虛擬儀器課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2023

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課程設(shè)計(jì)題目：虛擬儀器原理及應(yīng)用

一、設(shè)計(jì)題目及任務(wù)

學(xué)生可根據(jù)喜好和興趣，從以下題目中選擇一題或經(jīng)老師同意的其它題目進(jìn)行設(shè)計(jì)。1、對(duì)仿真交流信號(hào)進(jìn)行直流值和均方根值的分析與設(shè)計(jì)

2、對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行雙邊帶傅里葉變換的設(shè)計(jì)

FFT，是數(shù)字信號(hào)處理中最重要的變換之一，最基本的一個(gè)應(yīng)用就是計(jì)算信號(hào)的頻譜，通過頻譜可以便利觀測和分析信號(hào)的頻率組成成分。

3、對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行單邊帶傅里葉變換的設(shè)計(jì)

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4、對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行數(shù)字FIR濾波器的設(shè)計(jì)

“數(shù)字FIR濾波器〞VI能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單個(gè)波形或多個(gè)波形中的信號(hào)進(jìn)行濾波。如對(duì)多個(gè)波形進(jìn)行濾波，VI將對(duì)各個(gè)波形保存單獨(dú)的濾波器狀態(tài)。

5、對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)周期信號(hào)檢測的設(shè)計(jì)

自相關(guān)函數(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用是檢驗(yàn)信號(hào)中是否含有周期成分。假使信號(hào)中含有周期成分，則自相關(guān)函數(shù)衰減很慢且具有明顯的周期性。

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6、對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行拉普拉斯變換的設(shè)計(jì)

拉普拉斯變換可以將一個(gè)信號(hào)從時(shí)域上轉(zhuǎn)換為復(fù)頻域（s域）上來表示，在線性系統(tǒng)、控制自動(dòng)化等方面都有廣泛的應(yīng)用。

7、對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行幅度譜和相位譜分析的設(shè)計(jì)

利用幅度譜和相位譜VI可以計(jì)算實(shí)數(shù)時(shí)域信號(hào)的單邊且已縮放的幅度譜，并返回幅度譜大小和幅度譜相位信息。

8、對(duì)仿真信號(hào)非均勻采樣數(shù)據(jù)功率譜分析與設(shè)計(jì)

功率譜是通過傅里葉變換得到的，而傅里葉變換的一個(gè)基本要求就是數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上必需是等間距的。在實(shí)際應(yīng)用中，采樣數(shù)據(jù)并不一定能滿足這個(gè)條件。一種方法是通過選擇適合的插值方法使數(shù)據(jù)變得均勻。另外一種有效的方法是通過Lomb歸一化周期圖算法，這種算法可以直接處理原始數(shù)據(jù)而無需關(guān)心數(shù)據(jù)采樣間隔是否均勻。非平均采樣信號(hào)頻譜VI就是將該算法封裝起來，從而極大地便利用戶對(duì)非均勻采樣數(shù)據(jù)測處理。

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9、對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行Butterworth低通濾波器的設(shè)計(jì)

Butterworth濾波器VI通過調(diào)用Butterworth系數(shù)VI，生成數(shù)字Butterworth濾波器。其中濾波器類型接線端可以設(shè)置濾波器的通帶，選項(xiàng)包括低通、高通、帶通、帶阻。

10、對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行貝塞爾濾波器的設(shè)計(jì)

貝塞爾濾波器VI通過調(diào)用貝塞爾系數(shù)VI，生成數(shù)字貝塞爾濾波器。

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11、對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行逐點(diǎn)分析實(shí)時(shí)濾波與普通濾波對(duì)比分析與設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與分析，LabVIEW提供的逐點(diǎn)分析VI。逐點(diǎn)VI在數(shù)據(jù)分析時(shí)針對(duì)每一個(gè)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)都可以馬上進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。使用逐點(diǎn)分析能夠跟蹤和處理實(shí)時(shí)事件，實(shí)現(xiàn)與信號(hào)的同步，減少數(shù)據(jù)丟失的可能性，同時(shí)程序設(shè)計(jì)也更加簡單。

12、利用窗函數(shù)對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行小幅值信號(hào)分辯的分析與設(shè)計(jì)

在利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)工程測試信號(hào)處理時(shí)，不可能對(duì)無限長的信號(hào)進(jìn)行測量和運(yùn)算，而是取其有限的時(shí)間片段進(jìn)行分析。

具體做法：從信號(hào)中截取一個(gè)時(shí)間片段，然后用這個(gè)信號(hào)時(shí)間片段進(jìn)行周期延拓處理，得到虛擬的無限長的信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換、相關(guān)分析等數(shù)學(xué)處理。問題：無限長的信號(hào)被截?cái)嘁院?，其延拓信?hào)周期與周期之間信號(hào)是不連續(xù)的，其頻譜將發(fā)生畸變，原來集中在某一頻率處的能量被分散到兩個(gè)較寬的頻帶中去了（這種現(xiàn)象稱之為頻譜能量泄漏）。

解決方法：在不可能得到無限長信號(hào)的狀況下，解決頻譜能量泄漏的方法就是加窗。頻譜能量泄漏大小取決于周期