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虚拟信号频谱分析仪的设计

blog 2020-05-01 29 0

  随着计算机技术的迅速发展,利用软件进行信号处理技术的应用日益广泛,已开发的用于虚拟仪器的数字信号处理和图像处理软件的功能也日益强大。数字信号处理是指采用数字系统方法对离散的数字序列描述信号进行处理的一种方法,与传统的模拟信号处理方法相比,它具有高度的稳定性、灵活性、精确性,能实现高精度和大动态范围的信号分析,因此具有显著的优越性。而数字信号处理方法的运用又是虚拟仪器平台测控系统的重要组成部分。由于NI公司的LabVIEW包含有信号分析和处理函数库部分。因此,利用LabVIEW提供的信号分析函数库,配合已开发的数字示波器即可实现虚拟信号频谱分析仪的信号处理功能,其信号的分析侧重于对信号频谱的分析以及滤波处理。

  本设计的虚拟频谱分析仪即可以对虚拟信号发生器所产生的信号进行频谱分析。也可以对通过信号调理器,基于PCI总线的DAQ卡组成的采集系统所采集到的外部信号进行频谱分析。其中,在对外部信号进行频谱分析时,外界被测信号首先传送到信号调理电路,且由信号调理电路对它进行放大、滤波、隔离等处理后,再经数据采集卡进行A/D转换,以将模拟信号转换为数字信号,然后由软件对被测试信号进行频谱分析和处理,最后得到测试结果,并按要求将它们显示或储存起来。

虚拟信号频谱分析仪的设计

  本文所设计的虚拟频谱分析仪的前面板图如图1所示。这一种虚拟频谱分析仪能够提供一个高精度的频谱分析功能,并且可以同时观察输入信号的频域显示。但该虚拟频谱分析仪受数据采集卡采样速率的限制,其频率范围仅为0~50kHz,用户可以通过改变采样速率和数据长度来选择频率分辨率。在虚拟频谱分析仪的设计中可以通过程序直接读出基波频率和峰值大小,并将它们显示在面板上,用户参考这个值可以手动调整采样速率的大小和显示图形中X、Y轴的坐标来观察所需要的频谱图,因此操作更加直观、简便。信号频谱分析仪的主要数据处理工作就是对待分析信号进行傅立叶变换,然后分析其频谱特性,并显示计算结果。

  数据采集模块采用子VI AI Acquire Waveform.vi来控制PCI-1200数据采集卡进行数据采集操作,并对采集进来的数据进行频谱分析。参数设置模块可以设置的参数主要包括:设备与通道,缓冲区大小,采样点数,触发控制,扫描率,显示方式。频谱分析模块是由加窗函数模块、功率谱转换模块、功率谱单位转换模块、功率频率峰值检波子模快组成。

  加窗函数模块可由ScaledTIme Domain Windows.vi模板来完成。该模板有两个输入和两个输出端。首先从输入端输入一个时域信号,再进行窗体类型的选择,可根据实际情况选择不加窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗、平顶窗等8种窗体,最后输出一个已加窗的时域信号,这样便可以减少窗口效应带来的栅栏效应和泄漏问题。

虚拟信号频谱分析仪的设计

  功率谱转换模块的功能是用Auto Power Spectrum.vi模板来实现,该模块有四个端口,分别是时域信号输入端,时域间隔dt输入端,频域信号输出端,频域间隔d瀚出端。该模块的功能是实现信号由时域向频域的转换。

  功率谱单位转换模块的功能是由Spectrum Unit Conversion.vi模板来实现,该模块有7个输入端,2个输出端。输入端有频谱类型的选择,可以选择功率谱、幅度谱、增益。对数/线性的选择类型有:线性、dB、dBm。输出显示单位选择可选择的单位有:有效值、峰峰值、有效值的平方、峰峰值的平方等。输出端是输出频谱和输出频谱单位。

  频率峰值检波子模块的功能是由Power&Frequency EsTImate.vi模板来实现,该模块有5个输入端和2个输出端。输入端有功率谱输入、峰值频率输入、频率间隔、以峰值频率为中心的频率搜索点数及窗常数。输出端由频率峰值输出和频率峰值能量输出组成。该模块用来求出频谱的频率峰值及峰值频率点的功率估值。

  显示模块可以选择频谱曲线显示或时域信号显示,还可以根据需要进行线性或对数显示。

  通过谐波峰值点测量模块可读出一次谐波、二次谐波、三次谐波峰值点的频率值和功率值。

  数据读取存储模块的功能是利用LabVIEW中丰富的文件操作函数库,采用数据表文件方式对实验数据进行读写操作。此频谱分析仪也可以通过用Web来发布HTML文件的方式使本地或远程计算机浏览到该频谱分析仪的程序面板,从而实现系统的远程监控功能。

  组建好的各功能模块按照程序的流程加上必要的控件和指示器,就可以形成一个功能完善的虚拟信号频谱分析仪系统,图3给出了这个虚拟信号频谱分析仪的程序图。

  美国国家一起公司开发的LabVIEW图形化实验室虚拟仪器工程平台,以其强大的功能可为虚拟仪器的开发提供一个理想的平台,本文借助于LabVIEW开发平台设计了适合高校实验教学的虚拟信号频谱分析仪。

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  在电子测量领域中,信号发生器和示波器器是最基本和使用最广泛的电子测量设备之一。它们的作用分别是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号源和图形化显示电信号参数。然而,作为测试计量的激励源和显示器,它们一方面体积笨重,使用不方便;另一方面,价格昂贵,一般电子爱好者和基层技术工作者不具备使用条件。拥有一台属于自己的性能良好、使用方便、价格便宜的信号发生器和示波器成为许多技术工作者的一大愿望。在此介绍一种使用方便,能满足一般测试任务要求,基于LabVIEW软件和计算机声卡的音频段虚拟信号发生器和双通道数字示波器。1、系统构成本装置不需要增加额外投入,只要你的机子上装有声卡(最好是16位或更高,输出信噪比较高的中高档数字

  采集系统以及数字荧光处理器。整体实现框图如图3所示。其中模数转换器、时钟电路和FPGA共同构成了示波器的采集系统,FPGA内部实现DPX模块,最后通过USB上传到PC机处理显示。图3 虚拟DPO组成框图2.2信号调理电路信号调理电路主要由衰减放大电路、耦合控制电路和直流偏置电路组成,由FPGA控制。衰减放大电路调整输入波形的幅度范围,把不同幅度的信号进行衰减或放大以适应屏幕的显示范围,便于观察和测量。耦合控制电路控制输入信号的耦合方式,分别为交流耦合和直流耦合,在直流耦合方式时,信号的所有分量(交流和直流)都被采集显示出来,而在交流耦合方式时,信号的直流分量被阻断,只有交流分量被采集显示出来。直流偏置电路给信号加入直流分量,可以控制信号

  电压是电路中常用的电信号,通过电压测量,利用基本公式可以导出其他的参数。因此,电压测量是其他许多电参数和非电参数量的基础。测量电压相当普及的一种测量仪表就是电压表,但常用的是模拟电压表。模拟电压表根据检波方式的不同。分为峰值电压表、均值电压表和平均值电压表,它们都各自做成独立的仪表。这样,使用模拟电压表进行交流电压测量时,必须根据测量要求选择仪表。另外,多数电压表的表头是按正弦交流有效值刻度的,而测量非正弦波时,必须经过换算才能得到正确的测量结果,从而给实际工作带来不便。采用虚拟电压表,可将表征交流电压特征的峰值、平均值和有效值集中显示在一块面板上,测量时可根据波形在面板上选择仪表,用户仅通过面板指示值就能对测量结果进行

  摘要:驱动器是连接虚拟仪器物理硬件和测试应用程序的桥梁和纽带,回顾了虚拟仪器驱动器技术规范的发展历程。在分析规范的基础上给出了两种驱动器设计类型,预测了其今后的发展趋势。分析了驱动器发展过程中的相关支撑技术,论述了我国的研究现状,指出基于组件技术的信号型驱动器设计是虚拟仪器驱动器的发展方向。计算机在测试和自动化领域中的应用,导致了仪器“驱动器”概念的诞生,驱动器又称驱动程序。仪器驱动器是介于计算机与仪器硬件设备之间的软件中间层,由函数库、实用程序、工具套件等组成,是一系列软件代码模块的统称。它驻留在计算机中,是连接计算机和仪器的桥梁和纽带。采用驱动器可以使计算机有能力控制物理仪器设备,随着VXI、PXI等标准总线

  前言 数据采集卡作为采集信号的接口为大家所熟知,然而,在市面各种规格的板卡中,为什么有些提供外部时钟以及提供多种触发模式?还有的高速数字I/O卡为什么提供了握手信号的传输方式?本文描述这些功能所带来的好处。 外部时钟 对于数据采集卡来说,就像其它单片机的应用一样,需要一个时钟基准(time-base)来推动板卡上的控制芯片及模/数转换器的运行,这个时钟来自于板卡上的晶振,然后设计者按照不同模/数转换器的特性,将这个周期性的方波信号经计数器(counter)模块分频后,转化成模/数转换器的工作时钟,这也就决定了数据采集卡的采样频率(sampling rate)或更新频率

  使其在现代RFID产品开发和生产中的应用效率很低。在历史上,频谱分析仪一直是检定发射机RF频谱输出的首选工具,以保证满足辐射法规限制。传统的扫频分析仪主要是为分析连续信号开发的,而不是为与现代RFID产品相关的间歇性RF瞬变开发的。这会导致各种测量问题,特别是精确地捕获和检定瞬变RF信号。类似的,矢量信号分析仪在捕获瞬变RF信号方面的能力非常小,其最初也是为CW信号研制的。尽管大多数矢量信号分析仪为流行的频谱效率低的调制提供了全面的解调能力,但当前产品几乎不能支持频谱效率低的RFID调制及特殊的PCM解码要求。这使得当前一代矢量信号分析仪对RFID工程师的价值很小。长期来,示波器一直是分析基带信号的重要工具。最近

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