基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计.doc

【论文】基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 摘 要 相位差测量在电工技术、工业自动化、智能控制、通讯及电子技术等许多领域 有着广泛的应用。传统的相位差测量方法利用各种电机或机械式仪表来实现，如矢 量法、相乘器法、二极管鉴相法及取样混频法等。近年来，应用较广的还有过零鉴 相法。随着虚拟仪器的出现，在测试系统中，越来越多的虚拟仪器应用到实际中。 本文首先介绍了虚拟仪器和图形化编程语言LabVIEW，然后讨论了信号分析与 处理的基本概念，最后研究了一种基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计方法，并 设计出了基于LabVIEW平台的虚拟相位差计。该虚拟相位差计改变了传统相位差计 设计思路，用软件代替硬件，通过波形采样来计算分析，而且其测量精度是传统仪 器难以达到的。 关键词：LabVIEW，虚拟仪器，相位差，谱分析 I 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 Abstract The phase difference measurement is extensively applied into the field of electro-techniques, industrial automation, intellectual control, communication and electronic technology and so on. Traditional method of phase difference measure utilizes various kinds of electrical machinery or machinery instrument to come true, such as, vector measure 、Multiply each other the method 、diode ancient bronze mirror looks law of multiplying and sampling frequency method etc. In recent years, the method of above zero ancient bronze mirroring phase has a wide application. With the appearance of the Virtual instrument, more and more virtual instruments are put into practice in testing system. At first, the paper introduced virtual instrument and programmer language LabVIEW with graph design, then did some research about basic concept of signal analysis and processing. At last the paper discussed a kind of design method of phase difference meter based on technique of spectrum analysis, and designed the virtual phase difference meter on the platform of LabVIEW, which changed traditional design thinking of phase different meter. It replaced the hardware with the software, and computed and analyzed by waveform sampling. Furthermore, its measure precision is beyond achievement for traditional instrument. Key words ：LabVIEW, Virtual instrument, Phase difference, Spectrum analysis II 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 目 录 第一章 前 言 . 1 1.1 课题的背景及意义 .1 1.2 虚拟仪器的概念及特点 .2 1.3 课题的研究内容及方法 .5 1.4 章节介绍 .6 第二章 图形化编程语言LabVIEW .8 2.1 LabVIEW简介.8 2.2 LabVIEW的基本开发环境.9 2.3 创建一个VI程序 .18 2.4 程序调试技术 .21 第三章 信号分析与处理.23 3.1 频域分析介绍 .23 3.2 信号的频域分析 .23 3.3 快速傅里叶变换 FFT .27 第四章 总体设计及方案.33 4.1 功能描述 .33 4.2 设计原理 .33 4.3 设计步骤 .34 4.4 运行检验 .36 4.5 打包文件 .37 第五章 结 论 .39 5.1 结论 .39 5.2 经济技术分析 .40 5.3 结束语 .41 参考文献 .43 致谢 .44 附录 .45 声明 .47 III 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 第一章 前 言 1.1 课题的背景及意义 电子测量原理是通信专业的重要专业基础课，实践环节非常重要。学生只 有通过足够的验证性实验和一定数量的综合性实验，才能真正理解和掌握该学科的 理论知识，获得一定的综合测试技能，初步具有处理实际测试工作的能力。由于在 电子测试中，所需的测试仪器繁多复杂，导致对一些简单的测试工作也需要大量的 人力、物力。LabVIEW虚拟仪器图形编程语言可组建虚拟测试系统，利用“软件就 是仪器”的技术方法，减少测试中的硬件设备，同样可以实现实时采集、处理、分 析的目的。 本次设计目的是让学生学会使用LabVIEW虚拟仪器图形编程语言，掌握信号处 理方法的使用，在LabVIEW平台上利用谱分析法求取相位差的原理设计出虚拟相位 差计。该设计的特点是：LabVIEW虚拟仪器图形编程语言简单易学，可使用它方便 地来设计各种功能复杂的虚拟仪器。 虚拟仪器是全新的一代测量仪器。自 1987 年诞生以来，这一技术与前几代测 试仪器相比，以前所未有的速度迅猛发展。 虚拟仪器的功能与计算机技术同步发展。这是因为计算机是虚拟仪器的核心设 备，该仪器的功能是通过软件仿真实现的。它将传统仪器由硬件电路实现的数据分 析处理与显示功能，改由功能强大的计算机来执行，所以计算机是其核心；当计算 机与适当的I/O接口设备配置完毕，虚拟仪器的硬件平台就被确定，此后软件就成 为仪器的关键部分。这意味着只要按照测量原理，采用适当的信号分析技术与处理 技术，编制某种测量功能的软件就可构成该功能的测试仪器。 虚拟仪器发展的特点是队伍宏大，规模壮阔。这是因为虚拟仪器的测量功能可 以由用户根据需要来定义或扩展，而不是由厂家事先定义且固定不可变更的。除示 波器、任意波形发生器、数字表、频谱分析仪等通用测量与分析仪器外，各个领域 都存在不计其数的特殊参量测量需求。如果建立了虚拟仪器平台，那么只要按照测 量原理，借助信号分析与处理技术编制软件程序，就能设计建造自己的测试仪器。 所以，作为仪器的使用者，广大工作者同时也是虚拟仪器的设计者与发展者1 。 信号分析与处理技术是实现测量功能软件编程的基石。基于相关时域分析、频 域频谱分析、数字滤波、统计分析等常用信号分析与处理技术，已建造了相关分析 1 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 仪、频谱分析仪、传递函数分析仪、数字滤波器等各种商用虚拟仪器。这些是传统 观念上的“高级贵族式”仪器，因为它们采用硬件来实现的。今天，“软件就是仪 器”的虚拟仪器时代，使那些“贵族仪器”走出“贵族经院”得以普及。 近年来，神经网络技术、模糊技术、小波技术等信号分析新技术在科学研究领 域内取得了很大的发展和丰硕的成果。混沌技术刚刚开始崭露头角，在测量领域内 2 已展现出它的应用潜力 。 1.2 虚拟仪器的概念及特点 虚拟仪器 虚拟仪器 Virtual Instrument，简称 VI 技术是本世纪 80 年代末 90 年代 初于测控技术领域出现的一项突破性进展，是当今计算机辅助测试 CAT 的一项重 要技术。虚拟仪器是一个开放式的结构，它以通用计算机为核心，由数据采集卡、 GPIB 或 VXI 总线接口面板实现信号的获取与控制，还可以用数字信号处理器 DSP 实现信号的处理，加上必要的软件，从而实现仪器的功能。此外，如果现有传统仪 器带有 RS232、RS422、RS485、GPIB 等接口，那么与计算机连接起来后， 通过编程就可构建用户自己的自动测试系统。虚拟仪器一般由系统硬件、系统软件 以及为进一步扩展功能所留出的软硬件接口等组成。系统硬件的核心部分可以是微 型计算机、单片机或由其它类型计算机组成的混合网络系统，其余则可包括 A/ D、 D/ A、量程自动切换、功率驱动、滤波及其它一些处理电路。系统软件则可包括数 据采集、信号分析与处理、系统仿真、控制算法等模块，这些软件资源一般都利用 面向对象的程序设计方法开发，因此用户可以方便地在此基础上进行二次开发，充 分体现了虚拟仪器的“软件就是仪器” The software is the instrument 的思想 3 。 虚拟仪器特点 虚拟仪器在以下几个方面具有传统仪器所无可比拟的特点： 1 虚拟仪器的功能、性能、指标可由用户定义，即可以根据用户的不同要求 对同一仪器的功能、性能、指标进行修改或增删，彻底打破了传统仪器一经设计、 制造完成后，其功能、性能、指标不可改变的封闭性、单一性。 2 可以将多种仪器的功能、性能、指标等以软件的形式集成在一个“功能软 2 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 件库”虚拟仪器库内，通过它们的不同组合以及与各种不同类型的硬件接口搭 配，使得在一台个人计算机里就可实现各种仪器的不同功能，大大提高了仪器功能 的灵活性，甚至可以进行非常复杂的测试工作。 3 由于计算机具有强大的图形界面功能和数据运算功能，因此虚拟仪器的操 作简单直观，数据分析及数据处理、结果与图形曲线的显示等功能都非常强大。 4 可在同一总线系统仪器之间或通过网络进行数据交换，实现资源共享。 5 测量精度高、测量范围宽且性能稳定、可靠性高。 6 智能程度高，具有自学习和决策能力。 7 开发周期短、成本低、维护方便，易于应用新理论、新算法和新技术，实 现仪器的换代升级。虚拟仪器现正处于发展阶段，它可以看作是面向对象思想在测 试仪器领域的发展。这种思想使得虚拟仪器在开发上变得简单，操作上简单直观， 大大地发展了现代测试仪器的设计方法和技术，拓宽了测试应用领域。目前，已经 相继出现了一些虚拟仪器开发平台，并正在逐渐建立统一的虚拟仪器标准。相信在 不久的将来，虚拟仪器的应用会越来越广泛。 虚拟仪器的构成及其分类 虚拟仪器由通用仪器硬件平台和应用软件两大部分构成。 1虚拟仪器的硬件平台 构成虚拟仪器的硬件平台有两部分： （1） 计算机 它一般为一台PC和工作站，是硬件平台的核心。 （2） I/O接口设备 I/O 接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换。不同的总线 有其相应的I/O接口硬件设备，如利用PC机总线的数据采集卡/板（简称为数据采 集卡/板 DAQ）、GPIB 总线仪器、VXI 总线仪器模块、串口总线仪器等。虚拟仪器 的构成方式主要有5种类型，如图1-1所示。 PC-DAQ系统 PC-DAQ 系统是以数据采集板、信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的 插卡式虚拟仪器系统。这种系统采用 PCI或计算机本身的ISA总线，将数据采集卡 /板（DAQ）插入计算机的空槽中即可。 GPIB系统 3 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 GPIB系统是以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测 试系统。 VXI系统 VXI系统是以VXI标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试 系统。 PXI系统 PXI系统是以PXI标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试 系统。 串口系统 串口系统是以串口系统标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪 器测试系统。 图 1-1 虚拟仪器的构成方式 2虚拟仪器的软件 目前的虚拟仪器软件开发工具有如下两类： 文本式编程语言：如Visual C+，Visual Basic，LabWindows/CVI等。 图形化编程语言：如LabVIEW，HPVEE等。 虚拟仪器软件由两部分构成，即应用程序和I/O接口仪器驱动程序。 虚拟仪器的应用程序包含两方面功能的程序：一、实现虚拟面板功能的软件程 4 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 序；二、定义测试功能的流程图软件程序。 4 I/O接口仪器驱动程序完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信 。 虚拟仪器的设计方法 在LabVIEW平台下，一个VI由两部分组成：前面板和流程图。 前面板的功能等效于传统测试仪器的前面板；流程图的功能等效于传统测试仪 器与前面板相联系的硬件电路。在设计时，要考虑硬件部分和虚拟仪器的设计方法， 其中包括I/O接口仪器驱动程序的设计、仪器面板的设计与仪器功能算法的设计三 部分。 1I/O接口仪器驱动程序的设计 根据仪器的功能要求，确定仪器的接口标准。I/O接口仪器驱动程序是控制硬 件设备的驱动程序，是连接主控计算机与仪器设备的纽带。如果没有设备驱动程序， 则必须针对I/O接口仪器设备编写驱动程序。 2仪器前面板的设计 仪器前面板的设计是指在虚拟仪器开发平台上，利用各类子模板图标创建用户 界面，即虚拟仪器的前面板。 3仪器流程或算法的设计 仪器流程或算法的设计是根据仪器功能要求，利用虚拟仪器开发平台所提供的 子模板，确定程序的流程图，主要处理算法和所实现的技术方法5 。 虚拟仪器的发展 随着计算机、通信、微电子技术的不断发展，以及网络时代的到来和信息化要 求的不断提高，网络技术应用到虚拟仪器领域中是虚拟仪器发展的大趋势。网络化 的一般特征是将虚拟仪器、外部设备、被测试点以及数据库等资源纳入网络，实现 资源共享，共同完成测试任务。使用网络化虚拟仪器，可在任何地点、任意时刻获 取测量数据信息的愿望成为现实。网络化虚拟仪器也适合异地或远程控制、数据采 6 集、故障检测、报警等 。 1.3 课题的研究内容及方法 此课题的研究内容： 主要是关于在LabVIEW环境下基于谱分析技术的虚拟相位差计设计，从而实现 5 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 对两个同频率正弦波信号的相位差计算。在LabVIEW开发环境的前面板、流程图中 利用 LabVIEW 具有的 3 种用来创建和运行程序的图形化可移动模板：工具模板 Tools Palette ，控制模板 Controls Palette 和功能模板 Functions Palette 来实现频谱分析法测量相位差。其强大功能归因于它的层次化结构，用户可以把创 建的 VI 程序当作子程序调用，以创建更复杂的程序，而这种调用的层次是没有限 制的，这种创建和调用子程序的方法，使创建的程序结构模块化，易于调试、理解 和维护。 研究方法： 虚拟相位差计在LabVIEW语言中程序设计的过程包括3个部分：前面板、框图 程序和图标/连接器，因此一个VI程序的设计主要包括前面板的设计、框图程序的 设计以及程序的调试。 （1）前面板 虚拟仪器的面板设计都在这个窗口中完成，并且在前面板中执行对仪器的操 作。应根据实际中的仪器面板以及该虚拟仪器所要实现的功能来设计前面板。前面 板中主要由输入控制器和输出指示器组成。控制器使用户可以输入数据到程序，而 指示器则用来显示程序产生的数值。 （2）流程图 实现虚拟发生器的所有程序都在这个窗口中完成。程序相当于源代码，只有在 创建了框图程序以后该程序才能真正运行。所以在设计好前面板后，就要根据各个 框图之间的关系以及对数据的处理方法等设计框图程序。对框图程序的设计主要是 对节点、数据端口和连线的设计。 （3）程序的调试 当前面板和程序框图设计好以后，虚拟发生器的程序在执行过程中可能会遇到 很多方面的错误，因此要对程序进行调试。首先查找错误，如果一个程序不能执行， 运行按钮会出现一个折断的箭头。点击断箭的运行按钮则会列出错误清单，双击列 表中的错误清单，则出错的对象或端口就会高亮显示。 1.4 章节介绍 在虚拟相位差计研究中所涉及到的知识将在后面的章节中加以介绍： 在第一章中介绍了本课题的背景和意义以及前景，同时对现今虚拟仪器的特点 6 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 和发展现状作了简单的介绍。 第二章中将主要介绍图形化编程语言 LabVIEW 开发环境。对于 LabVIEW 环 境下的前面板和流程图编辑作了简介，以及分别介绍了操作模板中的工具模板、控 制模板和功能模板，并重点介绍功能模板 Signal Processing 模板。 第三章中将重点介绍信号的处理和分析，其中将以本次设计原理中用的最多的 频谱分析知识作重点介绍。 第四章中将介绍设计原理，重点介绍总体设计及方案，并对总体程序的设计和 流程作重点说明。 第五章中总结设计结果、介绍经济技术分析报告以及对本次毕业设计的总结。 其中包括该设计和传统的相位差计有何优缺点，并作误差分析。 7 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 第二章 图形化编程语言LabVIEW 2.1 LabVIEW简介 LabVIEW Laboratory of Virtual Instruments Engineering Workbench 是美 国国家仪器公司 NI National Instruments 推出的 32 位、为 VXI 即插即用联盟 VXIplug & play Systems Alliance 认可的编写GWIN和WIN框架的驱动程序的标 准虚拟仪器开发平台。 LabVIEW是一个基于图形化编程语言的虚拟仪器开发环境，它提供了一种全新 的编程方法，即对称之为“虚拟仪器”的软件对象进行图形化的操作组合。利用 LabVIEW可以通过交互式的图形化前面板来控制系统，它的特点如下： 1. 具有图形化的编程方式，设计者无需编写任何文本格式的代码，是真正的 工程师语言； 2. 提供丰富的数据采集、分析及存储的库函数； 3. 提供传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供独具特色的 执行工具，使程序动画式运行，有利于设计者观察到程序运行的细节，使程序的调 试和开发更为便捷； 4. 32 位的编译器编译生成 32 位的编译程序，保证用户的数据采集、测试和 测量方案的高速执行； 5. 囊括了 PCI、GPIB、PXI、RS-232/485、USB 等各种仪器通讯总线标准的所 有功能函数，使不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪器； 6. 提供大量与外部代码或软件进行链接的机制，诸如 DLL（动态链接库）、 DDE（共享库）、ActiveX等； 7. 具有强大的Internet功能，支持常用的网络协议，非常方便地开发远程测 控仪器。 最近NI推出了最新的LabVIEW 7.1版，它一如既往地为高性能的模块化仪器、 实时数据采集系统和手持式设备等各种硬件平台开发更先进的自动化测量技术。工 程师们可以使用 5 种全新的用于 NI 数字化仪器、信号发生器和高速数字 I/0 的 Express VI，只需轻点几下鼠标，即可完成配置复杂的测量系统，并采集数据。 LabVIEW7.1中经过重新设计的NI-DAQmx测量软件第一次出现在实时应用系统中， 8 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 它将单闭环 PID 应用的性能提高了 30%，并简化了硬件控制时序循环 hardware-timed loop 的执行。此外，全新的LabVIEW 7.1 PDA模块还提供更多 的数据采集功能，包括更快速的多通道采集、模拟和数字触发。工程师们可以使用 这一模块来创建自定义的手持 DMM（数字万用表）应用系统，并可以与蓝牙 Bluetooth 设备通讯。 LabVIEW 7.1为实时系统执行的底层控制和显示带来了高级的执行定时和图形 化调试功能。全新的定时循环 timed loop 是LabVIEW中一个经改进的while循环， 有了它，工程师们可以设定精确的代码定时、协调多个 time-critical 对时间要 求严格 的测量任务，并定义不同优先级的循环，以创建多采样率的应用程序为了 进一步优化应用系统的性能，工程师们还可以使用全新的LabVIEW执行追踪工具包 （LabVIEW Execution Trace Toolkit），配合LabVIEW Real-Time模块，快速诊断 诸如内存分配和紊乱状况等抖动根源。 除了加快现有平台上的实时应用系统的开发，LabVIEW 7.1的问世还将LabVIEW Real-Time的应用扩展到了标准台式计算机上。工程师们无需在台式机上安装大量 I/O硬件，即可建立一个模拟的实时系统。 全新的LabVIEW 7.1 FPGA模块改进了嵌入式FPGA应用的效率和功能，它具有 单周期while循环的特性，可使得在40MHz全局时钟的一个周期 25ns 内同时执行 FPGA函数面板上的多个函数模块。得益于这一新特性，工程师们可以使用 LabVIEW 开发 FPGA 代码，其执行速度可以和手写编码的 VHDL 一样。同时，通过一个新的 HDL接口节点，工程师还能重复使用LabVIEW FPGA应用中现有的VHDL代码。此外， NI还为它们推出了3款全新的FPGA运载硬件，其中包括用于创建高性能自定义机 器视觉应用的NI Compact Vision System（NI紧凑型视觉系统）。 2.2 LabVIEW 的基本开发环境 前面板开发窗口 在 LabVIEW中，前面板是虚拟仪器的图形用户界面，其中包含着旋钮、按钮、 图表等控件 control 、指示器 indicator ，用来接收用户的输入以及显示程序 的输出。各个控件、指示器是LabVIEW与用户的接口，它们的外观和实际仪器对应 元件的外观几乎一样，因此计算机屏幕所显示的就像一台实际仪器的前面板，既直 观又美观。 9 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 如图2-1所示为前面板开发窗口： 图 2-1 前面板开发窗口 流程图编辑窗口 流程图是图形化的源代码，是 VI 测试功能软件的图形化表述，虚拟仪器通过 软件编程来实现其测试功能。如图2-2所示为图形编辑窗口，选用工具模板中相应 的工具去取用功能模板上的有关图标来设计虚拟仪器流程图，以完成虚拟仪器的设 计工作。可以使用编程语言对前面板中所创建的各种输入、输出的功能进行编程。 框图中可以包括 LabVIEW内部的虚拟仪器库函数 function 、结构 structure ， 还可以包括与前面板上的控件、指示器有关的接线端子 terminal 。 操作模板 LabVIEW具有多个图形化的操作模板，用于创建和运行程序。这些操作模板可 以随意地在屏幕上移动，并可以放置在屏幕的任意位置，但是它们不会同时出现在 一个窗口内。操纵模板共有三类，分别为工具（Tools）模板、控制（Controls） 模板和功能（Functions）模板。 10 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 图 2-2 流程图编辑窗口 （1）工具模板（Tools Palette） 工具模板为编程者提供了各种用于创建、修改和调试 VI 程序的工具。如果该 模板没有出现，则可以在 Windows 菜单下选择 Show Tools Palette 命令以显示该 模板。当从模板内选择了任一种工具后，鼠标箭头就会变成该工具相应的形状。当 从 Windows 菜单下选择了 Show Help Window 功能后，把工具模板内选定的任一种 工具光标放在框图程序的子程序（SubVI）或图标上，就会 显示相应的帮助信息。如图2-3所示为工具模板。 操作工具：使用该工具来操作前面板的控制和显示。 使用它向数字或字符串控制中键入值时，工具会变 成标签工具的形状。 选择工具：用于选择、移动或改变对象的大小。当它 用于改变对象的连框大小时，会变成相应形状。 图 2-3 工具模板 标签工具：用于输入标签文本或者创建自由标签。当创建自由标签时它会变 成相应的形状。 连线工具：用于在框图程序上连接对象。如果联机帮助的窗口被打开时，把 11 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 该工具放在任一条连线上，就会显示相应的数据类型。 对象弹出菜单工具：用鼠标左键可以弹出对象的弹出式菜单。 漫游工具：使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游。 断点工具：使用该工具在VI的框图对象上设置断点。 探针工具：可以在框图程序内的数据流线上设置探针。程序调试员可以通过 探针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况。 颜色提取工具：使用该工具来提取颜色用于编辑其它的对象。 颜色工具：用来给对象定义颜色，也可显示出对象的前景色和背景色。 与上述工具模板不同，控制和功能模板只显示顶层子模板的图标。在这些顶层 子模板中包含许多不同的控制或功能子模板。通过这些控制或功能子模板可以找到 创建程序所需的面板对象和框图对象。用鼠标点击顶层子模板图标就可以展开对应 的控制或功能子模板，只需按下控制或功能子模板左上角的大头针就可以把这个子 模板变成浮动板留在屏幕上。 （2）控制模板 Controls Palette 使用控制模板可以给前面板添加输入控制和输出显示图标，每个图标代表一个 子模板。如果控制模板不显示，可以用Windows菜单的Show Controls Palette功 能打开它，也可以在前面板的空白处， 点击鼠标右键，以弹出控制模板。 注：只有当打开前面板窗口时才能 调用控制模板。 控制模板如图 2-4 所示，它包括如 图所示的几个子模板。 数值子模板：包含数值的控制和 显示。 布尔值子模块：逻辑数值的控制 和显示。 字符串子模板：字符串和表格的 控制和显示。 图 2-4 控制模板 12 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 列表和环（Ring）子模板：菜单环和列表栏的 控制和显示。 数组和群子模板：复合型数据类型的控制和显 示。 图形子模板：显示数据结果的趋势图和曲线图。 （3）功能模板 Functions Palette 功能模板是创建框图程序的工具。该模板上的每 一个顶层图标都表示一个子模板。若功能模板不出现， 则可以用Windows菜单下的Show Functions Palette 功能打开它，也可以在框图程序窗口的空白处点击鼠 标右键以弹出功能模板。 注：只有打开了框图程序窗口，才能出现功能模 板。 功能模板如图2-5所示。 结构子模板：包括程序控制结构命令，例如循 环控制等，以及全局变量和局部变量。 图 2-5 功能模板 数值运算子模板：包括各种常用的数值运算符，如+、-等；以及各种常见的 数值运算式，如+1运算；还包括数制转换、三角函数、对数、复数等运算， 以及各种数值常数。 布尔逻辑子模板：包括各种逻辑运算符以及布尔常数。 字符串运算子模板：包含各种字符串操作函数、数值与字符串之间的转换函 数，以及字符 串 常数等。 数组子模板：包括数组运算函数、数组转换函数，以及常数数组等。 比较子模板：包括各种比较运算函数，如大于、小于、等于等。 仪器控制子模板：包括 GPIB 488、488.2 、串行、VXI 仪器控制的程序和 函数，以及VISA的操作功能函数。 13 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 仪器驱动程序库：用于装入各种仪器驱动程序。 数据采集子模板：包括数据采集硬件的驱动程序，以及信号处理所需的 各种功能模块。 信号处理子模板：包括信号发生、时域及频域分析功能模块。 数学模型子模块：包括统计、曲线拟合、公式框节点等功能模块，以及数值 微分、积分等数值计算工具模块。 7 应用程序控制子模块：包括动态调用VI、标准可执行程序的功能函数 。 下面具体介绍几个主要的子模板： Signal Processing子模板简介 信号处理（Signal Processing）子模板可分为 6 个对话框，分别是“Signal Generation” 对话框、“Time Domain”对话框、“Frequency Domain”对话框、 “Filters”对话框、“Windows”对话框和“Measurement”对话框，如图2-6所示。 图 2-6 Signal Processing 子模板简介 14 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 ：仿真信号产生（Signal Generation）子模板，用来产生正弦波、三 角波、方波等15种仿真波形 ：时域分析（Time