基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的设计

 摘要：文中设计了基于LabVIEW的频谱分析仪，采用频谱分析原理。经过采样，使连续时间信号变为离散时间信号，然后利用LabVIEW的强大的数字信号处理的功能，采样得到的数据进行滤波、加窗、FFT运算处理，得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。并具有数字显示、图形绘制，数据储存等功能，实现了幅度谱和相位谱的分析。

LabVIEW是目前流行的虚拟仪器软件开发环境，图形化编程语言都已经成为标准的开发工具，基于LabVIEW的虚拟实验平台作为虚拟实验室的重要组成部分，其构建具有重要的现实意义。目前，虚拟仪器已是控制行业及电子测量行业的标准化平台，被学术界、工业界广泛地接受并认可，性能高，扩展性强，开发时间少。应用的领域还在不断扩大。虚拟仪器是将设计的测试应用软件在计算机上运行测试的仪器，是仪器软件系统与计算机系统的结合。文中基于LabVIEW设计了虚拟频谱分析仪，并用软件代替硬件，基于计算机强大的分析处理能力，将一些先进的数字信号处理方法运用于软件设计中，实现了虚拟仪器代替传统频谱分析仪，并得到很好的结果。

1 虚拟频谱仪的设计过程及运行原理

本设计采用的是数字处理式频谱分析原理，方法为：经过采样，使连续时间信号变为离散时间信号，然后利用LabVIEW的强大的数字信号处理的功能，对采样得到的数据

进行滤波、加窗、FFT运算处理，就可得到信号的幅度谱、相位谱以。虚拟频谱仪设计流程如下：

1.1 前面板

在前面板窗口中，添加输入控件和显示控件。从控件选板中选择所需的输入和显示控件，按住鼠标不放，拖住至合适位置后再松开鼠标，即可将所需控件置于前面板窗口工作区。在已添加在前面板窗口工作区的控件上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择项目可以对该控件的参数进行配置。

该模块可以产生3种不同类型，不同参数的常用信号。信号参数可在前面板之际选择。其前面板如图1所示。

1.2 系统框图

在前面板窗口下快捷键Ctrl+E，将前面板的设计界面切换到程序框图窗口，在该界面中将会自动显示函数选择面板，从该面板中可以选择或添加所需要的函数对象、变成对象等各种有关的函数对象。程序框图最外层是一个while循环，保证输出波形的连续性。

程序的系统框图主要由信号产生模块和信号处理模块组成。其程序框图如图2所示。

2 程序运行结果

程序有多种运行结果，有正弦波，三角波，方波，锯齿波等不同的波形，其中波形的输入频率、幅值，相位，方波占空比均可改变。

2.1 单个信号的频谱分析

正弦波信号，频率10 000 Hz幅值为1。频谱分析如图3所示。

2.2 多个信号的频谱分析

正弦波，频率为10 000 Hz，幅值为1;三角波信号，频率为6 000 Hz，幅值为1;正弦波信号，频率为5 000 Hz，幅值为1;叠加后的频谱分析如图4所示。

从运行结果可以看出，本文设计的频谱分析仪能够准确的分心频谱，具备叠加频谱的分析功能。

3 结论

本文设计了基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪，完成了频谱分析的功能，能够分析正弦波，三角波，方波，锯齿波等波形，另外基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的设计应该进一步改善，增加其通用性，使其更加方便，直观，快捷。