一種基于Labview的信號發生及分析系統的設計

益朋

摘 要：應用虛擬儀器技術可設計一種基于Labview的可添加噪聲和窗函數的虛擬信號發生器及信號分析系統。虛擬信號發生系統能夠靈活控制信號的頻率、幅值和相位，較快捷地實現多種虛擬信號波形的產生、讀取和存儲功能，并結合計算機自帶的聲卡，對虛擬信號發生器所產生的信號進行模擬輸出。信號的時域分析和頻域分析系統可以完成時域統計、相關分析、加窗分析和頻譜分析等功能，軟件的性能可通過后續編程進行擴展。

關鍵詞：虛擬儀器；Labview；信號；模擬

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）15-0129-03

虛擬儀器（Virtual Instruments，VI）是計算機技術和儀器深層結合的產物，它是在以計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計和定義儀器功能，具有虛擬面板，且具體功能由所編寫的軟件程序來實現的一種計算機系統。與傳統儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性價比、可操作性等方面都具有明顯的技術優勢，“軟件即儀器”（Software is Instrument）反映了虛擬儀器的基本特征。

傳統的信號發生及分析儀器是基于硬件系統結合電路來實現的，存在技術更新周期長、儀器功能無法自定義、與其他設備連接困難、開發維護費用高等問題。傳統的信號發生器一般只提供正弦波、方波、三角波等幾種波形，而在實際的教學和實驗過程中，工作者往往需要一些特殊信號、任意信號波形的輸出，傳統的信號發生器已經不能很好地滿足這樣的需求。目前，測控領域的工作者已經開始借助虛擬儀器以軟件為核心的技術優勢，將信號發生器作為虛擬儀器的一個模塊來實現，用來彌補傳統儀器的不足。通過利用虛擬儀器技術，已經有一部分具體的測試和分析系統被投用，這些系統大多用于完成某些具體的信號測試及信號分析，但是，對測試信號進行較為全面分析的虛擬儀器還不多見。

本文利用計算機硬件和Labview開發軟件，設計既具有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的虛擬信號發生器及信號分析系統，實現可添加噪聲和窗函數的多種虛擬信號的發生、讀取和存儲功能，可通過計算機聲卡實現信號的模擬輸出，并具有信號時域分析和頻域分析功能，可完成信號或信號數據的分析功能。

1 系統設計

一臺虛擬儀器主要包括軟件和硬件兩大部分，本文設計的信號發生及分析系統的外圍硬件包括計算機和計算機自帶的聲卡。一般聲卡具有16位D/A轉換精度，可輸出的信號頻率范圍在1 Hz～20 kHz之間，可以滿足一般的測試需求。使用計算

機聲卡作為D/A轉換工具，比一般的12位D/A卡的精度要高，其價格又相對低廉，具有一f定的可行性。利用聲卡的D/A輸出，可以將信號發生器所產生的信號作為音頻信號，通過功放或線路輸出送到音箱等設備轉換為聲波。

軟件系統以Labview 2009 為開發平臺，由用戶自主設計程序儀器面板，通過編程軟件實現信號發生及分析系統的具體功能。信號發生器的基本組成如圖1所示。

摘 要：應用虛擬儀器技術可設計一種基于Labview的可添加噪聲和窗函數的虛擬信號發生器及信號分析系統。虛擬信號發生系統能夠靈活控制信號的頻率、幅值和相位，較快捷地實現多種虛擬信號波形的產生、讀取和存儲功能，并結合計算機自帶的聲卡，對虛擬信號發生器所產生的信號進行模擬輸出。信號的時域分析和頻域分析系統可以完成時域統計、相關分析、加窗分析和頻譜分析等功能，軟件的性能可通過后續編程進行擴展。

關鍵詞：虛擬儀器；Labview；信號；模擬

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）15-0129-03

虛擬儀器（Virtual Instruments，VI）是計算機技術和儀器深層結合的產物，它是在以計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計和定義儀器功能，具有虛擬面板，且具體功能由所編寫的軟件程序來實現的一種計算機系統。與傳統儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性價比、可操作性等方面都具有明顯的技術優勢，“軟件即儀器”（Software is Instrument）反映了虛擬儀器的基本特征。

傳統的信號發生及分析儀器是基于硬件系統結合電路來實現的，存在技術更新周期長、儀器功能無法自定義、與其他設備連接困難、開發維護費用高等問題。傳統的信號發生器一般只提供正弦波、方波、三角波等幾種波形，而在實際的教學和實驗過程中，工作者往往需要一些特殊信號、任意信號波形的輸出，傳統的信號發生器已經不能很好地滿足這樣的需求。目前，測控領域的工作者已經開始借助虛擬儀器以軟件為核心的技術優勢，將信號發生器作為虛擬儀器的一個模塊來實現，用來彌補傳統儀器的不足。通過利用虛擬儀器技術，已經有一部分具體的測試和分析系統被投用，這些系統大多用于完成某些具體的信號測試及信號分析，但是，對測試信號進行較為全面分析的虛擬儀器還不多見。

本文利用計算機硬件和Labview開發軟件，設計既具有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的虛擬信號發生器及信號分析系統，實現可添加噪聲和窗函數的多種虛擬信號的發生、讀取和存儲功能，可通過計算機聲卡實現信號的模擬輸出，并具有信號時域分析和頻域分析功能，可完成信號或信號數據的分析功能。

1 系統設計

一臺虛擬儀器主要包括軟件和硬件兩大部分，本文設計的信號發生及分析系統的外圍硬件包括計算機和計算機自帶的聲卡。一般聲卡具有16位D/A轉換精度，可輸出的信號頻率范圍在1 Hz～20 kHz之間，可以滿足一般的測試需求。使用計算

機聲卡作為D/A轉換工具，比一般的12位D/A卡的精度要高，其價格又相對低廉，具有一f定的可行性。利用聲卡的D/A輸出，可以將信號發生器所產生的信號作為音頻信號，通過功放或線路輸出送到音箱等設備轉換為聲波。

軟件系統以Labview 2009 為開發平臺，由用戶自主設計程序儀器面板，通過編程軟件實現信號發生及分析系統的具體功能。信號發生器的基本組成如圖1所示。

摘 要：應用虛擬儀器技術可設計一種基于Labview的可添加噪聲和窗函數的虛擬信號發生器及信號分析系統。虛擬信號發生系統能夠靈活控制信號的頻率、幅值和相位，較快捷地實現多種虛擬信號波形的產生、讀取和存儲功能，并結合計算機自帶的聲卡，對虛擬信號發生器所產生的信號進行模擬輸出。信號的時域分析和頻域分析系統可以完成時域統計、相關分析、加窗分析和頻譜分析等功能，軟件的性能可通過后續編程進行擴展。

關鍵詞：虛擬儀器；Labview；信號；模擬

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）15-0129-03

虛擬儀器（Virtual Instruments，VI）是計算機技術和儀器深層結合的產物，它是在以計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計和定義儀器功能，具有虛擬面板，且具體功能由所編寫的軟件程序來實現的一種計算機系統。與傳統儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性價比、可操作性等方面都具有明顯的技術優勢，“軟件即儀器”（Software is Instrument）反映了虛擬儀器的基本特征。

傳統的信號發生及分析儀器是基于硬件系統結合電路來實現的，存在技術更新周期長、儀器功能無法自定義、與其他設備連接困難、開發維護費用高等問題。傳統的信號發生器一般只提供正弦波、方波、三角波等幾種波形，而在實際的教學和實驗過程中，工作者往往需要一些特殊信號、任意信號波形的輸出，傳統的信號發生器已經不能很好地滿足這樣的需求。目前，測控領域的工作者已經開始借助虛擬儀器以軟件為核心的技術優勢，將信號發生器作為虛擬儀器的一個模塊來實現，用來彌補傳統儀器的不足。通過利用虛擬儀器技術，已經有一部分具體的測試和分析系統被投用，這些系統大多用于完成某些具體的信號測試及信號分析，但是，對測試信號進行較為全面分析的虛擬儀器還不多見。

本文利用計算機硬件和Labview開發軟件，設計既具有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的虛擬信號發生器及信號分析系統，實現可添加噪聲和窗函數的多種虛擬信號的發生、讀取和存儲功能，可通過計算機聲卡實現信號的模擬輸出，并具有信號時域分析和頻域分析功能，可完成信號或信號數據的分析功能。

1 系統設計

一臺虛擬儀器主要包括軟件和硬件兩大部分，本文設計的信號發生及分析系統的外圍硬件包括計算機和計算機自帶的聲卡。一般聲卡具有16位D/A轉換精度，可輸出的信號頻率范圍在1 Hz～20 kHz之間，可以滿足一般的測試需求。使用計算

機聲卡作為D/A轉換工具，比一般的12位D/A卡的精度要高，其價格又相對低廉，具有一f定的可行性。利用聲卡的D/A輸出，可以將信號發生器所產生的信號作為音頻信號，通過功放或線路輸出送到音箱等設備轉換為聲波。

軟件系統以Labview 2009 為開發平臺，由用戶自主設計程序儀器面板，通過編程軟件實現信號發生及分析系統的具體功能。信號發生器的基本組成如圖1所示。