虚拟频谱分析仪的设计

摘要

虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一种图形化的编程语言，利用LabVIEW可以方便地建立各种虚拟仪器。

本文首先概述了虚拟仪器技术和频谱分析仪在国内外的发展及以后的发展趋势，探讨了虚拟仪器的总线及其标准、框架结构、LabVIEW开发平台，然后介绍了数据采集的相关理论，给出了数据采集系统的硬件结构图。在分析本系统功能需求的基础上，介绍了程序模块化设计、数据库、Web、多线程等设计中用到的技术，最后一章给出了本设计的前面板图。

频谱分析仪是对无线电信号进行测量的必备手段，传统的频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机，输入信号经变频器变频后由低通滤器输出。滤波输出信号作为垂直分量，频率作为水平分量，在示波器屏幕上绘出坐标图，就是输入信号的频谱图。频谱分析仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一，无论测量连续信号或调制信号，频谱分析仪都是很理想的测量工具。但是传统的频谱分析仪只能测量频率的幅度，缺少相位信息，因此属于标量仪器，而且体积庞大。利用LabVIEW强大的虚拟仪器开发功能，可实现基于快速傅里叶变换(FFT)的现代频谱分析仪功能，采用数字方法直接由模拟／转换器(ADC)数字对输入信号取样，再经FFT处理后获得频谱图，可以解决传统频谱分析仪价格昂贵，携带不便等缺点。本文设计了基于LabVIEW的频谱分析仪，以LabVIEW为软件平台，设计了一个简单的频谱分析仪，该仪器能实时显示由声卡采集到的信号的波形和仿真信号波形并进行FFT变换后的频谱图。

关键字：虚拟仪器；LabVIEW；FFT ；频谱分析；声卡；

第一章绪论

1.1 研究的背景和意义

随着科学技术的迅猛发展，需要处理的问题越来越复杂，信号处理中对于频谱分析的要求也越来越高，分析的方法也更加灵活。传统的频谱分析仪也越来越力不从心，尤其是对窗函数得操作比较复杂，而频谱仪本身的信号处理电路的设计也十分复杂且很很难更新。当新的计算方法出来后，传统的频谱分析仪根本无法升级，满足不了科研人员的要求，给科研工作带来额外的科研成本。传统测试系统中，信号的采集与控制、分析与处理、结果的表达与输出等功能全是以硬件或固化形式的软件来完成。因此面对复杂的测试对象，组成一套完整的测试系统需要大量的仪器；过多的连线使得系统不稳定，抗干扰性能差；测试系统造价高、系统形式固定，通用性差，无法适应工程变化的需要；测试速度缓慢，系统开发与组建周期长。在以自动化、高速化为特征的现代工业当中，传统测试技术的这些缺陷己逐步成为测试技术发展的“瓶颈”。

传统的电子仪器是自封闭的系统，它具有信号输入、输出的能力并有固定的用户接口。有时为了构成具有一定功能的系统，配置了一套仪器，对其中的某些仪器，只用到了其中一部分功能，而将它作其他功能使用时，却不具备或达不到所需指标，若另配置一套仪器，则比较浪费，需对原有的仪器进行改动，才可以扩大其使用范围。但是传统的仪器功能是由制造商决定的，用户不能任意更改，用户如按自己的要求定制仪器，则价格比较昂贵。虚拟仪器的设想正是出于人们对这种仪器的需求，基于软件的易于修改性，利用软件来实现信号的处理算法部分和人机接口部分，这两部分可以根据科研人员的要求做出不同的方案，而对于信号放大、信号传输等部分采用固定的硬件接入，这样既保证了信号的传输不失真，又能按要求设计出不同的人机界面，并且在将来需要的情况下可以对软件算法进行升级且不增加硬件成本，这样既降低了科研的成本又保证了科研工具可以和理论发展同步，这样的仪器具有十分巨大的现实意义和商业价值。

随着微电子、计算机、网络通信和软件技术的高速发展，一些传统仪器开始向计算机化方向发展，虚拟仪器（VI）的营运而生，虚拟仪器可借助PC机强大的计算及处理能力，以软件代替硬件，由用户自定义和扩展功能，且价格低廉，应用广泛。有关专家指出，在今后几年中，数据系统的设计和开发还将面临一个非常重要的时期，无论是开发高速通信系统，还是其他计算机系统等，用户都会越来越倾向于使用一台示波器和一台频谱分析仪，来同时从不同的角度全方位地捕获和分析系统中的信号，从而解决来源不同角度的问题。因此频谱分析仪对于测试方面来说是非常重要的。在测试领域中[1]，频谱分析仪是一种重要的常用仪器。本文基于LabVIEW设计了一台虚拟频谱分析仪，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，并得到很好的效果。在已有的硬件基础上，通过软件重构，还可以构成虚拟示波器、虚拟失真度测试仪、虚拟频率特性测试仪等其他仪器。

1.2 虚拟仪器的国内外发展现状

虚拟仪器(Virtual Instrument)是随着微电子技术、计算机技术、软件技术、现代测量技术、电子仪器技术的发展而产生的一种新型仪器，它经历了电磁指针式仪器、分立元件式仪器、数字式仪器、智能式仪器发展的一步步进程，特别是上个世纪80年代术以来，新的测试理论，新的测试方法以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，测量仪器的功能和作用发生了质的变化。虚拟仪器技术的发展使现代测量技术和计算机技术真正地融合在一起，是计算机技术和现代测量技术的高速发展共同孕育出的一项革命性新技术。它的出现对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。

如今，虚拟仪器[2]已成为许多发达国家所重点研究的领域，以美国国家仪器公司(National Instrument)简称NI、惠普公司Hewlet Packard，简称HP)、Tektronix和Racal

等公司为首的虚拟仪器在测试领域呈现出越来越大的影响力。其中，又以美国国家仪器公司的图形化编程语言LabVIEW及其配套硬件市场占有率最高、最具有代表性。国内方面，各高等学校及科研机构从90年代开始也积极开展虚拟仪器的研究工作，研制具有自主知识产权的虚拟仪器软件平台，并开发相应的虚拟仪器设备，其中有代表性的是清华大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、国防大学、成都电子科技大学、中国科技大学等，他们在引进和消化美国NI公司和HP公司产品方面做了一系列有益的工作，并取得了一批较好的成果。目6U虚拟仪器广泛应用于工业自动化和控制系统、图像的采集和分析处理、系统仿真、运动控制、远程监控、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断、电子工程、电力工程及教学科研等诸多领域。可以看出，虚拟仪器开发及应用已经进入高速发展的时期。

80年代初期，美国惠普(HP)公司开发出了仪器编程语言HP-VEE，尝试用软件编写仪器。但程序的代码比较冗长，普及比较缓慢。随后，美国NI（National Instrument）公司在1986年设计出第一套图形化的编程语言LabVIEW,真正意义上实现了虚拟仪器编程的设想，之后又推出了基于C语言编程的语言Labwindows/CVI。及后来的各个升级版本，“使得软件就是仪器”的概念成为现实。本课题就是在“软件就是仪器”的思路下，用软件的方法完成基础模块的设计，实现虚拟频谱分析仪的功能。NI的虚拟频谱分析仪通过数据采集卡并配合专门用于虚拟仪器设计的软-LabVIEW

设计出相应的频谱分析仪。

上世纪70年代，频谱分析仪快速的发展，出现了百花齐放的局面。如美国惠普（HP）公司的HP8553B、8554B、8554A／8552R／141T系列等，Tek公司的7L14，日本TR公司的TR4110／4113系列等。到了80年代后，随着计算机、微处理器的发展和医用，频谱仪向智能化、自动化方向发展。如：HP8568A、8566D，Tek496P、494P 等。从上世纪末到本世纪初，频谱分析仪的发展速度更加迅猛，在技术、工艺等方面都达到了很高的水平，如HP8562A／B、70000系列的分析仪都有上百个功能，HP8562集小型化与高性能为一体，使其具有更快、更精确的测量能力。而且HP70000系列是模块化的频谱仪，它还可以随时增加或替换模块，以此实现频段扩展或指标的提升等。而国内由于在这方面起步比较晚，因此与国外相比还有一定的差距，不过随着国内学习国外技术步伐的加快，国内已有一些企业或研究所做出了不错的成绩，如中电41所，前锋电器等[4]。

NI公司的虚拟频谱分析仪在很多方面都具有领先地位。另外荷兰TiePie

Engineering公司的HS801型虚拟仪器是五合一(任意波形发生器、数字存储示波器、瞬态波形记录仪、频谱分析仪、数字表)虚拟综合测试仪，美国Link公司推出DS0-2902、DS02904和DS沪25216三款DSO系列混合信号数字存储示波器(三合一，存储示波器+逻辑分析仪+FFT频谱分析仪)，处于世界领先水平。

在虚拟频谱分析仪领域中，国内近年的发展也相当的迅速，虽然与国际的先进水平还有一定的差距，正是这样才更加表明了我国的产品发展的空间还很大，还有潜力，需要我们来进·步的开发和利用。国内从90年代起一些大学就相继的开展了虚拟仪器或频谱仪的研究工作，如电子科技大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、中国科技大学等，在研制虚拟仪器的厂商有北京炜煌科技公司、北京普源科技公司等。但是我们国家在这方面的研究仍然是属于起步阶段，这样就需要我们来开设这门课程，引导更多的同学进入到这个领域，努力开发我们自己的平台[5]。

1.3 本文所关注的问题和主要工作

本课题旨在利用虚拟仪器编程技术（本文采用NI公司的LabVIEW8.2软件进行设计）；重点探讨基于LabVIEW的仪器结构和程序框架，并由此来实现频谱分析仪。利用LabVIEW这个图形化的编程语言实现了频谱分析的整个过程，对信号的幅值谱、相位谱、功率谱进行了分析，从而了解信号的频率构成。

本文采用数字处理式频谱分析仪设计了基于LabVIEW的频谱分析仪，其中主要包含了用声卡采集信号和不同类型的周期信号的频谱分析两大模块。利用LabVIEW 的强大数字信号处理功能，首先采用LabVIEW自带的仿真信号进行滤波、加窗、FFT 运算处理，得到信号的幅值谱、相位谱、功率谱，验证结果的准确性；然后利用LabVIEW中的声音采集控件对输入的声音信号进行滤波、加窗、FFT运算处理，得到信号的幅值谱、相位谱、功率谱。最终得到正确的频谱图。

第二章LabVIEW及其相关理论

2.1 LabVIEW基础

虚拟仪器技术是近些年发展起来的新一代仪器技术。它彻底改变了传统仪器的灵活性不强、成本过高的缺点。虚拟仪器的实质是利用计算机来模拟传统仪器的各项功能。如利用计算机的显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制/显示面板；利用计算机的多种形式的输出方式来表达测试结果；利用计算机的强大软件功能来模拟传统仪器的信号数据的计算、分析和处理等。从而在计算机的基础上无需更多的硬件投入就可以实现能够完成各种测试分析功能的一种计算机化仪器系统。虚拟仪器一般由完成数据采集功能的硬件部分和完成数据分析处理功能的软件部分组成。硬件部分一般是各种形式的数据采集设备，将采集到的各种形式的信号转换成电信号后输入到计算机内。计算机通过软件实现从计算机的各类接口中读取数据，并用软件实现信号分析处理过程，将处理结果显示出来。本文是利用声卡进行声音信号的采集，将采集到的信号利用LabVIEW软件进行处理，最终将频谱分析后的结果显示出来。

LabVIEW是虚拟仪器集成环境的简称，是目前应用最广、发展最快、功能最强大的图形化软件开发集成环境。LabVIEW本身是功能较完整的软件开发环境，它是作为替代常规Basic或C语言而设计的。用方框图代替了传统的程序代码。作为编写程序的语言，除了编程方式不同外，LabVIEW具备编程语言所有特征，因此被称为

G(Graphical)语言。LabVIEW所运用的设备图标与工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似。用LabVIEW设计的虚拟仪器可以脱离LabVIEW开发环境，最终呈现在用户面前的是和实际的硬件仪器相似的操作面板。

LabVIEW包含有专门用于设计数据采集程序和仪器控制程序的功能库和开发

工具库。LabVIEW的程序设计实质上就是设计单个的虚拟仪器，即“vls”。在计算机显示屏幕上利用功能库和开发工具库产生一个前面板（front panel）;在后台则利用图形化的编程语言编制用于控制前面板的程序。程序的前面板具有与传统仪器类似的界面，可接受用户的鼠标指令。一般来说，每个VI都可以作为其他VI的调用对象，其功能类似于文本语言的子程序。

LabVIEW的运行机制就宏观上已经不再是传统上的冯.诺依曼计算机体系结构的执行方式。传统的计算机语言（如C语言）中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替。从本质上讲，它是一种带有图形控制流结构的数据流模式，这种方式确保程序中的节点只有在获得它的全部数据后才能执行。数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能执行，而且目标的输出，只有当它的功能完全时才是有效的。即在这种数据流程序的概念中，程序的执行是数据驱动的，它不受操作系统、计算机等因素的影响。这样，LabVIEW中被连接的方框图之间的数据流控制程序的执行次序，而不像文本程序受到顺序执行的约束。从而可以通过相互连接功能方框快速简洁地开发应用程序，甚至还可以有多个数据通道同步执行。

LabVIEW的核心是VI有一个人机交互界面—前面板（front panel）和类似于源代码功能的方框图（diagram）。在VI的前面板中，控件（controls）模拟了仪器的输入装置并把数据提供给VI的方框图；而指示器（indicators）则模拟了仪器的输出装置并显示由方框图获得或产生的数据。一个VI可以由底层的多个VI组成，就像真实仪器由印刷电路板组成，而印刷电路板又由IC、分立元件足协一样。底层的VI代表了最基本的计算，I/O操作与界面设计功能，各层VI都有相同的结构形式。虚拟仪器模型、图形界面和结构化数据流程图编程是LabVIEW三大核心技术。

2.2图形化虚拟仪器开发平台——LabVIEW

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数，是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都更加形象化。

传统的文本式编程是一种顺序的设计思路，设计者必须写出执行的语句。而LabVIEW是基于数据流的工作方式，同时是基于图形化的编程，这使得设计者不必掌握大量的编程语言和程序设计技巧便可设计出虚拟仪器系统[6]。

目前，在以PC机为基础的测试和工控软件中，LabVIEW的市场普及率仅次于C++/C语言。LabVIEW具有一系列无与伦比的优点：首先，LabVIEW作为图形化语言编程，采用流程图式的编程，运用的设备图标与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似；同时，LabVIEW提供了丰富的VI库和仪器面板素材库，近600种设备的驱动程序(可扩充)如GPIB设备控制、VXI 总线控制、串行口设备控制、以及数据分析、显示和存储；并且LabVIEW还提供了专门用于程序开发的工具箱，使得用户能够设置断点，调试过程中可以使用数据探针

频谱分析仪的设计方案及实际应用案例汇总

频谱分析仪的设计方案及实际应用案例汇总 频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1 赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能;配置标准接口，就容易构成自动测试系统。 基于MSP430 的FM 音频频谱分析仪的设计方案 本文中主要提出了以MSP43 处理器为核心的音频频谱分析仪的设计方案。以数字信号处理的相关理论知识为指导，利用MSP430 处理器的优势来进行音频频谱的设计与改进，并最终实现了在TFT 液晶HD66772 上面显示。 基于NIOS II 的频谱分析仪的设计与研制 本设计完全利用FPGA 实现FFT，在FPGA 上实现整个系统构建。其中CPU 选用Altera 公司的Nios II 软核处理器进行开发, 硬件平台关键模块使用Altera 公司的EDA 软件QuartusIIV8.0 完成设计。整个系统利用Nios II 软核处理器通过Avalon 总线进行系统的控制。 基于频谱分析仪二代身份证读卡器测量 本文所介绍使用频谱仪检测RFID 读卡器的应用实例也是一种通用检测 方案，可广泛应用在RFID 读卡器和主动式电子标签研发过程中的调试、产线 的检验等多个方面。 基于频谱分析仪分析手机无线测试 本文将对手机无线通信中遇到的问题提出相应的解决方案。手机在进行通信时存在着频段控制、通信质量检测和信号大小控制等问题。被射频工程师

基于单片机音频信号分析仪设计

2007年A题音频信号分析仪 本系统基于Altera Cyclone II 系列FPGA嵌入高性能的嵌入式IP核(Nios)处理器软核，代替传统DSP芯片或高性能单片机，实现了基于FFT的音频信号分析。 音频信号分析仪 山东大学王鹏陈长林秦亦安 摘要：本系统基于Altera Cyclone II 系列FPGA嵌入高性能的嵌入式IP核(Nios)处理器软核，代替传统DSP芯片或高性能单片机，实现了基于FFT的音频信号分析。并在频域对信号的总功率，各频率分量功率，信号周期性以及失真度进行了计算。并在FPGA中嵌入了8阶IIR切比雪夫（Chebyshev）II型数字低通滤波器，代替传统有源模拟滤波器实现了性能优异的音频滤波。配合12位A/D转换芯片AD1674，和前端自动增益放大电路，使在50mV到5V的测量范围下，单一频率功率及总功率测量误差均控制在1%以内。 关键词：FPGA；IP核；FFT；IIR；可控增益放大 Abstract: This system is based on IP core(Nios)soft-core processors embedded in the FPGA of Altera Cyclone II family. Instead of using DSP or microcontroller, we use Nios II to perform a low-cost FFT-based analysis of the audio signal.And we caculated the power of the whole signal,the power of each frequence point that componented the signal.By the way,we anlysised its periodicity and distortion.We also embedded an 8-order Chebyshev II IIR digital low-pass filter to replace the traditional analog Active Filter to perform an excellent audio filter. With 12bit A / D converter chip AD1674, and the front-end automatic gain amplifier, this system’s single-frequency power and total power measurement error is below 1% in 50mV to 5V measurement range. Keyword: FPGA；IP core; FFT;IIR; automatic gain amplifier 一、方案选择与论证 1、整体方案选择 音频分析仪可分为模拟式与数字式两大类。 方案一：以模拟滤波器为基础的模拟式频谱分析仪。有并行滤波法、扫描滤波法、小外差法等。因为受到模拟滤波器滤性能的限制，此种方法对我们来说实现起来非常困难。 方案二：以FFT为基础的的数字式频谱分析仪。通过信号的频谱图可以很方便的得到输入信号的各种信息，如功率谱、频率分量以及周期性等。外围电路少，实现方便，精度高。 所以我们选用方案二作为本音频分析仪的实现方式。

基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计

目录 1 设计任务 (1) 1.1 技术要求 (1) 1.2 设计方案 (1) 2 基本原理 (1) 3 建立模型 (2) 3.1 系统前面板设计 (3) 3.2 系统程序框图设计 (3) 3.3 系统程序运行结果 (4) 4 结论与心得体会 (9) 4.1 实验结论 (9) 4.2 心得体会 (10) 5 参考文献 (10)

基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计1设计任务 1.1 技术要求 1）设计出规定的虚拟频谱分析仪，可对输入信号进行频域分析，显示输入信号的幅度谱和相位谱等 2）设置出各个控件的参数； 3）利用LabVIEW实现该虚拟频谱分析仪的设计； 4）观察仿真结果并进行分析； 5）对该虚拟频谱分析仪进行性能评价。 1.2 设计方案 虚拟频谱分析仪的设计包括以下三个步骤： 1) 按照实际任务的要求，确定频谱分析仪的性能指标。 2) 按照实验原理想好设计思路，并且完成电路图及程序，然后在前面板和程序流程图中实现。 3) 完成电路设计，运行程序并且检查，直至无误后观察仿真结果并且分心。 2基本原理 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、相位谱以及功率谱。FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。 在采样过程中，为了满足采样定理，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，从而防止频率混叠。实际中，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，而进行傅立叶变换的数据理论上应为无限长的离散数据序列，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间

数字频谱分析仪设计论文

本科生毕业论设计 论文题目：数字频谱分析仪 姓名： 学号： 班级： 年级： 专业： 学院：机械与电子工程学院 指导教师： 完成时间：

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

简易频谱分析仪课程设计

东北石油大学课程设计 2014年7月18 日

东北石油大学课程设计任务书 课程通信电子线路课程设计 题目简易频谱分析仪 专业姓名学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容： 设计一个测量频率范围覆盖为10MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号的简易频谱分析仪。基本要求： （1）频率测量范围为10MHz--30MHz； （2）频率分辨力为10kHz，输入信号电压有效值为20mV±5mV，输入阻抗为50Ω； （3）可设置中心频率和扫频宽度； （4）借助示波器显示被测信号的频谱图，并在示波器上标出间隔为1MHz 的频标。 主要参考资料： [1]谢家奎．电子线路(非线性部分)［M］．北京:高等教育出版社． [2] 张建华．数字电子技术［M］．北京:机械工业出版社． [3] 陈汝全．电子技术常用器件应用手册［M］．北京:机械工业出版社． 完成期限2014.7.14 — 2014.7.18 指导教师 专业负责人 2014年7 月14 日

摘要 系统利用SPCE061A单片机作为主控制器，采用外差原理设计并实现频谱分析仪：利用DDS芯片生成10KHz步进的本机振荡器，AD835做集成混频器，通过开关电容滤波器取出各个频点（相隔10KHz）的值，再配合放大，检波电路收集采样值，经凌阳单片机SPCE061A的处理，最后送示波器显示频谱。测量频率范围覆盖10MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号。 关键词：SPCE061A；DDS；频谱分析仪

信号处理实验七音频频谱分析仪设计与实现

哈尔滨工程大学 实验报告 实验名称：离散时间滤波器设计 班级：电子信息工程4班 学号： 姓名： 实验时间：2016年10月31日18：30 成绩：________________________________ 指导教师：栾晓明 实验室名称：数字信号处理实验室哈尔滨工程大学实验室与资产管理处制

实验七音频频谱分析仪设计与实现 一、 实验原理 MATLAB 是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，其数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数命令。本实验要求基于声卡和MTLAB 实现音频信号频谱分析仪的设计原理与实现，功能包括： (1)音频信号输入，从声卡输入、从WAV 文件输入、从标准信号发生器输入； (2)信号波形分析，包括幅值、频率、周期、相位的估计、以及统计量峰值、均值、均方值和方差的计算。 (3)信号频谱分析，频率、周期的统计，同行显示幅值谱、相位谱、实频谱、虚频谱和功率谱的曲线。 1、频率(周期)检测 对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差、或过零点的时间差。这里采用过零点(ti)的时间差T(周期)。频率即为f = 1/T ，由于能够求得多个T 值(ti 有多个)，故采用它们的平均值作为周期的估计值。 2、幅值检测 在一个周期内，求出信号最大值ymax 与最小值ymin 的差的一半，即A = (ymax - ymin)/2，同样，也会求出多个A 值，但第1个A 值对应的ymax 和ymin 不是在一个周期内搜索得到的，故以除第1个以外的A 值的平均作为幅值的估计值。 3、相位检测 采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。φ=2π(1-ti/T)，{x}表示x 的小数部分，同样，以φ的平均值作为相位的估计值。 频率、幅值和相位估计的流程如图1所示。 4、数字信号统计量估计 (1) 峰值P 的估计 在样本数据x 中找出最大值与最小值，其差值为双峰值，双峰值的一半即为峰值。 P=0.5[max(yi)-min(yi)] (2)均值估计 i N i y N y E ∑== 1 )( 式中，N 为样本容量，下同。 (3) 均方值估计 () 20 2 1 ∑== N i i y N y E (4) 方差估计 ∑=-=N i i Y E y N y D 0 2))((1)(

【目录】基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计

【关键字】目录 目录 基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计 1设计任务 1.1 技术要求 1）设计出规定的虚拟频谱分析仪，可对输入信号进行频域分析，显示输入信号的幅度谱和相位谱等 2）设置出各个控件的参数； 3）利用LabVIEW实现该虚拟频谱分析仪的设计； 4）观察仿真结果并进行分析； 5）对该虚拟频谱分析仪进行性能评价。 1.2 设计方案 虚拟频谱分析仪的设计包括以下三个步骤： 1) 按照实际任务的要求，确定频谱分析仪的性能指标。 2) 按照实验原理想好设计思路，并且完成电路图及程序，然后在前面板和程序流程图中实现。 3) 完成电路设计，运行程序并且检查，直至无误后观察仿真结果并且分心。

2基本原理 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、相位谱以及功率谱。FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。 在采样过程中，为了满足采样定理，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，从而防止频率混叠。实际中，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，而进行傅立叶变换的数据理论上应为无限长的离散数据序列，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间内有限数据。这样就导致频谱泄漏的存在。所以利用用加窗的方法来减少频谱泄漏。由于取样信号中混叠有噪声信号，为了消除干扰，在进行FFT 变换之前，要先进行滤波处理。本设计采用了巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）、椭圆（Ellipse）、贝塞尔（Bessel）等滤波器。 以下说明时域分析与频域分析的功能 1）信号的时域分析主要是测量尝试信号经滤波处理后的特征值，这些特征值以一个数值的方式来表示信号的某些时域特征，是对尝试信号最简单直观的时域描述。将尝试信号采集到计算机后，在尝试VI中进行信号特征值处理，并在尝试VI前面板上直观地表示出信号的特征值，可以给尝试VI的使用者提供一个了解尝试信号变化的快速途径。信号的特征值分为幅值特征值、时间特征值和相位特征值。 2）信号的频域分析就是根据信号的频域描述来估计和分析信号的组成和特征量。测量时采集到的是时域波形，但是由于时域分析工具较少，往往把问题转换到频域来处理。频域分析包括频谱分析、功率谱分析、相干函数分析以及频率响应函数分析。通过信号的频域分析，可以确定信号中含有的频率组成成分和频率分布范围；还可以确定信号中的各频率成分的幅值和能量；同时还能分析各信号之间的相互关系。 3建立模型 本设计中用LabVIEW中的信号发生控件来代替信号采集部分产生信号。整个系统的设计均由软件来仿真实现。 本设计的虚拟频谱分析仪由两个软件模块组成：信号发生器模块和频谱分析模块。处理过程如下：首先将信号发生模块产生的尝试信号送数字滤波器处理，滤除干扰噪声，然后分别进行时域分析、频域

基于MATLAB的频谱分析仪设计

基于MATLAB的信号频谱分析仪的实现 一、概述 信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域，而频谱分析又是信号处理中一个非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成，价格昂贵，体积庞大，不便于工程技术人员的携带。虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路，用软件代替了硬件，使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。 在工程领域中，MA TLAB是一种倍受程序开发人员青睐的语言，对于一些需要做大量数据运算处理的复杂应用以及某些复杂的频谱分析算法MA TLAB显得游刃有余。本文将重点介绍虚拟频谱分析仪、MA TLAB软件及对正弦信号的频谱分析。 1.1虚拟频谱分析仪的功能包括： (1) 音频信号信号输入。输入的途径包括从声卡输入、从WAV文件输入、从信号发生器输入； (2) 信号波形分析。包括幅值、频率、周期、相位的估计，并计算统计量的峰值、均值、均方值和方差等信息； (3) 信号频谱分析。频率、周期的估计，图形显示幅值谱、相位谱和功率谱等信息的曲线。 2.1MA TLAB软件

二、实验原理 2.1快速傅立叶变换（FFT） 在各种信号序列中，有限长序列占重要地位。对有限长序列可以利用离散傅立叶变换(DFT)进行分析。DFT不但可以很好的反映序列的频谱特性，而且易于用快速算法(FFT)在计算机上进行分析。 有限长序列的DFT是其z变换在单位圆上的等距离采样，或者说是序列傅立叶的等距离采样，因此可以用于序列的谱分析。FFT是DFT 的一种快速算法，它是对变换式进行一次次分解，使其成为若干小数据点的组合，从而减少运算量。 MATLAB为计算数据的离散快速傅立叶变换，提供了一系列丰富的数学函数，主要有Fft、Ifft、Fft2 、Ifft2, Fftn、ifftn和Fftshift、Ifftshift等。当所处理的数据的长度为2的幂次时，采用基-2算法进行计算，计算速度会显著增加。所以，要尽可能使所要处理的数据长度为2的幂次或者用添零的方式来添补数据使之成为2的幂次。 Fft函数调用方式：○1Y=fft(X)； ○2Y＝fft(X,N)； ○3Y＝fft(X,[],dim)或Y＝fft(X,N,dim)。 函数Ifft的参数应用与函数Fft完全相同。 2.2周期图法功率谱分析原理 周期图法是把随机数列x（n）的N个观测数据视为能量有限的序列，直接计算x（n）的傅立叶变换，得X(k)，然后再取幅值的平

简易频谱分析仪

简易频谱分析仪[ 2005年电子大赛二等奖] 摘要：本设计以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件，配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator，制作完成本数字式外差频谱分析仪。前端利用高性能A/D对被测信号进行采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，在FPGA内部完成数字混频，数字滤波等DSP 算法。 SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程，包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。本系统运行稳定，功能齐全，人机界面友好。 关键字：SPCE061A 简易频谱分析仪 一、方案论证 频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面对两种方案进行比较： 方案一：模拟式频谱分析仪 模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1.1：

图 1.1 模拟外差式频谱仪原理框图 图中的扫频振荡器是仪器内部的振荡源，当扫频振荡器的频率在一定范围内扫动时，输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频信号 （），依次落入窄带滤波器的通带内（这个通带是固定的），获得中频增益，经检波后加到Y放大器，使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X放大器，从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。这是目前常用模拟外差式频谱仪的基本原理。模拟外差式频谱仪具有高带宽和高频率分辨率等优点，但是模拟器件调试复杂，短期实现有难度，尤其是在对频谱信息的存储和分析上，逊色于新兴的数字化频谱仪方案。 方案二：数字式频谱分析仪 数字式频谱仪通常使用高速A/D采集当前信号，然后送入处理器处理，最后将得到的各频率分量幅度值数据送入显示器显示，其组成框图如图1.2： 图 1.2 数字式频谱仪组成框图

Adobe-Audition-系列教程(二)：频谱分析仪

Aｄobe Auditｉon系列教程（二)：频谱分析仪 频谱分析仪是研究信号频谱特征的仪器，在电子技术一日千里的今天,是研究、开发、调试维修中的有力武器。现代频谱分析仪都趋向于智能化，虚拟仪器技术广泛应用，有些就是以专用的计算机系统为核心设计的。其结果是结构大大简化、性能飞速提高。当然专业的频谱分析仪就比示波器更加昂贵了,业余爱好者更难用上。不过不必灰心,我们可以充分利用ＡdｏbｅAudition的频谱分析功能,让你拥有精确频谱分析仪的美梦成真!? 1. 频谱显示模式? Ａdoｂe Audition本身有一种“频谱显示”模式。先打开一段波形,或用《妙用Adobe Auｄｉtioｎ:数字存储示波器》一文介绍的方法录制一段波形，即可进行频谱分析。这里我们新建一段２0秒的对数扫频信号(本文大多选用直接建立的波形,以便了解信号原始波形的标准频谱特征），然后选择“Vｉeｗ=>Sｐectral Vieｗ”(视图=＞频谱)，如图1，或点击快捷工具栏的“Togｇle bｅtwｅen Ｓｐectral and Wavｅｆorm vｉews”(切换频谱视图／波形视图）按扭,即可将波形以频谱显示的方式显示出来，如图2。扫频的频谱显示见图３。 图1

图2 图3 可以看到，横轴为时间,纵轴为频率指示。每个时刻对应的波形频谱都被显示出来了，可以看到扫描速度是指数增加的，即将频率轴取对数时扫描速度是线性的。如图中光标处18秒处频谱指示约1１KＨz。实际上频谱指示的颜色是代表频谱能量的高低的,颜色从深蓝到红再到黄，指示谱线电平由低到高的变化。这实际上跟地图的地形鸟瞰显示是比较相似的，看图4频谱复杂变化的声音频谱就更容易理解这点了。 图4

10频谱分析仪设计外文资料翻译

MATLAB的关键特性介绍 MATLAB 是一种应用于算法开发、数据显示、数据分析、数值计算方面的高级计算机语言和交互式开发环境。使用MATLAB软件，你能比例如C、C++, 或者Fortran更快的解决技术上的问题。 你能在很多领域使用MATLAB，例如信号或者图像处理、通讯、控制、测量、金融建模和生物学计算等。可以通过添加某些收集了特殊用途函数的工具箱来将MATLAB专门用于解决某一应用领域的问题。 MATLAB 为编排和分享你的功能提供了一系列的功能。你可以将MALAB 代码与其他语言整合，并且区别开算法与应用程序。 关键特性 (1)高级的计算语言。 (2)开发环境支持代码、文件、数据的管理。 (3)采用了为重复研究、设计和解决问题的交互式的工具。 (4)为线性代数、统计学、傅立叶分析、滤波器设计、最优化设计、数值综合等设计了相关的数学函数。 (5)为显示数据而准备了2-D 和3-D 图形功能。 (6)有个性化的用户接口工具。 (7)有外部语言（例如C, C++,Fortran, Java, COM,和Microsoft Excel）集成在Matlab中的函数。 开发算法和应用 MATLAB 提供了一个高级语言和开发工具，这些允许让你能迅速的开发和分析你的算法和应用。 MATLAB 语言 MATLAB 语言支持向量和矩阵，而这些是工程和特殊问题的基本。它允许快速的开发和执行。 有了MATLAB 语言，你可以比其他传统的语言在编写和开发算法方面更

加快速。因为你不再需要去执行一些低级的操作，例如定义变量、s制定数据类型和分配内存。在许多例子中，MATLAB 可以不用‘for’语句. 结果是一行MATLAB语句可以替代许多行的 C or C++ 代码. 同时，MATLAB 提供传统编程语言的所有特性，包括算法操作、流控制、数据结构、数据类型、面向对象(OOP)和调试特性。 MATLAB 允许你在执行一个命令或者一组命令时不去编译和链接，确保你能够迅速的重试而得到最优的解决方案。 为了能快速计算大型的矩阵和向量，MATLAB 使用了增强型处理器库。为了普通的标量计算，MATLAB 使用了即时编辑技术的机器码指令集。 这种在大多数平台上使用的技术提供了可以与传统的编程语言可以媲美的执行速度。 开发工具 MATLAB 包含的开发工具可以帮助你高效的实现你的算法。这些工具包括：: MATLAB Editor——提供标准的编辑和调试特点，例如设置断点和单步执行。 M-Lint Code Checker——分析你的代码和推荐的改变方法去改善它的性能和稳定性。 MATLAB Profiler——记录程序在每一行所花的时间。 Directory Reports——在一个文件夹中扫描所有的文件并且报告代码的效率、文件的差异、文件的依赖性和代码的覆盖等。 设计图形化的用户接口 你的可以使用交互式的工具GUIDE (图形化的用户接口开发环境) 去布置、设计和编辑用户接口。GUIDE 能为你提供列表框、下拉式菜单、按键、收音机式按钮、滚动条和MATLAB plots and ActiveX 控件. 或者，你也可以通过MATLAB 函数用程序的形式创建GUIs。 分析和访问数据

Adobe-Audition-系列教程(二)：频谱分析仪

AdoｂｅＡｕditｉon系列教程(二)：频谱分析仪 频谱分析仪是研究信号频谱特征的仪器,在电子技术一日千里的今天,是研究、开发、调试维修中的有力武器。现代频谱分析仪都趋向于智能化,虚拟仪器技术广泛应用，有些就是以专用的计算机系统为核心设计的。其结果是结构大大简化、性能飞速提高。当然专业的频谱分析仪就比示波器更加昂贵了,业余爱好者更难用上。不过不必灰心,我们可以充分利用AdobｅＡｕdiｔiｏn的频谱分析功能,让你拥有精确频谱分析仪的美梦成真! 1. 频谱显示模式 AｄobｅAudition本身有一种“频谱显示”模式。先打开一段波形,或用《妙用Adobe Ａuｄitｉｏn：数字存储示波器》一文介绍的方法录制一段波形，即可进行频谱分析。这里我们新建一段2０秒的对数扫频信号（本文大多选用直接建立的波形，以便了解信号原始波形的标准频谱特征）,然后选择“Viｅｗ=＞Spe ｃtrａl Ｖiew”（视图=＞频谱）,如图1，或点击快捷工具栏的“Ｔｏｇgle ｂetween Sｐeｃｔraｌ and Ｗaveform views”(切换频谱视图/波形视图)按扭，即可将波形以频谱显示的方式显示出来，如图2。扫频的频谱显示见图3。 图1

图２ 图3 可以看到，横轴为时间,纵轴为频率指示。每个时刻对应的波形频谱都被显示出来了,可以看到扫描速度是指数增加的，即将频率轴取对数时扫描速度是线性的。如图中光标处18秒处频谱指示约11KＨz。实际上频谱指示的颜色是代表频谱能量的高低的,颜色从深蓝到红再到黄,指示谱线电平由低到高的变化。这实际上跟地图的地形鸟瞰显示是比较相似的，看图4频谱复杂变化的声音频谱就更容易理解这点了。

音频频谱分析仪设计

信号处理实验 实验八：音频频谱分析仪设计与实现

一、实验名称：音频频谱分析仪设计与实现 二、实验原理： MATLAB是一个数据信息和处理功能十分强大的工程实用软件，其数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数和命令。本实验可以用MATLAB进行音频信号频谱分析仪的设计与实现。 1、信号频率、幅值和相位估计 (1)频率(周期)检测 对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差、或过零点的时间差。这里采用过零点(ti)的时间差T(周期)。频率即为f = 1/T，由于能够求得多个T值(ti有多个)，故采用它们的平均值作为周期的估计值。 (2)幅值检测 在一个周期内，求出信号最大值ymax与最小值ymin的差的一半，即A = (ymax - ymin)/2，同样，也会求出多个A值，但第1个A值对应的ymax和ymin不是在一个周期内搜索得到的，故以除第1个以外的A值的平均作为幅值的估计值。 (3)相位检测 采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。φ=2π(1-ti/T)，{x}表示x的小数部分，同样，以φ的平均值作为相位的估计值。 频率、幅值和相位估计的流程如图所示。

其中tin表示第n个过零点，yi为第i个采样点的值，Fs为采样频率。 2、数字信号统计量估计 (1) 峰值P的估计 在样本数据x中找出最大值与最小值，其差值为双峰值，双峰值的一半即为峰值。P=0.5[max(yi)-min(yi)] (2)均值估计 式中，N为样本容量，下同。 (3) 均方值估计

基于LabVIEW的频谱分析仪的设计--开题报告

XXXX大学学生开题报告表 课题名称基于LabVIEW的频谱分析仪的设计 课题来源实际课题类型 E 导师XXX 学生姓名XXX 学号XXX 专业电子信息工程开题报告内容：（调研资料的准备，设计目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。） 1、调研资料的准备 在毕业设计前期，利用图书馆、互联网获取了LabVIEW软件及频谱分析仪的设计的相关资料；对于题目关键技术要点，通过向导师答疑以及与同组同学讨论的方式得到解决，从而确定了题目的技术方案；在后续的设计过程中，还将继续利用图书馆、互联网等途径获取与设计有关的知识，并加强与导师的沟通。 2、设计目的、要求 题目主要是利用LabVIEW软件设计出简单的频谱分析仪，根据频谱分析仪的原理确定其功能，结合LabVIEW软件平台的特点对仪器做出设计和软件编程，实现对信号的分析和研究。 整个系统由虚拟信号发生器模块、虚拟信号滤波器模块和频谱分析模块三部分组成。虚拟信号发生器模块能够产生正弦波、三角波、方波等标准信号，并且可以叠加各种干扰噪声；频谱分析模块主要对上述信号进行时域分析、频域分析和谐波分析等。 掌握基于LabVIEW编程的相关知识和信号的频谱分析方法，要求系统能够产生正弦波、三角波、方波等标准信号，可以叠加各种干扰噪声并对上述信号进行时域分析、频域分析和谐波分析等。完成15000字以上的毕业设计论文，并翻译3000汉字以上的相关英文资料。 3、设计思路与预期成果 根据频谱分析仪的原理确定分析幅度谱、相位谱、自功率谱、互功率谱功能，然后结合LabVIEW软件平台特点实施仪器系统的总体设计和软件编程，最后进行系统调试试验。 本设计采用的是数字处理式频谱分析原理。频谱分析仪是在虚拟示波器的基础上调用滤波函数、加窗函数、FFT函数得到信号频谱特性参数的仪器。实现方法如下：经过采样，将连续时间信号变为离散时间信号，接着利用LabVIEW强大的数字信号处理功能，对这组数据进行滤波、加窗、FFT运算处理，得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。 在采样过程中，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，以满足采样定理，从而防止

基于DSP的简易频谱分析仪设计

基于DSP的简易频谱分析仪设计 摘要 我们对一个信号的认识只在时间域是远远不够的，所以还要在频域去认识和分析它。在电子测量中，测量网络阻抗特性以及传输特性是经常遇到的问题问题，其中，幅频特性、增益和衰减特性、相频特性等是属于传输特性内的。它很大程度方便了调整，校准被测网络及排除故障。 本此设计制作了一个简易频谱分析仪从而可以更直观的看到信号的特性。为了实现这一目标，我们需要利用快速傅里叶变换（FFT）来实现对信号的频谱分析。由于DSP可以处理比较复杂的算法本次设计采用FFT算法通过DSP分析显示输入波形的频率值。 关键词：频谱分析DSP FFT 显示频率

The Simple Spectrum Analyzer Design Based on DSP Abstract We can’t know a signal only in the time domain .It is far from enough, so we also recognize and analyze it in the frequency domain. In the electronic measurement, impedance and transmission characteristics of the network are often encountered in the measurement problems; Transmission characteristics include the gain characteristics, attenuation characteristics, amplitude-frequency characteristic and phase frequency characteristics. It provides a great convenience for the adjustment of the network under test, calibration and troubleshooting. We design a simple spectrum analyzer to see the characteristics of the signal more intuitively. In order to achieve this goal, we need to use the fast Fourier transform ，that is FFT which make spectrum analysis of the signal. Since the DSP can solve the more complex algorithms than others. Hence, we designed a simple spectrum analyzer using the FFT algorithm by DSP to show the frequency of the input waveform. Key word s: Spectrum Analyzer ; DSP; FFT ; Frequency Display

基于labview的信号频谱分析仪毕业设计论文

基于LABVIEW的信号频谱分析仪设计 摘要 随着科学技术的进步，对测量技术的要求越来越高。电子测量技术在各个领域得到越来越广泛的应用，传统的电子测量仪器由于其功能单一，体积庞大，已经很难满足实际工作的需要。集成电路和计算机技术的迅猛发展使电子测量仪器逐渐向数字化、智能化方向发展，与传统仪器相比表现为：功能更强、处理速度更快、频带更宽、用途更广、操作更简单、体积更小、可扩充性更好。微型计算机的普及程度和性能不断提高，使得基于PC平台的虚拟仪器系统应运而生。虚拟仪器可以充分利用计算机的运算、存储和显示功能，因而在降低仪器成本的同时使仪器的灵活性和数据处理能力大大提高，可以很好地满足学校科研和教学改革的需要。 本文论述了基于虚拟仪器概念的信号采集系统的实现方案，重点讨论了在数据传输、显示和处理中的关键技术。使用USB数据采集卡，最终实现了基于 PC 平台的，具有频率计和频谱分析仪功能的数字存储示波器系统。本文所选用的软件LabView 是美国 NI 公司的创新软件产品，也是日前应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境。它具有开发周期短、运行速度快、可重用性、使用方便灵活等优点。因此LabView 对虚拟存储示波器的设计是一种最理想的方法。 关键词：虚拟仪器；数字存储示波器；谐波分析仪；LabView仪器驱动程序

THE DESIGN OF SIGNAL SPECTRUM ANALYSER BASED ON LABVIEW ABSTRACT With the advancement of science and technology, the development of measurement technique is getting more and more important. The application of electronic measurement technique has extended to more fields than ever. Due to limited functions and big size, traditional electronic measurement equipment is no longer suited for common purposes. Thanks to the rapid development of integrated circuit and computer technology, measurement instruments are becoming digitized and https://www.wendangku.net/doc/7d14584041.html,pared with traditional equipment, the new instruments have more functions, higher processing speed, wider bandwidth, friendlier interface,smaller size and better expandability. The prevalence and rocketing development of personal computers give birth to a new kind of instrument, Virtual Instrument (VI). VI is based on PC platform, and can make use of the software and hardware resources of a PC. Compared with its ability of data processing and flexibility, VI has a low price, which means it is a good choice for research and teaching reform inuniversities. This dissertation discusses the implementation of a signal acquisition system,based on the concept of VI and focuses on key techniques in data transmission, display and processing. With a USB data acquisition card connectedto PC, a digital storage oscillograph (DSO) with the function of cymometer and spectrum analyzer is https://www.wendangku.net/doc/7d14584041.html,bVIEW is the innovate software of national instruments corps, of America.lt is also the most widely used、the most quickly developing and the strongest function gragh software.lt has short epolder and fast run-rate.So LabView

简易频谱分析仪

简易频谱分析仪 摘要：本系统采用TI 公司的16位单片机MSP430F149作为控制核心，采用外差原理设计并实现频谱分析仪，基于DDS 技术得到10 kHz 步进的本机振荡器，采用AD835进行混频，通过低通滤波器取出差频信号分量，再配合放大、检波电路得到各个频点的信号有效值。单片机MSP430F149与扫频同步输出锯齿波扫描电压，利用示波器X-Y 方式显示信号频谱分布。测量频率范围覆盖1MHz-30MHz ，可设定中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号。 关键词：MSP430F149，DDS ，混频，频谱分析 一、 系统方案 1. 方案比较与选择 1.1频谱分析仪的实现 方案一 ：模拟式频谱分析仪 模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1： U 图1 模拟外差式频谱仪原理框图 图中的扫频振荡器是仪器内部的振荡源，当扫频振荡器的频率f L 在一定范围内扫动时，输入信号中的各个频率分量f x 在混频器中产生差频信号（f o = f x -f L ），依次落入窄带滤波器的通带内（这个通带是固定的），获得中频增益，经检波后加到Y 放大器，使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X 放大器， 从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。这是目前常用模拟外差式频谱仪的基本原理。模拟外差式频谱仪具有高带宽和高频率分辨率等优点，但是模拟器件调试复杂，短期实现有难度。 方案二：数字式频谱分析仪 数字式频谱仪通常使用高速A/D 采集当前信号，然后送入处理器处理，最后将得到的各频率分量幅度值数据送入显示器显示，其组成框图如图3： 图3 数字式频谱仪组成框图 信号经高速A/D 采集送入处理器，通过硬件乘法器与本地由DDS 产生的本振扫频信号混频，变频后信号不断移入低通数字滤波器，然后提取通过低通滤波器的信号幅度，根据当前频率和提取到的幅度值，即可以绘制当前信号频谱图。但缺点是频率越高，对DSP 芯片的速度要求越高，相应价格也越昂贵。 根据实际条件和成本上的考虑，在满足题目要求的前提下，我们选择方案一