传感器和虚拟仪器大作业81.docx
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传感器和虚拟仪器大作业81
传感器与虚拟仪器大作业
题目：
信号选择
****************
班级：
通信111
学号：
**********
2014年10月24日
第1章信号选择的背景及意义
1.1背景及意义
盲源信号分离是一种功能强大的信号处理方法，在生物医学信号处理，阵列信号处理，语音信号识别，图像处理及移动通信等领域得到了广泛的应用。
盲源分离（BSS：
Blindsourceseparation），是信号处理中一个传统而又极具挑战性的问题，BSS指仅从若干观测到的混合信号中恢复出无法直接观测的各个原始信号的过程，这里的“盲”，指源信号不可测，混合系统特性事先未知这两个方面。
在科学研究和工程应用中，很多观测信号都可以看成是多个源信号的混合，所谓“鸡尾酒会”问题就是个典型的例子。
其中独立分量分析ICA（Independentcomponentanalysis）是一种盲源信号分离方法，它已成为阵列信号处理和数据分析的有力工具，而BSS比ICA适用范围更宽。
盲信号分离研究的信号模型主要有线性混合模型和卷积混合模型，盲源分离源信号线性混合是比较简单的一种混合形式，典型的BSS/ICA问题就是源于对独立源信号的线性混合过程的研究。
目前国内对盲信号分离问题的研究，在理论和应用方面取得了很大的进步，但是还有很多的问题有待进一步研究和解决。
信号的选择则是盲源信号的初级阶段，首先，信号选择知道要分离信号源，这样会更有针对性的进行信号分离。
然后，通过已知信号的分离掌握信号分离的方法和经验。
最后，逐步达到最后的盲源信号的分离。
1.2设计目的
本实验是基于LabVIEW8.2的虚拟平台，使用图形语言编程，利用ExpressVIs中的仿真信号和选择信号函数节点，创建多个不同的输出信号并显示出来。
然后进行信号选择使信号波形在另一个波形图中显示出来。
第2章程序框图主要功能模块介绍
本实验使用Express中的输入和信号操作子选板中的基础函数设计一个信号选择器，使用输入子选板中的“仿真信号”函数生成5中不同类型的信号，并在波形图控件中同时显示出来，同时使用信号操作子选板中的函数将需要显示的波形在另一个控件中显示出来。
在设计过程中，充分利用了仿真信号的配置功能，以产生正弦波、方波和三角波等。
2.1“选择信号”介绍
如图2-1所示，信号操作子选板位于函数选板的“Express→信号操作”中，包含合并信号、拆分信号、选择信号、采样压缩和提取部分信号等函数。
图2-1信号操作子选板和“合并信号”函数、“选择信号函数”
其中，“选择信号”函数用于接收多个信号作为输入，返回用户选中的信号作为输出，用户可以指定输出中包含的信号，也可改变输出的顺序，它的调用路径为“函数→Express→信号操作→选择信号”。
表2-1和表2-2给出了“选择信号”函数的输入/输出参数说明。
表2-1“选择信号”函数的输入参数说明
输入参数
说明
信号
包含一个或多个输入信号
选择器输入
从信号输入中选择信号。
该输入可以是一组信号，每组信号的最后一个点表示真或假。
当信号的最后一点代表真时，相应的信号就被包括在内。
该输入也可以是一个信号，每个数据点表示真或假，数值大于或等于0.5的为真，小于0.5的为假。
如果选择器输入没有被连接，VI将使用配置对话框中所指定的所选信号
错误输入
描述该VI或函数运行前发生的错误情况
表2-2“选择信号”函数的输出参数说明
输出参数
说明
信号输出
返回输出信号
错误输出
包含错误信息。
如果错误输入表明在该VI或函数运行前已出现错误，则错误输出将包含相同错误信息，否则将表示VI或函数中出现的错误状态
当用户将“选择信号”函数添加到程序框图编辑区时，立刻弹出“配置选择信号【选择信号】”对话框，如图2-2所示。
表2-3对此对话框中各选项的含义进行了详细的介绍。
图2-2“配置选择信号【选择信号】”对话框
表2-3“配置选择信号【选择信号】”对话框各选项的介绍
参数
说明
选择信号
（1）未选中信号——显示所有输入信号。
每个信号相关的索引号反映了信号在信号输入线中的顺序
（2）所选信号——按选择顺序列出已选信号。
原索引号仍与信号相关。
如果连接选择器输入端，VI将使用该输入端指定的信号
（3）选中——将未选中信号列表中的一个信号移至所选信号列表中
（4）取消选中——将所选信号列表中的一个信号移至未选中信号列表中
（5）排序——根据索引号的数字顺序，对所选信号列表中的信号进行排序
2.2“仿真信号”的介绍
如图2-3所示，输入子选板位于函数选板的“Express→输入”中，帮扩DAQAssistant、仪器I/O助手、仿真信号、仿真任意信号、色和声音采集等。
图2-3输入子选板和“仿真信号”函数
其中，“仿真信号”函数可模拟正弦波、方波、三角波、锯齿波和噪声，其调用路径为“函数→Express→输入→仿真信号”。
表2-4和表2-5给出了“仿真信号”函数的输入/输出参数说明和具体含义。
表2-4“仿真信号”函数的输入参数的说明
输入参数
说明
重置信号
指定何时重置信号。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
占空比（%）
指定方波在一个周期内高位时间和低位时间的百分比。
默认值为50。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置值
偏移量
指定信号的直流偏移量。
默认值为0。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
频率
指定波形的频率，以赫兹为单位。
默认值为10.0。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
幅值
指定信号的幅值。
默认值为1。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
相位
以度为单位指定信号的初始相位。
默认值为0。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
错误输入
描述该VI或函数运行前发生的错误情况
噪声幅度
指定信号可达到的最大绝对值。
默认值为0.6。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
标准差
指定生成噪声的标准差。
默认值为0.6。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
频谱幅值
指定仿真信号的频域成分的幅值。
默认值为0.6。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
阶数
指定均值为1的泊松过程的事件次数。
默认值为0.6。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
均值
指定单位速率的泊松过程的间隔。
默认值为0.6。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
试验概率
一次给定试验结果为TRUE的概率。
默认值为0.6。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
取1概率
信号的一个给定元素为TRUE的概率。
默认值为0.6。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
多项式阶数
指定用于生成该信号的模2本原项式的阶数。
默认值为0.6。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
种子值
该值大于0时，为噪声采样发生器更换种子值。
默认值为-1。
当种子值为0时，噪声发生器不更换种子值，并继续前次的噪声序列产生噪声采样。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
指数
指定反f频谱形状的指数。
默认值为1。
该输入值将覆盖在配置对话框中设置的值
试验
指定对仿真信号各个属性进行的试验次数。
默认值为1。
表2-5“仿真信号”函数的输出参数的说明
输入参数
说明
信号
返回输出信号
错误输出
包含错误信息。
若果错误输入表明在该VI或函数运行前已出错。
则错误输出将包含相同错误信息。
否则，将表示VI或函数中出现的错误状态。
当用户将“选择信号”函数添加到程序框图编辑区时，立刻弹出“配置仿真信号【仿真信号】”对话框，如图2-4所示。
图2-4“配置仿真信号【仿真信号】”对话框
第3章信号选择的具体操作过程
本设计主要包括3个部分：
仿真波形生成部分、信号选择实现部分和波形显示部分。
其设计思路是：
使用“仿真信号”函数生成5种波形，将5个经过配置的“仿真信号”节点的信号输出端与“信号选择”节点的信号输入端相连，并将由“选择器输入”控制的信号输出到波形图中。
3.1前面板的设计
3.11在启动主界面的“新建”项中创建新VI，命名为lab81.vi。
在桌面找到labview软件，双击启动主界面就会打开。
如图3-1所示。
然后，点击VI就会新建一VI文档，弹出前面板和程序框图两个窗口，如图3-2所示。
最后，点击“文件→保存”输入“lab81”，点击确定即可。
图3-1LabVIEW主界面图
图3-2程序框图窗口和前面板窗口
3.12放置数组控件、图形控件和停止按钮。
（1）执行“控件→新式→数组、矩阵和簇→数组”操作，添加1个数组控件，接着添加“开关按钮”控件并拖入数组控件中，将创建成的开关按钮数组命名为“选择信号”，此一维数组包括5个元素。
然后将对应元素分别命名以示区别，依次为“SineWave”,“SquareWave”“TriangleWave”“SawtoochWave”和“SineWave&UniformWhiteNoise”。
右键单击数组控件，在弹出的快捷菜单中取消“显示项→索引框”的选择，如图3-3所示。
图3-3数组控件的显示项设置
（2）执行“控件→Express→图形显示控件→波形图”操作，添加2个波形图控件并分别命名为“全部信号”和“选择信号”。
其中，对前者将X标尺范围更改为0-0.2，取消自动调整X标尺的选择；对后者将X标尺范围更改为0-0.1，取消自动调整X标尺的选择；
（3）执行“函数→编程→布尔→停止按钮”操作，添加1个“停止”按钮用于控制VI的终止。
信号选择实例的前面板设计完毕后，如图3-4所示。
图3-4信号选择实例的前面板
3.2程序框图的编辑
3.2.1打开程序框图编辑框口，与前面板中控件对应的端子图标已经出现在程序框图编辑窗口中。
3.2.2放置While循环、仿真波形和合并信号等节点图标。
（1）执行“函数→Express→执行过程控制→While循环”操作，将所有节点放置在While循环中，整个程序在While循环中进行。
（2）执行“函数→Express→输入→仿真信号”操作，在图所示的“配置仿真信号”对话框中对仿真信号节点进行配置，使输出正弦波、方波、三角波锯齿波和正弦+均匀白噪声5种信号，如表3-1所示。
表3-1不同类型信号的参数设置
信号类型
幅值
频率（Hz）
相位（度）
偏移量
整数周期数
正弦波
1
20.1
0
0
√
方波
1
20.1
180
0
√
三角波
1
40.1
-90
-2
√
锯齿波
1
30.1
0
2
√
正弦+均匀白噪声
1
20.1
0
0
√
（3）将他们与选择信号部分相连。
当将5个信号与选择信号节点连接时，要用到合并信号节点。
合并信号的作用是将两个或多个信号合并到一个信号输入端，通过调整该函数的大小添加输入。
将一个信号输出连往另一个信号分支时，程序框图会自动显示该函数。
其调用路径为“函数→Express→信号操作→合并信号”。
（4）当将“选择信号”数组与选择信号节点的选择器输入端子连接时，程序框图会自动为两者之间的连接添加“转换至动态数据”函数。
信号选择实例过程框图设计完毕后如图3-5所示。
图3-5信号选择实例的程序框图
3.3程序运行
单机运行
按钮，如图3-6所示，在前面板的“选择信号”控件中选择需要显示的波形的开关，由此就可以在“选择信号”图形控件中看到输出波形了，包括“SineWave”,“SquareWave”“TriangleWave”“SawtoochWave”和“SineWave&UniformWhiteNoise”。
改变“选择信号”控件的控制开关，右侧波形图中的波形会发生相应的变换。
单机中止执行
按钮或者“停止”按钮即可使程序停止运行。
图3-6程序运行图
第4章信号选择的原程序
本设计主要包括3个部分：
仿真波形生成部分、信号选择实现部分和波形显示部分。
其设计思路是：
使用“仿真信号”函数生成5种波形，将5个经过配置的“仿真信号”节点的信号输出端与“信号选择”节点的信号输入端相连，并将由“选择器输入”控制的信号输出到波形图中。
按照之前的详细设计步骤，信号选择实例的程序框图可以设计完成，完整的程序框图如图4-1所示。
图4-1基本函数发生器实例的程序框图
第5章信号选择的运行结果
点击运行程序按钮以后，前面板中“全部信号”波形图显示5种波形信号的叠加。
未进行信号选择，所以，“选择信号”波形图中没有信号输出，如图5-1所示。
然后，点击“选择信号”开关按键对信号进行选择，相应的在“选择信号”波形图中就会输出所选择的信号波形，如图5-2所示。
图5-1运行后未进行信号选择
图5-2运行后不同信号选择下的波形输出
总结
在老师和同学的帮助下，实验终于成功，在此特别感谢王丽老师和苗凤娟老师的耐心指导。
通过此次LabVIEW课程设计，我感觉收获非常大。
在电路仿真的过程中总会出现一些问题，需要我们细心解决，通过此次课程设计，我对设计所用到的软件有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。
当然，经过了课程设计，我也发现了自己的很多不足。
但是通过自己的动手动脑，既增加了知识，又给了我专业知识以及专业技能上的提升，我也会更加努力，认真学习，争取在以后的课程中做得更好！
参考文献
[1]吴成东，孙秋野.LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用.北京：
人民邮电出版社，2008.
[2]刘刚，王立香，张连俊.LabVIEW8.20中文版编程及应用.北京：
电子工业出版社，2008.
[3]陈锡辉，张银鸿.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通.北京：
清华大学出版社，2007.
[4]张桐，陈国顺，王正林.精通LabVIEW程序设计.北京：
电子工业出版社，2008.
[5]龙华伟，顾永刚.LabVIEW8.2.1与DAQ数据采集.北京：
清华大学出版社，2008.
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