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专业课程设计说明书
上海理工大学
专业课程设计说明书
设计名称
双通道数据采集回放系统
姓名
李伟民
学号
0912030214
班级
电子信息工程
（2）班
指导老师
金晅宏
日期
2013年3月7日
目录
1、设计目的及意义3
2、设计任务分析3
3、设计思路和程序结构分析5
4、程序难点分析及使用过程5
5、程序调试心得7
6、设计总结10
1、设计目的及意义
信息获取、信息处理、信息传输和控制是信息技术及系统的重要组成部分。
虚拟仪器则是仪器技术与计算机技术深层次结合的产物，本设计是在虚拟仪器的标准化、系列化、模块化的硬件和软件平台上，利用数字信号处理技术、传感器技术、虚拟仪器技术等专业基础理论及专业基础知识，建立一个具有信号采集、信号处理与分析数据采集回放系统。
旨在训练和培养综合运用专业知识的基本技能及工程实践能力，理论联系实际，巩固和进一步理解基础理论知识，初步形成和掌握信息系统的设计、应用和开发能力。
2、设计任务分析
（一）根据系统要求设计两个前面板
1）双通道采集系统
采集记录前面板，可分为六个部分：
▪双通道波形的发生。
可以选择通道的波形，设置波形的频率和幅度。
▪窗口设置。
可以设置X轴和Y轴的刻度。
▪采集按钮。
按下采集按钮采集数据、显示
▪记录按钮。
按下记录按钮，对当前采集数据进行保存。
▪回放按钮。
按下回放按钮，将弹出新界面。
对当前保存数据进行分析处理显示。
▪停止按钮。
停止按钮控制仪器结束运行。
后面板函数需能实现基本波形的发生，包括方波、正弦波、锯齿波。
用循环控制波形发生的频率。
同时要建立一个实用的数据采集系统，必须了解一些关于模拟信号采集过程和模拟输入系统设计的基本知识。
根据信号特征和测试目的，模拟信号可分为3类：
▪对于随时间缓慢变化的信号，例如容器的液位、对象的温度等，通常叫做直流信号。
对直流信号一般只需要比较慢的采样频率。
▪对于随时间变化较快得信号，如果需要了解它的波形，则把它作为一个时域信号来处理。
这时候就需要比较高的采样频率。
▪对于随时间变化较快的信号，如果需要了解它的的频率成分，则把它作为一个频域信号处理。
根据来彻斯特理论，要得到准确的频率信息，采样率必须大于信号最大频率成分的两倍。
采样率的一半叫来彻斯特频率。
这实际上意味着对于最大频率的信号成
分每一个周期只采样两个数据点，对于描述信号的波形是远远不够的。
工程实际中一般使用信号最高频率成分4－10倍的采样率。
2）双通道回放系统
数据回放处理前面板，可分为三个部分：
▪保存原始数据回放，可以设置拖动曲线进行缩放。
▪滤波数据窗口，可以设置滤波函数。
▪频谱分析数据窗口，可以设置选择加窗类型。
时间域分析：
最直观也是第一步的分析。
从中既可做出一些原始判断，又可确定进一步分析的方向和目标。
频谱分析：
将时域信号变换成频域信号再分析称为频谱分析。
由于时域信号分为连续信号和离散信号，连续信号又可分为绝对可积、平方可积和均方可积；离散信号又可分为绝对可和、平方可和和均方可和，故对应的频谱可分为多种。
时域加窗：
时域加窗可减少泄露，还有其他用途，加窗可加矩形窗、海窗、平顶窗、力窗和指数窗等，注意每种窗都是既有优点、又有缺点。
1．矩形窗（None）（也叫均匀窗、不加窗）：
仅为以采样时间为窗长度截断原始信号，它的泄露较大，仅用于无泄露场合。
2．海窗，包括汉宁窗（hannning）和汉明窗（hamming）：
用于减少泄露，缺点在于频域主瓣比矩形窗主瓣宽，确定峰值频率时误差较大。
加海窗会降低峰值高度。
3．平顶窗（flattop）：
用于提高分析仪的幅值读书精度。
输入一个峰值已知的正弦波，用平顶窗在频域读数，可发现它的读数最接近于真正峰值。
4．布拉克曼窗（Blackman）：
为了更进一步抑制旁瓣，可再加上余弦的二次谐波分量，得到布拉克曼窗。
布拉克曼窗的旁瓣衰减加大，但同时主瓣宽度也相应的加宽了。
（二）编制功能框图
根据系统要求编写软件实现系统功能。
必要时要设计程序流程图。
（三）演示程序
演示程序时，在本机上运行程序，实现系统要求。
1.编写一个波形发生程序，频率和幅度由外部控制，连入三个case语句，分别与面板选择框中的关、正弦波、方波、三角波一一对应，从两个独立的模拟波形表输出。
点击“采集”则在波形窗口显示默认的波形。
2.建立两个调整基准的旋钮，编写每个的最值和间距，以改变输出波形在波形窗口的图像大小。
3.当触发“记录”按钮时，将文件以波形格式新建文件夹后保存，若已存在则覆盖。
4.当触发“回放”按钮时，调用子程序读取已记录的文件。
5.当触发“重置”按钮时，调用滤波函数和加窗函数当前值，输入到对应的两个数据处理窗口。
不触发时保持，直到下一次触发响应。
6.
7.点击“返回”，返回主面板，点击“退出”，退出该系统。
3、设计思路和程序结构分析
4、程序难点分析及使用过程
●整个双通道数据采集回放系统设计中，主要的难点有以下几个：
1．通过界面的各个旋钮或选择框能产生对应幅度和频率的正弦波、方波、锯齿波，并在同一个示波器上显示0～2个通道的波形。
同时能随时修改时间基准和电压基准让波形能完整地在示波器上显示。
2．整个程序的数据类型要保持统一。
包括波形产生、界面微调、波形读写等等。
3．前面板的参数设置也对程序是否能更有效运行起到莫大的作用。
尤其是对按钮的设置，往往很大程度上决定了程序能否正确执行。
4．在全部完成后需要注意检查程序框图，容易出错的几点如下：
（1）时间与X轴坐标相连，幅值与Y轴坐标相连。
以及连线时每一个常量所连的属性节点。
（2）注意枚举与下拉框图的区别极其表示法。
表示法不当虽不是错误，但容易造成程序功能不能正常使用。
（3）对于采样点和频率的设置要符合时间轴与幅值轴中最大与最小值。
不然会造成波形无法正常显示。
●使用过程：
1．打开主程序，点击“数据采集”，可以在上方的窗口上看到产生的波形，在左侧可以调整两个通道的波形、幅值及频率，从而产生不同的两个波形。
2．转动左下角的两个旋钮，可以改变示波窗口的时间基准和电压基准，从而使波形能完整清晰地呈现在窗口中。
3．调整出满意的波形后，点击“数据记录”，即可记下此时的波形，直到再次点击，释放该按钮，记录结束。
4．点击“数据回放”弹出双通道信号回放面板，上方窗口显示回放的波形，左下侧窗口显示滤波后的数据，右下侧窗口则显示频谱分析后的数据。
5．在窗口下方有“滤波函数”和“加窗类型”两个选择栏，在按下“重置”时即时显示各窗口数据，并处于实时响应状态；也可再次按下，选择好“滤波函数”和“加窗类型”再按下“重置”响应选择栏当前函数和类型。
6．点击信号回放面板上的“返回”返回主程序面板。
7．点击主程序面板上的“系统退出”退出改程序。
5、程序调试心得及效果图
1．在遇到不知道所选模块是否正确或者不知道要选什么模块时，一般先打开模块的帮助菜单，仔细查看该模块的作用，输入和输出的量是否与所需实现的要求匹配。
然后把相关的其他模块也一一了解，寻求是否有更适合的模块。
2．在接线显示错误时，先右键点击查看错误原因，以此去重新接线或调整模块。
接线时沿着一条线路接完，再接分支或下一条线路，既可及时发现错误，也可避免无端错误。
3．在遇到局部功能无法独立完成时，我从LABVIEW中的例子入手，看了许多波形采集处理和滤波的例子。
主要是signalgenerationandprocessing.vi和twochanneloscilloscope.vi这两个例子，整体看了几遍有所理解后，对原先的程序进行修改和调整。
这样不仅能把原本不会的功能实现，更能调高由于学习时间过短、对模块功能的不熟悉而使得程序的可靠性。
6、设计总结
通过本次专业课程设计，在短短的两周时间的集中式学习让我更加深刻的了解了LABVIEW，对于自己能够独立完成此次双通道数据采集与处理系统这个实验表示十分的自豪。
本次实验所设计的程序在结构上主要有两部分组成，一个是双通道数据采集系统，一个是数据处理和回放系统，两个程序都是通过灵活运用条件和循环语句来实现的，相比C语言的语句多样性是少了一些，不过也降低了学习的难度，让我们更加容易上手。
最后，在不断的上机实验和调试中，我也了解到只要是语言，那么他们一定都有一个明确的共同点，那就是实践。
特别是在接触新语言的时候，尽量多的亲手操作，去尝试、去发现，遇到问题多想一点，勤问一点，这就是最好也是最快的学习方法了。
7、参考书目
《虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW编程》西安电子科技大学出版社，2001，刘君华
《数字信号处理原理与实现》上海交通大学出版社，1998，倪养华、王重玮
《LabVIEWDataAcquisitionBasicManual》NATIONALINSTRUMENT，1998
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