摘 要

虚拟仪器技术产生于20世纪80年代，在我国虽然引进的时间不长，但已经在高等教育领域得到了推广应用。由于虚拟仪器技术开发时间短、性能高、可扩展性强、硬件要求低等特点，使用虚拟仪器来实现传统仪器所难以实现的任务具有可行性。计算机声卡具备数据传输和A/D转换功能，具有价格低廉、开发容易和系统灵活等优点，在一定的精度范围内可以作为数据采集卡。

基于上述分析，本文用计算机声卡代替普通采集卡作为硬件，在LabVIEW平台上设计了一个信号采集与分析系统，并利用实验进行了应用验证。系统可以实现的功能有以下几点:

1) 构建了基于LabVIEW的信号采集与分析系统，具有信号采集、分析、波形显示、存储以及数据文件再调用分析等功能；

2) 通过仿真信号，可产生正弦波、方波、三角波等信号；并可利用不同窗函数和滤波器对添加噪声的信号波形进行仿真分析；

3) 可以对系统所采集的实时采集信号进行实例分析，包括信号的时域分析和频域分析；

本文编制的采集软件交互性好、操作方便，并且可以根据用户的需求进行功能扩充，为低成本下构建数据采集系统提供了一种思路，可大大节省专用仪器的投资费用。

关键词：声卡，LabVIEW，信号分析

Abstract

The virtual instrument technology appears in the 1980s, although application of virtual instrument in China has not long, in higher education field virtual instrument technology has been extended application. Because virtual instrument technology has characteristic of short development cycle, high performance, flexibility, low demand of hardware, people realized that through the use of virtual instrument to achieve purpose which the traditional instruments can’t achieve is a feasible way. Sound card with data transmission and A/D converter functions has the advantages of low-price, easy-developing and flexible-system, within a certain range of accuracy can be used as a DAQ card.

Based on the above analysis, taking the computer sound card instead of DAQ card as hardware, designs the system based on LabVIEW, and has been applied experimentally verified. The system can realize the following function:

1) Audio signal acquisition and analyze system is constructed based on LabVIEW, it has functions of virtual signal acquisition, analysis, waveform display, storage and transfer of data files to meet the needs of the experimental teaching;

2) Through the simulation signal, it can produce various signal waveforms such as sine wave, square wave, triangle wave ;and it can also use diffident window functions and filter to do the simulation analysis on the waveform which has been added noise;

3) It can be used to signal analysis including time domain, frequency domain analysis;

It is simple to apply with good interface and easy to use. Function appending is available on user requirement. It offers a kind of DAQ solution with low cost. The use of the almost cost-free system can cut down a large amount of money invested on the expensive professional signal analyzer.

Keywords: sound card, LabVIEW, signal analysis

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 虚拟仪器概述 1

1.1.1虚拟仪器的概念 1

1.1.2虚拟仪器的构成 1

1.1.3虚拟仪器的优点 2

1.2虚拟仪器的发展 2

1.2.1国外虚拟仪器的现状 2

1.2.2国内虚拟仪器的现状 3

1.2.3虚拟仪器的发展趋势 3

1.3本课题研究意义 3

1.4本文组织结构 4

第二章 虚拟仪器开发平台LabVIEW 5

2.1 LabVIEW简介 5

2.2图形化编程环境 5

2.2.1G语言简述 5

2.2.2LabVIEW程序组成 6

2.2.3LabVIEW的操作模板 6

第三章 信号分析理论与基于声卡的采集系统方案 12

3.1信号分析理论 12

3.1.1信号的分类 12

3.1.2数据采集理论 13

3.1.3 泄露 15

3.1.4信号的时域分析 17

3.1.5信号的频域分析 19

3.2声卡作为数据采集卡的可行性分析 28

3.2.1LabView中有关声卡函数简介 29

3.2.2 Windows 系统设置 31

3.3信号采集与分析系统设计方案比较 32

第四章 信号采集与分析系统的设计 34

4.1信号源选择模块的设计 34

4.1.1实时采集信号的设计 34

4.1.2 历史重载信号的设计 36

4.1.3 仿真信号的设计 36

4.2 信号分析处理模块的设计 37

4.2.1 时域分析设计 37

4.2.2频域分析设计 38

第五章 实验结果分析 40

5.1时域分析功能 40

5.1.1自相关和互相关分析功能 40

5.2频域分析功能 43

5.2.1 傅里叶变换 FFT 和自功率谱 43

5.2.2窗函数分析 45

5.2.3 典型信号滤波与频谱分析 47

5.3信号源选择模块与时频域分析模块实验验证 51

5.3.1 实时采集模块验证 52

5.3.2 历史重载模块验证 53

5.3.3仿真信号模块验证 54

5.4 时域与分析模块验证 55

5.4.1时域分析模块验证 55

5.4.2频域分析模块验证 56

第六章 总结与展望 59

致谢 60

参考文献 61

第一章 绪论

1.1 虚拟仪器概述

1.1.1虚拟仪器的概念

所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统^[1]。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调试，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统^[2]。

1.1.2虚拟仪器的构成

虚拟仪器由通用仪器硬件平台和应用软件两大部分构成。

1. 虚拟仪器的硬件平台