摘要隨著電子技術、計算機技術和數字訊號處理技術的發展，以及它們在測量領域中的廣泛應用，新的測試理論、測試方法以及測試儀器的不斷出現。儀器的概念及其設計理論正在發生著巨大的變化，虛擬儀器受到越來越多的關注。虛擬儀器是由計算機硬體資源、模組化儀器硬體和用於資料分析、過程通訊及圖形使用者介面的軟體組成的測控系統，是一種計算機操縱的模組化儀器系統。
主要由通用的計算機資源、應用軟體和儀器硬體等構成。它是按照訊號的處理與採集，結果的輸出及顯示的結構模式來建立通用訊號處理硬體平台。
本文就是在這個通用訊號處理硬體平台上，進行了基於labview的虛函式發生器的設計，設計基於labview軟體的虛函式訊號發生器（能夠產生實驗室常用的正弦波、三角波、方波、鋸齒波訊號），在函式訊號的輸出中加入相應的雜訊訊號，並在已設計好的虛擬訊號發生器的基礎上對產生的訊號做相應的頻譜分析。
關鍵詞：虛擬儀器，labview，虛函式訊號發生器，頻譜分析
目錄1 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 函式訊號發生器發展概況 2
1.3 頻譜分析儀發展概況 4
2 虛擬儀器技術 6
2.1 虛擬儀器的概念 6
2.2虛擬儀器的硬體系統 8
2.3 虛擬儀器的軟體系統 10
3 labview圖形化開發環境 11
3.1 labview簡介 11
3.2 labview的優點 12
3.3 labview程式設計模組 13
4 虛函式發生器與虛擬頻譜分析儀的設計 15
4.1 基本原理 15
4.2 模型的建立 16
4.3 系統設計 16
4.4 執行結果 18
4.4.1 正弦波執行結果圖 18
4.4.2三角形波執行結果圖 18
4.4.3鋸齒波執行結果圖 19
4.4.4方波執行結果圖 20
4.4.5正弦波加噪後執行結果圖 21
4.4.6方波加噪後執行結果圖 22
5 心得體會 23
參考文獻 24
致謝 25
虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀70年代。「虛擬」的含義主要強調了軟體在這類儀器中的作用，體現了虛擬儀器與主要通過硬體實現各種功能的傳統儀器的不同。labview是一種圖形化的程式語言和開發環境，它面向的是廣大的普通工程師而非程式設計專家。
自美國國家儀器公司於2023年正式推出以來，目前labview在測控領域的影響越來越大，逐步奠定了ni在虛擬儀器方面的領導地位。現在該軟體已廣泛應用於航空、航天、通訊、電力、汽車、電子半導體、生物醫學等眾多領域。一些著名高校在內的許多學校不僅建立了基於虛擬儀器的實驗室，而且還開設了labview程式設計的課程。
例如清華大學汽車系利用虛擬儀器技術構建的汽車發動機檢測系統，用於汽車發動機的出廠檢驗，主要檢測發動機的功率特性、負荷特性等華中理工大學機械學院工程測試實驗室將其虛擬實驗室成果在網上公開展示，供遠端教育使用四川聯合大學基於虛擬儀器的設計思路，研製了「航空電台二線綜合測試儀」，將臺儀器整合於一體，組成虛擬儀器系統復旦大學、上海交通大學、廣州暨南大學等一批高校，也開發了一批新的虛擬儀器系統用於教學和科研。
作為現代儀器儀表發展的方向, 虛擬儀器已迅速發展成為一種新的產業. 美國是虛擬儀器的誕生地,也是全球最大的虛擬儀器製造國. 到1994 年底, 虛擬儀器製造廠已達95 家, 共生產1 000 多種虛擬儀器產品, 銷售額達2.
93 億美元, 佔整個儀器銷售額73 億美元的4%。到1996 年, 虛擬儀器已在儀器儀表市場中占有10%的份額生產虛擬儀器的主要廠家ni、hp 等公司, 目前都生產數百個型號的虛擬儀器產品. 這些產品在國際市場上有較強的競爭力, 已進入中國市場.
國內虛擬儀器研究的起步較晚, 最早的研究也是從引進消化ni 的產品開始. 但經過多年研究, 我國已經在虛擬儀器開發方面形成了自己的特色，國家自然科學**委員會已將虛擬儀器研究作為現代機械工程科學前沿學科之一, 並被列為十五期間優先資助領域， 我國國民經濟的持續快速發展, 加快了企業的技術公升級步伐, 先進儀器裝置的需求更加強勁; 虛擬儀器賴以生存的個人計算機最近幾年以極高的速度在中國發展, 這些都為虛擬儀器在我國的普及奠定了良好的基礎. 據專家**，到本世紀初我國將有的儀器為虛擬儀器。
發達國家雖然在此領域比我國起步較早，但差距並不是很大，我們應當充分把握時機，取長補短，學習國外先進經驗，將我國的虛擬儀器產業水平逐漸向先進國家靠攏。
訊號發生器是一種最悠久的測量儀器，早在20年代電子裝置剛出現時它就產生了。隨著通訊和雷達技術的發展，40年代出現了主要用於測試各種接收機的標準訊號發生器，使訊號發生器從定性分析的測試儀器發展成定量分析的測量儀器。同時還出現了可用來測量脈衝電路或用作脈衝調製器的脈衝訊號發生器。
由於早期的訊號發生器機械結構比較複雜，功率比較大，電路比較簡單，因此發展速度比較慢。
自60年代以來訊號發生器有了迅速的發展，出現了函式發生器，這個時期的訊號發生器多採用模擬電子技術，由分立元件或模擬積體電路構成，其電路結構複雜，且僅能產生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡單波形，
正弦波發生電路能產生正弦波輸出，，比較電壓訊號(被測試訊號與標準訊號)大小，方波電壓作為積分運算電路的輸入，積分運算電路的輸出得到三角波電壓 ，直接數字合成（dds）技術訊號源的任意波產生方法：直接從波表提取n個點，這n個點是使用者自定義的點，同傳統的頻率合成技術相比，dds技術具有極高的頻率解析度，極快的變頻速度，變頻相位連續，相位雜訊低，易於功能擴充套件和便於全數位化整合，容易實現對輸出訊號的多種調製。
由於模擬電路的漂移較大，使其輸出的波形的幅度穩定性差，而且模擬器件構成的電路存在著尺寸大、**貴、功耗大等缺點，並且要產生較為複雜的訊號波形則電路結構非常複雜。自從70年代微處理器出現以後，利用微處理器、模數轉換器和數模轉換器，硬體和軟體使訊號發生器的功能擴大，產生比較複雜的波形。這時期的訊號發生器多以軟體為主，實質是採用微處理器對dac的程式控制，就可以得到各種簡單的波形。
軟體控制波形的乙個最大缺點就是輸出波形的頻率低，這主要是由cpu的工作速度決定的，如果想提高頻率可以改進軟體程式減少其執行週期時間或提高cpu的時鐘週期，但這些辦法是有限度的，根本的辦法還是要改進硬體電路。
隨著現代電子、計算機和訊號處理等技術的發展，極大促進了數位化技術在電子測量儀器中的應用，使原有的模擬訊號處理逐步被數字訊號處理所代替，從而擴充了儀器訊號的處理能力，提高了訊號測量的準確度、精度和變換速度，克服了模擬訊號處理的諸多缺點，數碼訊號發生器隨之發展起來。
訊號發生器的應用非常廣泛，種類繁多。首先，訊號發生器可以分通用和專用兩大類，專用訊號發生器主要為了某種特殊的測量目的而研製的，如電視訊號發生器、脈衝編碼訊號發生器等。這種發生器的特性是受測量物件的要求所制約的。
其次，訊號發生器按輸出波形又可分為正弦波訊號發生器、脈衝波訊號發生器、函式發生器和任意波發生器等。再次，按其產生頻率的方法又可分為諧振法和合成法兩種。一般傳統的訊號發生器都採用諧振法，即用具有頻率選擇性的迴路來產生正弦振盪，獲得所需頻率。
頻譜分析儀是研究電訊號頻譜結構的儀器，用於訊號失真度、調制度、譜純度、頻率穩定度和交調失真等訊號引數的測量，可用以測量放大器和濾波器等電路系統的某些引數，是一種多用途的電子測量儀器。它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅利葉分析儀等。現代頻譜分析儀能以模擬方式或數字方式顯示分析結果，能分析1赫以下的甚低頻到亞公釐波段的全部無線電頻段的電訊號。
儀器內部若採用數位電路和微處理器，具有儲存和運算功能；配置標準介面，就容易構成自動測試系統。
頻譜分析儀架構猶如時域用途的示波器，面板上佈建許多功能控制按鍵，作為系統功能之調整與控制，實時頻譜分析儀與掃瞄調諧頻譜分析儀。實時頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的訊號振幅，其工作原理是針對不同的頻率訊號而有相對應的濾波器與檢知器，再經由同步的多工掃瞄器將訊號傳送到crt 螢幕上，其優點是能顯示週期性雜散波的瞬間反應，其缺點是價昂且效能受限於頻寬範圍、濾波器的任務與最大的多工交換時間。
在量測高頻訊號時，外差式的頻譜分析儀混波以後的中頻因放大之故，能得到較高的靈敏度，且改變中頻濾波器的頻頻寬度，能容易地改變頻率的解析度，但由於超外差式的頻譜分析儀是在頻帶內掃瞄之故，因此，除非使掃瞄時間趨近於零，無法得到輸入訊號的實時反應，故欲得到與實時分析儀的效能一樣的超外差式頻譜分析儀，其掃瞄速度要非常之快，若用比中頻濾波器之時間常數小的掃瞄時間來掃瞄的話，則無法得到訊號正確的振幅，因此欲提高頻譜分析儀之頻率解析度，且要能得到準確之響應，要有適當的掃瞄速度。由以上之敘述，可以得知超外差式頻譜分析儀無法分析瞬時訊號或脈衝訊號的頻譜，而其主要應用則在測試週期性的訊號及其它雜散訊號的頻譜。
所謂虛擬儀器(virtual instruments)，就是以通用計算機為核心的硬體平台上，由使用者設計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試軟體實現的一種計算機儀器系統。使用者用滑鼠或鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一台專用測量儀器。
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