虚拟仪器技术实验指导书(紫金2012)

实验2 LabVIEW图形、数组、簇编程实验（设计型）

1.实验目的

（1）学习如何创建数组和簇，掌握它们的区别以及相应的操作。

（2）学习并掌握波形图和波形图表的使用，了解它们的区别。

2.实验设备

安装有LabVIEW8.2的计算机

3.实验内容

（1）利用For循环建立一个一维数组并给出数组中的元素个数；建立一个二维数组给出数组中元素个数，并求出二维数组中元素的最大值、最小值。

（2）产生两个一维数组，分别组成一个二维数组和一个簇，然后用波形图显示二维数组，用XY图显示簇。

（3）设计一个VI来测量温度，每隔0.25秒测一次，共测定10秒，温度范围为0~100度。在数据采集过程中，VI将在波形图表上实时地显示测量结果。在采集过程结束后，在波形图上画出数据波形曲线，并算出温度的最大值，最小值和平均值。

4.实验原理

（1）数组

数组是一些具有相同类型的元素组成的集合。数组包含两方面的内容：元素和维数。数组中的元素可以是数字、布尔、字符、路径、波形和簇等数据类型。

（2）簇

簇相当于一个容器，容器中的元素可以是各种不同的数据类型。也就是说，可以在一个簇中放置控制选板上的各种控件，如数字控件、布尔控件、数组控件等，但是不能将输入控件和输出控件同时放入其中。

（3）图形子选板

LabVIEW8.2的图形子选板提供了完成各种图形显示功能的控件。按照处理测量数据的方式和显示过程的不同，图形显示控件主要分成两大类，一类为图形，另一类称为图表。这两类控件都是用于图形化显示采集或生成的数据。图形和图表的区别在于各自不同的数据显示和更新方式。含有图形的VI通常先将数据采集到数组中，再将数据绘制

到图形中。该过程类似于电子表格，即先存储数据再生成数据的曲线。数据绘制到图形上时，图形不显示之前绘制的数据而只显示当前的新数据。图形一般用于连续采集数据的快速过程。与图形相反，图表将新的数据点追加到已显示的数据点上以形成历史记录。在图表中，可结合先前采集到的数据查看当前读数或测量值。当图表中新增数据点时，图表将会滚动显示，即图表右侧出现新增的数据点，同时旧数据点在左侧消失。图表一般用于每秒只增加少量数据点的慢速过程。

5.实验步骤

（1）利用For循环建立一个一维数组并给出数组中的元素个数；建立一个二维数组给出数组中元素个数，并计算出最大、最小值。

①打开一个新的前面板，在前面板上，创建包含一维数组、二维数组及显示数组大小、二维数组最大值、最小值等指示器。

②在程序框图中，利用For循环和“随机数（0-1）”函数创建一维数组和二维数组。

③利用“数组大小”函数求1维和2维数组的大小；利用“数组最大值与最小值”函数求出输入数组中元素的最大值、最小值。

（2）产生两个一维数组，分别组成一个二维数组和一个簇，然后用波形图显示二维数组，用XY图显示簇。

①打开一个新的前面板，在前面板上，创建包含一维数组大小输入控件、两个一维数组显示器以及波形图和XY图显示器。

②在程序框图中，利用For循环和“随机数（0-1）”函数创建一个一维数组，利用For循环和For循环的重复端口i创建另一个一维数组。

③利用“创建数组”函数将两个一维数组组成二维数组并送波形图显示；利用“捆绑”函数将两个一维数组捆绑后送XY图显示。

（3）利用随机数产生器乘以100来模拟0~100度的温度，利用数值函数和比较函数计算最大值、最小值、平均值，并用波形图和波形图表两种方式显示测量结果。

6.实验结果分析

（1）运行程序，观察波形图和XY图的区别。

（2）簇和数组的区别是什么？

（3）波形图和波形图表的区别是什么？

实验3 虚拟信号发生器实验（设计型）

1.实验目的

学习并掌握LabVIEW 8.2的信号产生、case结构及波形显示控件的使用。

2.实验设备

安装有LabVIEW8.2和NI-DAQmx的计算机。

3.实验内容

（1）利用信号产生节点和Case结构创建一个简单的可产生正弦波、方波、三角波和锯齿波的信号发生器。

（2）可设置信号的频率、幅度、初相位以及方波的占空比。

（3）求产生的信号的平均值和有效值。

4.实验原理

当无法获得真实信号或需要产生与系统相适应的测试信号时，需要利用软件产生仿真信号。仿真信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，如设计一个虚拟信号发生器，可产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等模拟信号。

LabVIEW8.2的函数选板提供了丰富的波形函数，可以产生正弦波形、方波、三角波、脉冲波形、扫描波形、随机噪声波形等各种仿真信号波形序列的功能模块，这些功能模块都是用来产生指定波形的一维数组。

LabVIEW8.2的信号生成子选板如图4.1所示。

图4.1 信号生成子选板

在信号生成子选板中的某些VI需要使用数字频率控制，因此在使用这些VI时，必须确定采样频率，才能将模拟信号频率转化为数字频率。根据采样定理，在一个信号周期至少要取两个采样点，即采样频率必须≥2倍的最高信号频率，这就是著名的奈奎斯特频率。需要使用数字频率控制的VI包括：正弦波、三角波、方波、锯齿波、任意波形及线性扫频波等。

虚拟信号发生器的测试接线图可按图 4.2所示连线。

图 4.2 虚拟信号发生器的测试接线图

虚拟信号发生器为被测器件或系统提供测试用信号，被测系统对输入激励进行响应，响应的结果由虚拟测试仪器，如虚拟电压表、虚拟示波器、虚拟频率计等进行定量测试。

5.实验步骤

（1）打开一个新的前面板，在前面板上，创建包含信号源类型选择、信号频率、信号幅度、信号相位、占空比，以及采样频率、采样点数、波形图显示等前面板对象。（2）在程序框图设计中，使用Case结构选择输出信号类型，4个Case分支输出不同的信号。

（3）可在信号产生子选板中分别选择“正弦波”、“三角波”、“方波”、“锯齿波”函数产生不同的波形。

（4）将X轴的初始值、采样间隔和波形数组捆绑后送波形图显示，波形图的X轴为时间轴。

（5）可在信号处理的波形测量子选板中，选择“基本平均直流-均方值”函数进行波形参数的测量。

6.实验结果分析

改变信号产生的频率和波形，运行VI，观察并记录结果。

实验4 信号处理实验（设计型）

1.实验目的

学习并掌握LabVIEW 8.2的信号处理函数的使用。

2.实验设备

安装有LabVIEW8.2的计算机

3.实验内容

使用低通滤波器提取正弦波。设计方法是：利用波形生成子选板中的“正弦波形”函数产生三组正弦信号，其频率分别为80Hz、300Hz、1000Hz，采样频率设置为5000Hz。将三组正弦信号叠加后通过巴特沃斯低通滤波器提取80Hz的正弦信号。并用波形图显示滤波前、后的时域波形和功率谱。

4.实验原理

滤波是信号处理中的一种基本而重要的技术，利用滤波技术可以在形形色色的信号中提取所需的信号，抑制不需要的干扰信号。

数字滤波器按照离散系统的时域特性，可以分为无限冲激响应滤波器（Intinite Impulse Response Digital，IIR）和有限冲激响应滤波器（Finite Impulse Response Digital Filter，FIR）两大类，这两种滤波器中都包含有低通、高通、带通、带阻等几种类型。

LabVIEW8.2的滤波器子选板如图5.1所示。

图5.1 滤波器子选板

本实验要求输入三种不同频率的正弦波，叠加后，设计一个低通巴特沃斯滤波器，以滤除高频分量，提取低频正弦信号。

5.实验步骤

（1）打开一个新的前面板，在前面板上，创建包含正弦信号频率输入、采样点数、采样频率，以及低通滤波器的截止频率、滤波器的阶数和滤波前、后波形图显示等前面板对象。

（2）在程序框图设计中，利用波形生成子选板中的“正弦波形”函数，分别产生80Hz、300Hz、1000Hz的三组正弦信号；利用“加”函数将三组正弦波叠加，产生合成的模拟信号。

（3）在滤波器函数子选板中，选择“Butterworth”滤波器，设计低通滤波器，滤波器的截止频率、阶数可由前面板的输入控件调整。

（4）利用谱分析子选板中的“功率谱”函数，求取滤波前后信号的自功率谱。

（5）将滤波前、后时域波形和功率谱分别送波形图显示。

6.实验结果分析

（1）改变滤波器阶数，观察滤波信号的差异。

（2）改变截止频率，观察程序执行效果。

（3）改变采样频率、采样点数，观察程序执行效果。