LabVIEW练习题_GAOQS

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LabVIEW课程设计题目

LabVIEW课程设计题目包括：“基础题”和“设计题”两大部

分。未曾选修过“虚拟仪器技术”的同学仅需完成“基础题”部分；

选修过“虚拟仪器技术”的同学在完成“基础题”部分内容的基础上，

必须选做“设计题”之一内容。

第一部分 基础题（必做）

1、用LabVIEW的基本运算函数编写以下算式的程序代码：

(

1

)

28

+

57

×

21007

−

683

102

−

25

÷

6

+

31

+

5

×

63

;

(

2

)

178

+

253

1

+

381

×

7.2

−

8.1

÷

32

^_^

2

、利用摄氏温度与华氏温度的关系

°

C=

5(

°

F−

32)/9

编写一个程序，求华氏温度

（

°

F）为

32

°

,64

°

,4

°

,98.6

°

,6

°

,104

°

,212

°

,

时的摄氏温度。

3

、创建一个

2

行

3

列的二维数组控制件，为数组成员赋值如下：

1.002.003.00

4.005.006.00

4

、用数组创建函数创建一个二维数组显示件，成员为：

123456

234561

345612

456123

编程将上述创建的数组转置为：

1

---

1234

2345

3456

4561

5612

6123

5

、创建一个簇控制件，成员分别为字符型控制件姓名，数值型控制件学号，布

尔型控制件注册。从这个簇控制件中提取出簇成员注册，显示在前面板上。

6

、创建一个字符串显示件，程序运行后显示当前系统日期、时间和自己的班级、

姓名。

7

、将范围

0

—

10

的

5

个随机数转换为一个字符串显示在前面板上，要求保留

2

位小数，每个数之间用逗号分隔。

8

、用

for

循环产生

4

行

100

列二维数组，数组成员如下：

^_^

1

，

2

，

3………100

100

，

99

，

98………..1

6

，

7

，

8………….105

105

，

104

，

103………6

从这个数组中提取出

2

行

50

列的二维数组，成员如下：

50

，

49

，

48…………1

56

，

57

，

58…………105

将这两个数组用数组显示件显示在前面板上。

9

、产生

100

个随机数，求其最小值和平均值。

10

、程序开始运行后要求用户输入一个口令，口令正确时滑钮显示件显示一个

0

—

100

的随机数，否则程序立即停止。

2

---

---

11

、编写一个程序测试自己在程序前面板上输入以下字符所用的时间，

A virtual

instrument is a program in the graphical programming language.

12

、编写计算以下等式的程序：

y

1

=x

3

−x

2

+

5

y

2

=m×x+b

X

的范围是

0

—

100

，

y1

和

y2

用数组显示件显示在前面板上。

13

、编程求

Josephus

问题：

m

个小孩围成一圈，从第一个小孩开始顺时针方向

每数到第

n

个小孩时这个小孩就离开，最后剩下的一个小孩是胜利者。求第

几个小孩是胜利者。

14

、猴子吃桃子，每天吃全部桃子的一半零一个，第十天剩下一个桃子，编程求

第一天猴子摘了多少个桃子。

^_^

15

、编程求“水仙花数”。“水仙花数”指一个

3

位数，它的各个数字立方和等于

它本身。例如：

371=3

3

+7

3

+1

3

。

16

、编程求成

1000

以内的“完数”。“完数”指一个数恰好等于它本身的因子之

和。例如：

28=14+7+4+2+1

17

、在一个

chart

中显示

3

条曲线，分别用红、绿、蓝

3

中颜色表示范围

0

—

1

，

0

—

5

和

0

—

10

的

3

个随机数。

18

、在一个

Graph

中用

2

种不同的线宽显示

1

条正弦曲线和一条余弦曲线。每条

曲线长度为

128

个点。正弦曲线

X0=0

，△

X=1

，余弦曲线

X0=2

，△

X=10

。

19

、用一个

Graph

显示下列计算的结果：

3

---

---

y

1

=x

3

−x

2

+

5

y

2

=m×x+b

X

的范围是

0

—

100

20

、用

XYgraph

显示一个半径为

10

的圆。

21

、产生一个又

10

行

10

列的二维数组，数组成员为

0

—

100

的任意整型数，用

强度图显示出来。

22

、在程序前面板上创建一个数值型控制件，为它输入一个数值：把这个数值乘

以一个比例系数，再由同一个控件上显示出来。

23

、产生若干个周期的正弦波数据，以当前系统日期和自己的姓名为文件名，分

别存储为文本文件、二进制文件和电子表文件。再用

windows

计事本或写

字板将上述文件读出来。

^_^

24

、将一组随机信号数据加上时间标记存储为数据记录文件，然后在LabVIEW程序将存储

的数据读出并显示在前面板上。

25

、产生矩形波脉冲数据并记录为波形文件。

26

、计算节点Y=X

3

在区间

[0

，

10]

上的积分。

27

、求一个矩阵的行列式，并计算它与另一个矩阵的乘积。

28

、计算一个输入序列的均方根和标准方差。

29

、计算函数

Z

=

sin(3

x

)

×

cos(3

y

)

的值并显示出函数曲线。

4

---

---

30

、建立一个自变量序列和一个因变量序列，对其进行直线拟合，返回拟合参数。

第二部分 设计题（5选1）

只给出大致任务的题目，其软件具体功能可自行设计并实现。

（1）设计一个VI程序模拟一个电压测量采样过程（随机数发生），

从10ms开始每隔50ms采集一个点，共采集30个点，电压在采样前经

过了一个信号处理电路的10倍衰减。要求程序的显示能够反映出实际

的采样时间及电压值。

（2）设计一个VI程序，测量一个信号的电压值（可用随机数发生器

模拟）并进行滤波处理，以前3点的平均值作为滤波方法，要求共测

量30个点，不仅要显示出实际的信号波形，

^_^

同时还要显示滤波后的信

号波形。

（3）设计一个VI程序，实现按帐号和密码登陆的人机界。若输入的

帐号和密码相符，则显示欢迎登陆对话框，按“确定”退出程序；若输

入的帐号和密码不相符，则显示出错对话框，按“确定”返回程序。

（4）虚拟相敏检波器的设计（具体方法见附录一）。

（5）虚拟数字示波器的设计（具体方法见附录二）。

5

---

---

附录一 虚拟相敏检波器的设计

一、设计目的：

1. 熟悉虚拟仪器的编程环境及数据操作中的各图标（端口）。

2、了解相敏检波器的工作原理、组成结构。

3、了解相敏检波器在微弱信号检测中的作用。

2. 运用LabVIEW图形编程语言的强大功能构建虚拟仪器相敏检波器。

二、设计原理：

信号处理是信号测试的一个重要环节，尤其对于伴随高强度噪声的信号的处理更是至关

重要。无论是物理，化学，生物，还是天文，通信及电子技术等领域，都存在亟待检测的各

种微弱信号，这些信号单独存在的概率相当小，往往被噪声深深覆盖淹没。对于伴随噪声的

非周期微弱信号，通常采样滤波器减小系统的噪声带宽，对于深埋于噪声中的周期性信号，

则采取锁相放大法，即使用相敏检波和低通滤波构筑的相敏检波器对被测信号进行相关检

测。

相敏检波器由移相网络，乘法器，积分器，方波参考信号源(其频率与检测信号相同)

构筑而成。移相网络的作用是使被测信号与方波参考信号同相，两种信号经乘法器和积分器

运算后获得最大直流分量的全波整流信号，由于噪声的随机性，

^_^

与参考信号同频同相的概率

极小，经低通滤波器的积分运算后，高频分量的绝大部分噪声被滤除，因此，相敏检波器具

有极强的抑制噪声的功能。相敏检波器仿真仪程序流程见图1。

图1 虚拟相敏检波器程序流程

三、所用设备

计算机、LABVIEW软件

四、设计步骤

4.1 前面板设计

⑴ 设置四个波形显示器，可同时观察方波参考信号，正弦被测信号，正弦波和随机噪声的

叠加信号波形。执行四次Controls>>Graph>>Waveform Graph操作，调用图形控件Graph。

⑵ 设置一个输出显示型数字控件，显示相位差测量结果。

⑶ 设置四个数字控件，用于正弦波和方波发生器设置采样频率，采样点数，信号频率。

6

---

---

⑷ 设置一个旋钮型控件，用它来控制正弦波和方波信号的相位差。

⑸ 设置一个开关型控件，控制仪器的运行或关闭。

4.2 流程图设计

⑴ 调用Functions>>Structures>>while Loop,选择While循环结构，使整个程序周而复始

地运行，按下停止按钮可中止程序的执行。

⑵ 调用Functions>>Signal Processing>>Signal Generation>>Sine , Square

,Uniform White .作为正弦波和方波及随机噪声的信号发生器。

在前面板数字控件上设置正弦波和方波信号频率均为5Hz，振幅均为1。正弦波初相取默

认值0度，方波参考信号相位由位于前面板的模拟电位器控制，电位器与方波发生器组建成

移相网络。用于调整方波和正弦波信号的相位差。

设置随机噪声的幅度为100。

⑶ 调用Functions>>Signal Processing>>Filter>>。选择三个巴特沃斯

滤波器，其中一个作为高通滤波器使用，其Low Cutoff Freq设为100，其他两个均作为低

通滤波器使用，Low Cutoff Freq设为20。

⑷ 调用Functions>>Signal Processing>>Measurement>>Amplitude and phase Spectrum。

VI.设置两个图标，与前面板上的电位器组合构建相位差计，有了相位差计就可以实时监控

正弦波和方波参考信号的相位关系。

⑸ 调用Functions>>Cluster>>Bundle合成簇函数.设置四个图标，

^_^

用于集合不同类型的数

据成员。

⑹ 调用Functions>>Array>>Build .并增加一个输入，将两个一维数组合并成一

个二维数组。

⑺ 正确连线后流程图如图2所示（仅仅供参考）。

7

---

---

---

^_^

图2相敏检波器仿真仪流程图

4.3 虚拟相敏检波器的运行

随机噪声图标首先与巴特沃斯高通滤波器连接，滤波器的Low cutoff Freq预设值为

100，即滤除随机噪声中频率小于100的低频分量，生成高频噪声，尔后与正弦信号叠加，

如图3(a)所示，叠加后的信号已不见正弦波的踪影，它完全被随机噪声笼罩。此时运用巴特

沃斯低通滤波器对叠加信号进行预处理，低通滤波器的Low cutoff Freq预设值为20，即滤

除频率大于20Hz的信号，由于随机噪声频率是大于100的高频信号，而正弦波的频率是5Hz，

所以叠加信号通过该级低通滤波器后，随机噪声基本滤除殆尽，正弦波清晰可见，它与方波

信号进行模拟乘法运算，得到输入信号与参考信号的和频分量和差频分量。最后还须连接一

个巴特沃斯低通滤波器，通过两次互相关运算，滤除信号的和频分量，相敏检波器最后检测

的信号是正弦波和方波信号的差频电压。由于两种信号的振幅均为1，则方波参考信号展开

为傅氏级数:

U

r

=

1

sin

{(

2n+1

)(

2

π

f

2

t+

ϕ

2

)}

⑴

∑

π

n=0

2n+1

4

∞

设正弦波信号的数学表达式为:

U

s

=sin

(

2

π

f

1

t+

ϕ

1

)

⑵

则相敏检波器的输出电压为：

8

---

---

∞

22

∞

U

0

=

∑

cos{2

π

[f

1

−(2n+1)f

2

]t+[

ϕ

1

−(2n+1)

ϕ

2

]}−

n=0

(2n+1)

π

∑

n=0

(2n+1)

π

⑶

cos{2

π

[f

1

+(2n+1)f

2

]t+[

ϕ

1

+(2n+1)

ϕ

2

]}

式中

f

1

,

f

2

分别是正弦波和方波信号的频率,

n

是谐波数,

ϕ

1

,

ϕ

2

分别是正弦波和方波

信号的初相角。

4.3.1 正弦波和方波参考信号同频同相

调节虚拟相敏检波器前面板的模拟电位器，使相位差计示值为0度，此时正弦波和方波

参考信号的频率均为5Hz,相位也相同，从图1.3(a)我们可以清晰地看到虚拟相敏检波器输

出的是全波整流信号，幅值为＋1，而且盈含恒定分量的正极值。

^_^

图3 (a)正弦波和方波信号同频同相 (b)正弦波和方波信号同频反相 (c)正弦波和方波信

号同频相位差30度

在“相敏输出信号”的屏幕上我们丝毫看不到随机噪声的踪迹，随机噪声得到有效抑制。

从虚拟相敏检波器前面板也注意到一个现象，正弦波和方波参考信号同频同相时，方波

相位旋钮的指针指向－45度，这意味正弦波相位也滞后45度，而不是原先的默认值0度，

原因是正弦波和随机噪声的叠加信号通过巴特沃斯低通滤波器时相位要迁移滞后，这一现象

是相频响应引起的相移，其公式是：

ϕ

(

ω

)

=−

arctg

ω

/(

ω

n

Q)

1

−

⎛

⎜

ω

⎞

2

⑷

⎜

⎟

⎝

ω

n

⎟

⎠

其中

ω

n

=

1

RC

为特征角频率，

Q

为等效品质因素。

4.3.2 正弦波和方波参考信号同频反相

调节电位器，使方波参考信号与正弦波的相位差示值180度，此时两个信号同频反相，

虚拟相敏检波器的输出波形仍是全波整流波形，但幅度为－1，盈含恒定分量的负极值。见

图3(b)。由此证明相敏检波器也具有鉴相特性。

4.3.3 正弦波和方波参考信号同频不同相

9

---

调节方波相位电位器，使方波参考信号与正弦波的相位差示值分别为30度，如图3(c)

所示。仿真仪输出的是交流信号，显然输出与两信号的相位差具有相关性，正弦波和方波参

考信号同频不同相时虚拟相敏检波器输出信号中的恒定分量为：2

cos(

ϕ

1

−

ϕ

2

)

π

。

4.3.4 正弦波和方波参考信号不同频率

仿真仪前面板“正弦波频率”，由原来的5Hz上升为30Hz，调节“方波频率”，使其示

值为3 Hz，采用以上方法分析虚拟相敏检波器输出信号

。

五．设计报告内容：

1、分析相敏检波器的设计原理及其在微弱信号检测中的作用。

2、分析采用LABVIEW设计移相器的方法，分析移相器及低通滤波器在相敏检波中的作

用。

3、讨论采用LABVIEW设计虚拟相敏检波器的方法，写出设计程序并分析程序功能。

4、分析参考信号（方波）和输入信号（正弦波）相位差为90度时相敏检波器输出信号。

5、分析参考信号（方波）和输入信号（正弦波）频率不同时的相敏检波器输出信号。

^_^

10

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