào)制信號源，如：單音信號、合 成復雜音信號、直接錄制的模擬語音信號。（3）根據(jù)所設(shè)計的 AM 調(diào)制與解調(diào)的模

5、擬系統(tǒng)，采用 Simulink 進行動態(tài)建模仿真設(shè)計。分別實現(xiàn)普通調(diào)幅方式（AM ）、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）和單邊帶調(diào)制（SSB）的系統(tǒng)動態(tài)仿真設(shè)計，要求包括 調(diào)制和解調(diào)的部分，并給出采用 Simulink 進行動態(tài)建模仿真的系統(tǒng)方框圖，同時記錄系統(tǒng)的各個輸出點的波形和頻譜圖。要求采用兩種以上調(diào)制信號源進行仿真，具體參數(shù)自定。載波信號頻率根據(jù)設(shè)計情況設(shè)定。（4）根據(jù)仿真結(jié)果，對系統(tǒng)的時域、頻域特性進行分析，并與理論設(shè)計結(jié)果進行比較分析。4.2 拓展部分（1）根據(jù)所設(shè)計的 AM 調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，說明具體的參數(shù)，進行基于LabVIEW 環(huán)境的仿真，分別實現(xiàn)普通調(diào)幅方式（AM ）

6、、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）和單邊帶調(diào)制（SSB）的系統(tǒng)仿真設(shè)計， 要求包括調(diào)制和解調(diào)的部分，給出系統(tǒng)的前面板和框圖，并記錄仿真結(jié)果。（2 ）要求調(diào)制信號采用不同類型的信號源，進行進一步的仿真，給出系統(tǒng)的前面板和框圖，并記錄仿真 結(jié)果，觀察分析頻譜的變化情況。（3）比較分析采用以上兩種軟件環(huán)境： Matlab 與 LabVIEW，進行仿真的各自的特點，分析說明不同語言環(huán)境的各自優(yōu)勢。4.3 選作部分（1）根據(jù)所設(shè)計的 AM 調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，采用Matlab 語言設(shè)計相關(guān)程序，并且利用GUI 設(shè)計圖形用戶界面，完成 4.1 必選部分所要求的功能。（2）分析比較采用 Matlab

7、語言的 GUI 設(shè)計圖形用戶界面與采用 LabVIEW 進行設(shè)計的各自的特點。五、課程設(shè)計報告要求（1）設(shè)計報告書包括內(nèi)容：課程設(shè)計題目，設(shè)計目的和意義，設(shè)計方案，詳細設(shè)計步驟，設(shè)計結(jié)果（原理圖等），測試和仿真結(jié)果（圖形或數(shù)據(jù)）及其分析，結(jié)論，參考文獻等。（2）提交課程設(shè)計報告時應(yīng)同時提交相關(guān)設(shè)計和仿真分析材料（電路圖、程序、結(jié)果等）的電子版。信號與系統(tǒng)課程設(shè)計3六、參考文獻1 信號與系統(tǒng)課程組信號與系統(tǒng)課程設(shè)計指導.2007.102 吳大正信號與線性系統(tǒng)分析（第四版）.高等教育出版社，2005.83 謝嘉奎.電子線路一非線性部分（第四版）.高等教育出版社，2003,24 黃永安等.Matla

8、b7.0/Simulink6.0 建模仿真開發(fā)與高級工程應(yīng)用.清華大學出版社,5 陳垚光等.精通 MATLAB GUI 設(shè)計.電子工業(yè)出版社，2011.016江建軍.LabVIEW程序設(shè)計教程.電子工業(yè)岀版社,2008.03七、附錄一一設(shè)計原理2005.12信號與系統(tǒng)課程設(shè)計4附錄：設(shè)計原理1. AM 調(diào)制解調(diào)的原理通信的目的是傳輸信息，如何準確地傳輸信息是通信的一個重要目標。通常從信源產(chǎn)生的原始的基帶信號具有較低頻率的頻譜分量，這種信號在多信道復用、無線電傳輸?shù)葓龊喜贿m宜直接進行傳輸。因此。在通信系統(tǒng)的發(fā)送端通常要將基帶信號調(diào)制在較高的載頻上，而在接收端則需要有相反的過程-解調(diào)。根據(jù)調(diào)制前的

9、信號是模擬信號還是數(shù)字信號，可以把信號調(diào)制方式分為模擬調(diào)制方式和數(shù)字調(diào)制方式。本 次設(shè)計只考慮模擬調(diào)制方式。模擬調(diào)制方式是載頻信號的幅度、頻率或相位隨著欲傳輸?shù)哪M輸入基帶信號的變化而相應(yīng)發(fā)生變化的調(diào)制方式，包括：幅度調(diào)制（AM ）、頻率調(diào)制（FM ）、相位調(diào)制（PM ）三種。幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化，其它參數(shù)不變。是使高 頻載波的振幅載有傳輸信息的調(diào)制方式。振幅調(diào)制分為三種方式： 普通調(diào)幅方式（AM ）、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）和單邊帶調(diào)制（SSB）。 所得的已調(diào)信號分別稱為調(diào)幅波信號、雙邊帶信號和單邊帶信號。設(shè)載波信號為Vc（t）二co

10、s（ct），-=2.fc,調(diào)制信號為V（t） = VmCOSt），則輸出調(diào)幅電 壓為：v（t） =Vmo（：macost）cos（2二粗 巧（1-1 ）式中是輸入信號偏移，當=1，為普通調(diào)幅波，當=0 時，為抑制載波的雙邊帶調(diào)制波。r 是初始相位（設(shè)日=0），ma為調(diào)制指數(shù)（或稱為調(diào)幅度，mcommlib此時，系統(tǒng)會打開工具箱模塊庫的窗口，模塊庫中包括子模塊庫時，用鼠標雙擊就可以打開下級子庫。要 查看通信工具箱中的函數(shù)名稱和內(nèi)容列表，可以在Matlab 的命令窗口輸入以下命令：help comm.如通信模塊集（Communications Blockset ）中的 Modulation （調(diào)制

11、庫）。Modulatio n/Demodulatio n.ademod-An alog passba nd demodulator.（通帶模擬解調(diào)）ademodce-An alog baseba nd demodulator.（基帶模擬解調(diào)）amod-An alog passba nd modulator.（通帶模擬調(diào)制）amodce-An alog baseba nd modulator.（基帶模擬調(diào)制）apkc onst-Plot a combined circular ASK-PSK signal constellation.（計算和繪制 QASK 調(diào)制圖）ddemod-Digital

12、passba nd demodulator.（通帶數(shù)子解調(diào)）ddemodce-Digital baseba nd demodulator.（基帶數(shù)子解調(diào)）信號與系統(tǒng)課程設(shè)計7j Si mu link Libf ary BrawserFie dit強w yelpD B；-taFMnftuioa luber.Outjiut a Miftallj （Ga/uiH/iO枷:slFibiLWil Tan聞m slcL. Oulput bi iepeatable fot a Elv- seed.Ready圖 2-1 Sources （信號源模塊）庫demodmap- Demap a digital mes

13、sage from a demodulated sig nal.（數(shù)字解調(diào)逆映射）dmod-Digital passba nd modulator.（通帶數(shù)字調(diào)制）dmodce- Digital baseba nd modulator.（基帶數(shù)字調(diào)制）modmap- Map a digital sig nal to an an alog sig nal. （數(shù)字調(diào)制映射）qaskdeco- Demap a message from a QASK square signal constellation. （矩形 QASK 碼譯碼）qaskeneo- Map a message to a QASK

14、 square signal constellation.（計算和繪制 QASK 矩形圖）2.3 利用 Simulink 建立一個仿真實例10仿真內(nèi)容：系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為H（s）二=，輸入激勵為階躍函數(shù)；（t），查看系統(tǒng)響應(yīng)的輸s +3s+10出變化情況。仿真過程如下：首先打開 simulink 模塊庫窗口，在 simulink 模塊庫窗口中單擊菜單項File/New/Model ”，即可以建立 一個新的-f）Smuknk*-| GaritnnLB嚮Discanftniities盤JDisfftteLwk-Lp TUas注Math Operations糾MotfelWfittfiwi務(wù)Mo de

15、cide Utilties些Pwts & Subsystems bj SQMl AttriutH蟄Signal Routirg幻5nfe糾Sour阻 荃User-Defned FuiCtons”呂Aerupaoe Bhdt* 晉CDMfc Reference Biwhet*” CaimjriMtims Hochset Garitid System Tddbow - D5P ElKbet + ” D出屈aug出Bbtkat*Embedded Target for lnfinmC16t?*鼻Embedded laret f（x Motorola MPC5 + ”Embedded Targe

16、t for Mrtntola?HCl2亠 ”Efnkdddl fv QlW+ % BnbeddedIagafo-nC600D05P ” Fhtd-PdhtBhckfdt* 盤Fuzzy Uqc ToobcEiainl-Limated Vbite4Chirp SigrtiL（A CleckCvnstitniIiDiri til ClockIJFrwi tforksp&ceSi BuildrSi加Step油如piifih f0信號與系統(tǒng)課程設(shè)計8simulink 模型文件。如圖 4-2 所示。信號與系統(tǒng)課程設(shè)計9利用鼠標單擊 Simulink 模塊庫窗口中的 Continuous 子庫，選

17、取傳遞函數(shù)模塊Transfer Fen，將它拖動到新建模型文件窗口的合適的位置。然后對模型模塊進行參數(shù)設(shè)置和修改，單擊右鍵從快捷菜單中選取“TransferFen parameters”修改傳遞函數(shù)參數(shù)，在彈出對話框中的傳遞函數(shù)分子系數(shù)Numerator:”欄填入10，在傳遞函數(shù)分母系數(shù)“ Denominator:”欄填入1 , 3, 10，其余參數(shù)使用默認值。若需要進一步了 解該模塊的參數(shù)設(shè)置說明，可以單擊該對話框下方的“help ”按鈕。然后確認，就得到了需要仿真的傳遞函數(shù)。如圖 2-3 所示。采用同樣的方法，在 Simulink 模塊庫中的 Sources 子庫中選取激勵信號源，本例選取

18、階躍信號源（Step）, 并將它拖動到建模文件窗口的合適的位置。然后在Sinks 子庫中選取示波器（Scope）模塊作為系統(tǒng)輸出波形顯示。接下來利用鼠標將三個模塊連接起來。連接方法如下：模塊外部的大于符號“ ”分別表示信號的輸入輸出節(jié)點，為了連接兩個模塊的輸入輸出節(jié)點，可以將鼠標置于節(jié)點處，這時鼠標顯示為“十”字形狀，拖動鼠標到另一個模塊的端口則可以形成帶箭頭的連線，箭頭方向表示信號的流向。，然后釋放鼠標按鈕,信號與系統(tǒng)課程設(shè)計10圖 2-4 完成的建模方框圖表 2-1 輸入信號源（Step）的參數(shù)默認值及修改后的參數(shù)值參數(shù)名稱默認值修改值Step time 階躍時間（躍變的時刻）10Init

19、ial value 初始值00Final Value 終值11Sample time （采樣時間）00Interpret vector parameters as 1-D （說明矢量參數(shù)為 1 維）選中選中Enable zero crossing detection （過零檢測有效）選中選中Black Parameters; Transfer FenTrsfer FciVlatni抄pi出玄iea for血前泌0% ct& 抄pTP聖inn for dcDQRiiiatQT.Output肯idlh squds ths number of rots in ths TLjUierit&am

20、p;r. Coefficient! arefor hictudLE. poveri ef-PaneteriHurierfi.tor ：DmninatcirplAbsolute tderancg：圖 2-3 修改仿真模型的參數(shù)完成后的建模系統(tǒng)可以存盤為模型文件，擴展名為“mdl”。如圖 2-4 所示。接著對輸入信號源（Step）進行參數(shù)設(shè)置。根據(jù)仿真需要修改后的參數(shù)值如表2-1 所示。輸入信號源（Step）的參數(shù)設(shè)置界面如圖 2-5 所示。最后雙擊示波器模型圖標，打開示波器顯示窗口。在快捷鍵設(shè)置菜單中設(shè)置為自動刻度。以上工作完成后，可通過建模窗口菜單項“Simulation/Start ”啟動仿

21、真，也可以單擊工具欄上的小三角按鈕啟動仿真。仿真結(jié)果如圖2-6 所示。Tranter FenStep10S2+3S+1Q信號與系統(tǒng)課程設(shè)計11圖 2-5 輸入信號源（Step）的參數(shù)設(shè)置界面圖 2-6 仿真結(jié)果2.4 調(diào)制和解調(diào)工具函數(shù)模擬通帶調(diào)制（amod 函數(shù)）AMOD Analog passband modulator，語法規(guī)則如下：Y = AMOD（X, Fc, Fs, METHOD.） modulates the message sig nal X with carrier freque ncy Fc （Hz） （載波頻率）and sample frequency Fs （Hz）（采

22、樣頻率），where Fc Fs. For information about METHOD andsubseque nt parameters,and about using a specific modulati on tech nique ， type one of these comma nds at theMATLAB prompt :FOR DETAILS, TYPEMODULATION TECHNIQUEamod amdsb-tc% Amplitude modulati on, double sideba nd with tran smissi on carrieramod am

23、dsb-sc% Amplitude modulati on, double sideba nd suppressed carrieramod amssb% Amplitude modulati on, sin gle sideba nd suppressed carrieramod qam% Quadrature amplitude modulation （正交幅度調(diào)制）amod fm% Freque ncy modulati on信號與系統(tǒng)課程設(shè)計12amod pm% Phase modulati on模擬通帶解調(diào)(ademod 函數(shù))ADEMOD An alog passba nd dem

24、odulator.Z = ADEMOD(Y, Fc, Fs, METHOD.) demodulates the modulated signal Y with carrier frequency Fc (Hz) andsample freque ncy Fs (Hz), where Fc Fs. For in formati on about METHOD and subseque nt parameters, and aboutusing a specific demodulati on tech nique , type one of these comma nds at the MATL

25、AB prompt :FOR DETAILS, TYPEDEMODULATION TECHNIQUEademod amdsb-tc% Amplitude demodulati on, double sideba nd with tran smissi on carrierademod amdsb-sc% Amplitude demodulati on, double sideba nd suppressed carrierademod amssb% Amplitude demodulati on, sin gle sideba nd suppressed carrierademod qam%

26、Quadrature amplitude demodulati onademod fm% Freque ncy demodulati onademod pm% Phase demodulati on2.5 Simulink 模塊庫中主要應(yīng)用模塊的參數(shù)設(shè)置調(diào)制解調(diào)模塊位置見圖2-7 所示。ik| CcmmSinlsECcfflimSGKTCWKError Detection and CwKtionF対Interteffiinq日 壘|MaWalJonsi/inakfl Passbarid Mackiairor + DiQfcdftMebardMMiJaiKifi+ 均 期由ardMo她bontj

27、 Ltnk-U0TaUes型Math Cpsrdtions型Madd-沁it他j| Pfirt-8 &引出沖直陽如Attribute刎SgrtdRingAJ Sf*4id s&jces1 Uwrgined Fur斎虧E H陽卿亦0K昭 匡HCDWARcfercTKc日9Co-mnurKfli-iora Blwfeid E盤ConinAJKboras刎Chamefetft5B A.M Dei?dLxtir B nb lad.ftnak-g Baseband ZMor匚Qi 43血iDSB Mltiixeliud：Ou1pu1 ComplexOf Mubl.電 Tile 帖緘 4l

28、L EtdEHP翕真 ThA Qnlpul jwAJII w 曲1*T USB卅卅BtitbudOS 眩 A.V04141iFN D Aft a dull!at* B-ib-aadEl如dulatoirB-ucbmd酬DMMU!釈帖BiftbudSSB切Deiodul-LlrB DSB AMDSB AMModulatorFasbandDSB AMDemodulatorPa盅bmrd圖 2-8 雙邊帶通帶幅度調(diào)制的系統(tǒng)參考仿真框圖圖 2-10 雙邊帶通帶幅度調(diào)制后信號的頻譜圖DS6 AM出舊PPjs*國電e圖 2-9 雙邊帶通帶幅度調(diào)制的仿真系統(tǒng)中示波器的波形圖O 05. 1F ram: 1 0

29、.1O 2Fraquon匚y (kH-z)i0.25 .5O 35信號與系統(tǒng)課程設(shè)計16利用 MATLAB 信號處理工具箱提供的一些函數(shù)，可以很方便地產(chǎn)生三角波、方波等函數(shù)波形。周期性三角波或鋸齒波函數(shù)sawtooth調(diào)用格式為：x = sawtooth(t, width)功能：產(chǎn)生一個周期為2n幅度在-1 到+1 之間的周期性三角波信號。其中width 表示最大幅度出現(xiàn)的位置：即在一個周期內(nèi)，信號從 t=0 到 widthX2n時函數(shù)值從-1 到+1 線性增加，而從 widthX2n到 2n又是從+1到-1 線性下降。width 取值在 0 1 之間。若 x = sawtooth(Qt, w

30、idth),則對應(yīng)的周期為 2nd。示例：產(chǎn)生周期為 0.2 的三角波，width 取值分別為 0、1、0.5。td = 1/100000; % td 為時間間隔t = 0 : td : 1;x1 = sawtooth(2*pi*5*t,0);x2 = sawtooth(2*pi*5*t,1);x3 = sawtooth(2*pi*5*t,0.5);subplot(311); plot(t,x1);subplot(312); plot(t,x2);subplot(313); plot(t,x3);運行結(jié)果如圖 3-1 所示。圖 3-1 三角波、鋸齒波的產(chǎn)生圖周期性方波信號 square信號與系

31、統(tǒng)課程設(shè)計17調(diào)用格式為： x = square (t, duty)功能：產(chǎn)生一個周期為2n幅度為1 的周期性方波信號。其中duty 表示占空比，即在信號的一個周期中正值所占的百分比。例如：產(chǎn)生頻率為 40Hz、占空比為 75%的周期性方波所調(diào)用的語句為 x = square (2*pi*40*t, 75);(非周期)三角波脈沖信號 tripuls調(diào)用格式為：x = tripuls (t, width, skew)功能：產(chǎn)生一個最大幅度為1、寬度為 width、斜率為 skew 的三角脈沖信號。該函數(shù)橫坐標范圍由向量 t 決定，其三角波形是以t=0 為中心向左右各展開 width/2 的范圍；

32、斜率 skew 在-1 到+1 之間取值,它決定了最大幅度 1 所對應(yīng)的橫坐標位置：width/2 skew。示例：仔細觀察由下面代碼產(chǎn)生的圖3-2 中 3 個三角波信號之間的區(qū)別，對tripuls 函數(shù)的使用做一個t = -3:0.001:3; x1 = tripuls(t,4,0); subplot(131); plot(t,x1);axis(-4 4 0 1);gridt = -6:0.001:6;x2 = tripuls(t,4,0.5); subplot(132); plot(t,x2);axis(-4 4 0 1);gridx3 = tripuls(t+2,4,0.5); subp

33、lot(133); plot(t,x3);axis(-4 4 0 1);grid信號與系統(tǒng)課程設(shè)計18(非周期)矩形脈沖信號 rectpuls調(diào)用格式為：x = rectpuls (t, width)功能：產(chǎn)生一個幅度為 1、寬度為 width、以 t=0 為中心左右對稱的矩形波信號。該函數(shù)橫坐標范圍由向量 t 決定，其矩形波形是以t=0 為中心向左右各展開 width/2 的范圍。width 的默認值為 1。示例：生成幅度為 2,寬度 T = 4、中心在 t = 0 的矩形波 x(t)以及 x(t-T/2).t = -4 : 0.0001 : 4;T = 4;x1 = 2*rectpuls(

34、t, T); subplot(121);plot(t, x1);axis(-4 6 0 2.2) grid;x2 = 2*rectpuls(t-T/2,T); subplot(122);plot(t, x2);axis(-4 6 0 2.2) grid;運行結(jié)果如圖 3-3 所示。圖 3-2 三角波脈沖信號信號與系統(tǒng)課程設(shè)計程序框圖19圖 3-3 矩形脈沖信號取樣函數(shù) sine4.虛擬儀器 LabVIEW 簡介虛擬儀器（Virtual Instrument，簡稱 VI ）是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，它是計算機技術(shù)與儀器、儀表技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。LabVIEW 是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境（Labor

35、atory Virtual Instrument EngineeringWorkbench）的簡稱，是 NI 公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。LabVIEW 是基于圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境，圖形化的表示方式是比文本代碼更為自然的設(shè)計表示法。通過交互式面板、對話框、菜單和上百個函數(shù)塊一一即虛擬儀器（VI ），能事半功倍地完成應(yīng)用系統(tǒng)。例如可以通過輕松地拖拉這些 VI 到框圖中來構(gòu)建應(yīng)用程序，極大地減少開發(fā)時間。VI 具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個 VI 可以作為子程序，這里稱為子 VI（ subVI），可被其他 VI 調(diào)用。圖形化的程序語言，又稱

36、為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是程序框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標和概念，因此，LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構(gòu)建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。4.1 LabVIEW 應(yīng)用程序說明所有的 LabVIEW 應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），它包括前面板（front panel）、程序框圖（block diagram）兩 部分。前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和

37、顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制（control）和顯示對象（indicator）。圖 4.14 所示是一個隨機信號發(fā)生和顯示的簡單 VI 是它的前面板，上面有一個顯示對象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機數(shù)。還有一個控制對象一一開關(guān)，可以啟動和停止工作。顯然，并非簡單地畫兩個控件就可以運行，在前面板 后還有一個與之配套的程序框圖。信號與系統(tǒng)課程設(shè)計20程序框圖提供 VI 的圖形化源程序。在程序框圖中對VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。程序框圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例 如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。圖

38、 4.15 是與圖 4-1 對應(yīng)的程序框圖。我們可以看到程序框圖中包括了前面板上的開 關(guān)和隨機數(shù)顯示器的連線端子，還有一個隨機數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機數(shù)發(fā)生器通過連線 將產(chǎn)生的隨機信號送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下去，設(shè)置了一個While Loop 循環(huán)，由開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。! hl. vi Diagram *n|x|File Edit Operate Project Windows: HelpH能|12pt Applicali on Font二| |11圖 4-2 隨機信號發(fā)生器的的程序框圖設(shè)計程序圖的基本方法是：從函數(shù)庫選取所需的函數(shù)圖標，井按照數(shù)據(jù)在程序中傳送的順序把

39、它們和 控件圖標的位置統(tǒng)一編排好再用連線工其將圖標都連接起來。如果將 VI 與標準儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而程序框圖上的東西相當 于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，使用VI 可以仿真標準儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個惟妙惟肖的標準儀與前面板控件對應(yīng)的連線端圖 4-1 隨機信號發(fā)生器的前面板函數(shù)：隨機gw數(shù)發(fā)生器與前面板控件對應(yīng)的連線端丄結(jié)構(gòu)：循環(huán)信號與系統(tǒng)課程設(shè)計21器面板，而且其功能也與標準儀器相差無幾。LabVIEW 的流程圖編程方法和分析VI 庫的擴展工具箱使得分析軟件的開發(fā)變得更加簡單。LabVIEW 分析VI通過一些可以互相連接的VI，提供了最先進的數(shù)據(jù)分析技術(shù)

40、。LabVIEW 6i 版本中，有兩個子模板涉及信號處理，分別是Analyze 子模板和 Waveform 子模板。這里主要涉及前者。進入Functions 模板AnalyzeSignal Processing子模板，如圖 4-3 所示，其中共有 6 個分析 VI 庫。其中包括：1Sig nal Ge neratio n （信號發(fā)生）：用于產(chǎn)生數(shù)字特性曲線和波形。2Time Domain （時域分析）：用于進行時域轉(zhuǎn)換、時域分析等。3Freque ncy Domain （頻域分析）：用于進行頻域轉(zhuǎn)換、頻域分析等。4Measurement （測量函數(shù)）：用于執(zhí)行各種測量功能，例如單邊FFT、譜、

41、能量的估算。5Digital Filters（數(shù)字濾波器）：用于執(zhí)行 IIR、FIR 和非線性濾波功能。6Windowing （窗函數(shù)）：用于對數(shù)據(jù)加窗。圖 4-3 LabVIEW 6i中的信號處理子模板4.2 信號的產(chǎn)生當無法獲得實際信號時，信號發(fā)生功能可以產(chǎn)生虛擬信號測試程序。在LabVIEW 6i 中提供了波形函數(shù)，為制作函數(shù)發(fā)生器提供了方便。以WaveformWaveform Gen erati on中的基本函數(shù)發(fā)生器（Basicoset resetsignal signaltypefrequencyamplitude頻譜、比例加窗以及泄漏頻123456Function Gen era

42、tor . vi)為例，其圖標如圖 4-4 所示。VI 會記住產(chǎn)生i gnal Processing曲signal outphae outerror outerror insampling infoduty cycle(需信號與系統(tǒng)課程設(shè)計22圖 4-4基本函數(shù)發(fā)生器的圖標其功能是建立一個輸出波形，該波形類型有：正弦波、三角波、鋸齒波和方波。這個信號與系統(tǒng)課程設(shè)計圖 4-5 基本函數(shù)發(fā)生器的前面板23的前一波形的時間標志并且由此點開始使時間標志連續(xù)增長。它的輸入?yún)?shù)有波形類型、樣本數(shù)、起始相 位、波形頻率（單位：Hz）Basic Function Generator . vi 的各端口參數(shù)說明

43、：offset：波形的直流偏移量，缺省值為0.0o數(shù)據(jù)類型 DBLreset signal:將波形相位重置為相位控制值且將時間標志置為0。缺省值為 FALSE.signal type：產(chǎn)生的波形的類型，缺省值為正弦波。frequency :波形頻率（單位 Hz）,缺省值為 10。amplitude :波形幅值，也稱為峰值電壓，缺省值為1.0。phase :波形的初始相位（單位 度）缺省值為 0.0.error in :在該 VI 運行之前描述錯誤環(huán)境。缺省值為 no error.如果一個錯誤已經(jīng)發(fā)生，該 VI 在 errorout 端返回錯誤代碼。該 VI 僅在無錯誤時正常運行。錯誤簇包含如下

44、參數(shù)：status :缺省值為 FALSE，發(fā)生錯誤時變?yōu)?TRUE。code :錯誤代碼，缺省值為 0oSource :在大多數(shù)情況下是產(chǎn)生錯誤的VI 或函數(shù)的名稱，缺省值為一個空串。sampling info :一個包括采樣信息的簇。共有Fs 和#s 兩個參數(shù)。Fs :采樣率，單位是樣本數(shù)/秒，缺省值為 1000o#s :波形的樣本數(shù)，缺省值為1000。duty cycle （%）:占空比，對方波信號是反映一個周期內(nèi)高低電平所占的比例，缺省值為50%。signal out：信號輸出端phase out :波形的相位，單位：度。error out :錯誤信息。如果 error in 指示一個

45、錯誤，error out 包含同樣的錯誤信息。否則，它描述該 VI 引起的錯誤狀態(tài)。使用該VI制作的函數(shù)發(fā)生器如圖頻率(Ki)T5-00幅值.值號類型rSine Wave采譯信息占空比信號與系統(tǒng)課程設(shè)計24：1.00傭置電壓V000相位:訊00信號與系統(tǒng)課程設(shè)計25宋祥信jaimni-宙空比（）DEL*-1圖 4-6 基本函數(shù)發(fā)生器的程序框圖在模擬狀態(tài)下，信號頻率用Hz 或者每秒周期數(shù)為單位。但是在數(shù)字系統(tǒng)中，通常使用數(shù)字頻率，它是模擬頻率和采樣頻率的比值，表達式如下：數(shù)字頻率=模擬頻率/采樣頻率這種數(shù)字頻率被稱為標準頻率，單位是周期數(shù)/采樣點。有些信號發(fā)生 VI 使用輸入頻率控制量 f,它的

46、單位和標準頻率的單位相同：周期數(shù)/每個采樣點，范圍從 0 到 1,對應(yīng)實際頻率中的 0 到采樣頻率 fs 的全部頻率。它還以 1.0 為周期，從而令標準頻率中的 1.1 與 0.1 相等。例如某個信號的采樣頻率是奈奎斯特頻率（fs/2），就表示每半個周期采樣一次（也就是每個周期采樣兩次）。與之對應(yīng)的標準頻率是1/2 周期數(shù)/采樣點，也就是 0.5 倍周期數(shù)/采樣點。標準頻率的倒數(shù) 1/f 表示一個周期內(nèi)采樣的次數(shù)。如果所使用的 VI 需要以標準頻率作為輸入，就必須把頻率單位轉(zhuǎn)換為標準單位：周期數(shù)/采樣點。4.3 信號的頻譜分析信號的頻譜分析是頻域分析的重要組成部分。LabVIEW 的 Advanced An