基于LABVIEW的虚拟信号分析仪器的设计设计文档格式.docx

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首先是对原始信号进行时域波形显示,频域频谱显示。

最后再对滤波后的信号进行相关分析,除掉谐波干扰信号。

关键词：

LabVIEW虚拟仪器信号处理

ABSTRACT

Virtualinstrumentisonthecomputerasthecoreofhardwareplatform,throughthesoftwaretothecomputerhardwareresourcesandhardwareorganicallyfuseandinstrumentusingpowerfulcomputersoftwarefunctiontorealizesignaldatacalculations,analysis,processing,soastocompletethefunctionofvarioustestinstrumentsystem.Itmakefulluseofthelatestcomputertechnologytorealizeandexpandthefunctionoftheinstrument,useacomputerscreencansimplysimulatemostoftheinstrumentstoadjustthecontrolpanel,expressedintheformofavarietyofneedsandoutputtestresults,usingcomputersoftwaretorealizemostofthesignalanalysisandprocessing,completemostofthecontrolanddetection.

LabVIEWisaneffectiveandwidelyusedtoconstructthedataacquisitionandmonitoringsystemforthegraphicalprogramminglanguage.ThispaperUSESLABVIEWdesignasignalanalysisandprocessingoftheapplication.Canbegeneratedaccordingtotherequirements,avarietyofcommonlyusedsignals,andcancarryonthetimedomainandfrequencydomainanalysisofthecommonlyused.Thefirstistheoriginalsignal,accordingtothetimedomainwaveformfrequencyspectrumdisplay.Finally,thesignalafterfilteringcorrelationanalysis,getridofharmonicinterferencesignal.

Keywords：

LabVIEW;

virtual;

signalprocessing

第一章虚拟仪器的概述

计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。

粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。

随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。

另一种方式是将仪器装入计算机。

以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。

虚拟仪器（virtualinstruments）主要是指这种方式,充分利用现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能。

1.1仪器的发展

1.1.1仪器的发展

随着电子技术的发展，仪器的发展经历了四个时期:

第一代仪器：

模拟仪器。

如指针式万用表、晶体管电压表，它们的基本特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。

第二代仪器：

数字化仪器

数字化仪器目前相当普及，如数字电压表、频率计等。

这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。

第三代仪器：

智能仪器

智能仪器内置微处理器，能进行自动测量，具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动。

它的全部功能全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。

第四代仪器：

虚拟仪器

虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。

从1988年开始，陆续有虚拟仪器产品面市。

此后，虚拟仪器产品飞速增加。

　　从仪器的发展历史可以看出，仪器领域已经历了两次技术革命。

第一次仪器革命是由于数字电子技术的发展引起的，使仪器形态进入了数字化仪器时代；

第二次仪器革命是由于微处理器的大量应用引起的，使仪器形态进入了智能仪器时代。

目前，仪器领域正在进行第三次仪器革命，这次革命是由通用计算机硬软件技术的进步引起的，这次仪器革命将使仪器形态进入第四个时期：

虚拟仪器时代。

[2]

1.1.2虚拟仪器的发展历程

虚拟仪器的起源可以追朔到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。

PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。

对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。

虚拟仪器从概念的提出到目前技术的日趋成熟，体现了计算机技术对传统工业的革命。

大致说来，虚拟仪器发展至今，可以分为三个阶段，而这三个阶段又可以说是同步进行的。

[8]

第一阶段，利用计算机增强传统仪器的功能。

由于GPIB总线标准的确立，计算机和外界通信成为可能，只需要把传统仪器通过GPIB和RS-232同计算机连接起来，用户就可以用计算机控制仪器。

随着计算机系统性能价格比的不断上升，用计算机控制测控仪器成为一种趋势。

这一阶段虚拟仪器的发展几乎是直线前进。

第二阶段，开放式的仪器构成。

仪器硬件上出现了两大技术进步：

一是插入式计算机数据处理卡（plug-inPC-DAQ）；

二是VXI仪器总线标准的确立。

这些新的技术使仪器的构成得以开放，消除了第一阶段内在的由用户定义和供应商定义仪器功能的区别。

第三阶段，虚拟仪器框架得到了广泛认同和采用。

软件领域面向对象技术把任何用户构建虚拟仪器需要知道的东西封装起来。

许多行业标准在硬件和软件领域以产生，几个虚拟仪器平台已经得到认可并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具。

发展到这一阶段，人们也认识到了虚拟仪器软件框架才是数据采集和仪器控制系统实现自动化的关键。

[1]

1.1.3虚拟仪器的发展趋势

现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物。

随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法、测试领域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，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。

在此背景下，1986年美国国家仪器公司（

NationalInstruments，NI）提出了虚拟仪器（VirtualInstrument，VI）的概念。

尽管迄今为止虚拟仪器还没有一个统一的定义，但是一般认为：

虚拟仪器是在PC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统。

作为一种以计算机软件为核心的新型仪器系统，虚拟仪器具有功能强、测试精度高、测试速度快、自动化程度高、人机界面优异、灵活性强等优点，通常被认为是第三代自动测试系统的同义语[3]。

使用虚拟仪器系统可以避免仪器编程过程中的大量重复性劳动，从而大大缩短复杂程序的开发时间，并且客户可以用不同的模块来构造自己的虚拟仪器系统，选择统一的测试策略。

由于虚拟仪器的功能和性能已被不断提高，如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。

而虚拟仪器的各种优点让用户可放心地舍弃旧的传统测量设备，接受更新型、以计算机为基础的虚拟仪器系统。

由于计算机的性能价格比不断改进，使虚拟仪器的价格更为大众化，用户不必再受限于传统仪器的使用限制和昂贵的价格，进一步降低了使用成本，减少了系统的开发费用和系统的维护费用[4]。

此外，新型笔记本电脑又把虚拟仪器的便携性和强大功能推向一个新的水平。

所有这些必将加快虚拟仪器的发展，使它的功能和应用领域不断增强和扩大。

在测量、检测、电信、监控、教育等方面的应用已广泛开展。

[4]

1.2虚拟仪器

1.2.1虚拟仪器概念

虚拟仪器的概念是由美国国家仪器公司最先提出的。

所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等，可集成于自动控制、工业控制系统之中，可自由构建成专有仪器系统。

虚拟仪器是智能仪器之后的新一代测量仪器。

虚拟仪器的核心技术思想就是“软件即是仪器”。

该技术把仪器分为计算机、仪器硬件和应用软件三部分。

虚拟仪器以通用计算机和配备标准数字接口的测量仪器为基础，将仪器硬件连接到各种计算机平台上，直接利用计算机丰富的软硬件资源，将计算机硬件和测量仪器等硬件资源与计算机软件资源有机的结合起来。

1.2.2虚拟仪器的特点及优势

虚拟仪器是基于计算机的功能化硬件模块和计算机软件构成的电子测试仪器，而软件是虚拟仪器的核心，如图1.2所示，其中软件的基础部分是设备驱动软件，而这些标准的仪器驱动软件使得系统的开发与仪器的硬件变化无关。

这是虚拟仪器最大的优点之一，有了这一点，仪器的开发和换代时间将大大缩短。

虚拟仪器中应用程序将可选硬件和可重复用库函数等软件结合在一起，实现了仪器模块间的通信、定时与触发。

由于VI的模块化、开放性和灵活性，以及软件是关键的特点，当用户的测试要求变化时可以方便地由用户自己来增减硬、软件模块，或重新配置现有系统以满足新的测试要求。

这样，当用户从一个项目转向另一个项目时，就能简单地构造出新的VI系统而不丢失己有的硬件和软件资源

[8]。

图1.2-1虚拟仪器开发框图

虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。

虚拟仪器技术十分符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，因而常被称作“软件仪器”。

它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据，它操作灵活，完全图形化界面，风格简