基于LabVIEW虛擬信號頻譜分析儀的設計

　　0 引言

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

　　1 系統整體設計方案

　　本設計的虛擬頻譜分析儀即可以對虛擬信號發生器所產生的信號進行頻譜分析。也可以對通過信號調理器，基于PCI總線的DAQ卡組成的采集系統所采集到的外部信號進行頻譜分析。其中，在對外部信號進行頻譜分析時，外界被測信號首先傳送到信號調理電路，且由信號調理電路對它進行放大、濾波、隔離等處理后，再經數據采集卡進行A／D轉換，以將模擬信號轉換為數字信號，然后由軟件對被測試信號進行頻譜分析和處理，最后得到測試結果，并按要求將它們顯示或儲存起來。

　　本文所設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據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據長度來選擇頻率分辨率。在虛擬頻譜分析儀的設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整采樣速率的大小和顯示圖形中X、Y軸的坐標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據處理工作就是對待分析信號進行傅立葉變換，然后分析其頻譜特性，并顯示計算結果。

　　2虛擬頻譜分析儀的軟件設計

　　虛擬頻譜分析儀的軟件結構如圖2所示。

　　2.1數據采集模塊

　　數據采集模塊采用子VI AI Acquire Waveform.vi來控制PCI-1200數據采集卡進行數據采集操作，并對采集進來的數據進行頻譜分析。參數設置模塊可以設置的參數主要包括：設備與通道，緩沖區大小，采樣點數，觸發控制，掃描率，顯示方式。頻譜分析模塊是由加窗函數模塊、功率譜轉換模塊、功率譜單位轉換模塊、功率頻率峰值檢波子模快組成。