基于labview的振動測試系統(tǒng)設計

西華大學碩士學位論文基于LABVIEW的振動測試系統(tǒng)設計姓名朱巖申請學位級別碩士專業(yè)機械電子工程指導教師余愚20090501西華大學碩一L學位論文基于LABVIEW的振動測試系統(tǒng)設計機械電子工程專業(yè)研究生朱巖指導教師余愚在現(xiàn)代機械工業(yè)和機械工程中，振動測試、信號處理以及振動分析是十分重要的環(huán)節(jié)。但是在機械振動測試中，所需的測試儀器繁多復雜，導致測試工作需要大量的人力、物力。隨著計算機和軟件技術的發(fā)展，虛擬儀器正在逐漸成為測試領域的發(fā)展方向，采用虛擬儀器實現(xiàn)振動測試與分析也成為振動測試的發(fā)展趨勢。為此，本課題研究開發(fā)了以PC為硬件平臺、以美國國家儀器NI公司開發(fā)的LABVIEW軟件為開發(fā)平臺，配合必要的傳感器、信號調(diào)理器和數(shù)據(jù)采集卡組成的振動測試分析系統(tǒng)。采用虛擬儀器圖形化編程語言LABVIEW組建的振動測試分析系統(tǒng)，減少了測試過程中的硬件設備，同樣實現(xiàn)了對振動信號的采集、處理和分析的目的，大大降低了硬件成本。論文首先對虛擬儀器以及LABVIEW軟件作了簡要介紹，然后分析了振動信號分析與處理技術理論和振動測試分析系統(tǒng)的組成，最后對系統(tǒng)的硬件和軟件編程進行了設計。系統(tǒng)硬件部分設計了一個以單片機為核心的數(shù)據(jù)采集卡，通過串口通信實現(xiàn)計算機和數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)傳輸。軟件部分采用了自上而下的模塊化程序設計思想，用戶可以在計算機上實現(xiàn)對振動信號的采集、分析處理以及顯示分析結果等操作。軟件的處理功能主要有信號預處理、時域分析、頻域分析、時頻聯(lián)合分析四大模塊組成。具體內(nèi)容包括數(shù)字濾波與加窗、時域統(tǒng)計分析、自相關分析、快速傅立葉變換FFT、自功率譜分析、短時傅立葉變換STFT等。本系統(tǒng)集中了振動分析的主要功能，操作簡單，具有良好的可擴充性和較兩華大學碩十學位論文高的性價比，可以在教學科研或在工程應用中作為分析工具使用。關鍵詞振動測試，虛擬儀器，數(shù)據(jù)采集，信號分析，LABVIEWDESIGNOFVIBRATIONTESTSYSTEMBASEDONLABVIEWMAJORMECHATRONICSENGINEERINGPOSTGRADUATEZHUYANSUPERVISORYUYUINMODERNMECHANICALINDUSTRYANDMECHANICALENGINEERING，VIBRATIONMEASUREMENTANDANALYSISISANIMPORTANTPARTBUTTHEMECHANICALVIBRATIONTESTSNEEDMANYELABORATETESTINSTRUMENTS，WHICHLEADTOTHEREQUIREMENTOPLENTYOFMALLPOWERANDMATERIALRESOUREONTESTINGWORKWITHTHEDEVELOPMENTOFCOMPUTERANDSOFTWARETECHNIQUE，VIRTUALINSTRUMENTBECOMESDEVELOPMENTDIRECTIONINMEASUREMENTFIELD，VIBRATIONMEASUREMENTANDANALYSISBASEDONVIRTUALINSTRMENTHASBECOMETHETRENDOFVIBRATIONTESTSOTHESVSTEMFORVIBRATIONTESTANDANALYSISISDEVELOPEDINTHISTHESIS，WHICHBASEDONPC嬲HARDWAREPLATFORM,LABORATORYVIRTUALINSTRUMENTWORKBENCHLABVIEWDEVELOPEDBYNATIONALINSTRUMENTSALSSOFTWAREDEVELOPMENTPLATFORM,ESSENTIALSENSOT,SIGNALREGULATIONCIRCUITANDDATAACQUISITIONCARDDATAACQUISITIONANDANALYSISCANBEACHIEVEDBYTHEVIRTUALVIBRATIONTESTANDANALYSISSYSTEMWITHTHEGRAPHICPROGRAMMERLANGUAGELABVIEW,ATTHESAMETIMETHEEQUIPMENTWILLBEREDUCEDANDTHECOSTWILLBEDEEPLYDECREASEDFIRSTSIMPLEINTRODUCTIONOLLVIRTUALINSTRUMENTISMADEINMYTHESISSECOND，THETHEORYOFVIBRATIONSIGNALANALYSISANDTHECOMPOSITIONOFVIBRATIONMEASUREMENTSYSTEMAREANALYZEDLAST，HARDWAREANDSOFTWAREPROGRAMMINGOFVIBRATIONMEASUREMENTSYSTEMAREDESIGNEDDESIGNADATAACQUISITIONBASEDONMICROCONTROLLERINTHEHARDWARESYSTEMCOMPLETEDATATAMSOFORMBETWEENCOMPUTERANDDATAACQUISITIONCARDOVERSCRIMPORTTHESUPERINCUMBENTMODULARDESIGNISEXHIBITEDEVIDENTLYINTHESO療WARESYSTEMTHEV10RATIONSIGNALSAMPLINGANDDATAANALYSISAREOPERATEDBVSVSTEMMTE砌CE，ALSWELLASTHERESULTAREDISPLAYEDONTHECOMPUTERSCREENNEMAINA11ALYSLSPROCEDUREISMADEUPOFSIGNALPREPROCESSING，TIMEDOMAIN，舶QUENCYDOIILAMA11DJOINTTIMEAND奇EQUENEYDOMAINTHECONTENTINVOLVESDIGITALFILTER，WMDOWMG，TLMEDOMAINSTATISTICALANALYSIS，AUTOCO玎ELATIONANALYSIS，ASWELL嬲FASTFLOURIERTRANSFER,AUTOPOWERSPECTRUMTHESHOATIMEF10URIERTRANSFERAREINCLUDEDINTHEANALYSISPROGRAMNMRMLF址所N|詈A舒O“E沖A僦AM1三刪螄略跎耋圣盯曲吾雎耐D吼翱訓峪RN哆眥嗚GH洽缸托瞄嘶婦L；兮K剛島玎璐沿硫K刪U代M蚴P廈嘣至薹岫S蠶趣一的NMKEYW。RDSVIBMTI。NTEST，NUALINSTRUMENT，DATAACQUISITION，SIGNALA11ALYSIS，LABVIEWIV西華大學碩士學位論文聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得西華大學或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。本學位論文的成果是本人在西華大學讀書期間在導師指導下取得的，論文成果歸西華大學所有，特此聲明。作者簽名爾巖導師簽名69兩華大學碩上學位論文西華大學學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱，西華大學可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復印手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于1、保密口，在年解密后適用本授權書；2、不保密囪，適用本授權書。請在以上口內(nèi)劃4，學位論文作者簽名能指導教師簽名會如日期如口，F(xiàn)C日期哆2L7西華大學碩上學位論文1緒論11課題研究的背景及意義所謂振動，就是物體或某種狀態(tài)隨著時間往復變化的現(xiàn)象，這類現(xiàn)象有的源于系統(tǒng)內(nèi)部相互作用，有的是外界干擾引起的。在現(xiàn)代工程技術領域，存在著大量的振動問題。例如電廠中汽輪發(fā)電機組及其它輔機設備運行時產(chǎn)生的振動，車輛自凸凹不平的路面上行駛所引起的振動；旋轉(zhuǎn)機械由于質(zhì)量不平衡在運行中的振動；建筑物受地面和陣風擾動所產(chǎn)生的振動等。在極大多數(shù)場合，振動都是有害的，它將影響設備的正常工作和機械的加工精度，引起機器構件的加速磨損，甚至導致急劇斷裂而破壞。為了解決工程振動問題，出現(xiàn)了一門集數(shù)學、力學、電子技術、計算機技術、信息處理、人工智能等多種現(xiàn)代技術于一體的新興交叉學科【L】振動測試與分析。振動測試有以下主要應用1各種工程機械、建筑結構、車輛船舶、飛機導彈、能源設備、儀器儀表等系統(tǒng)由于在自身運轉(zhuǎn)過程中質(zhì)量不平衡等原因而產(chǎn)生振動自振；或者受到周圍環(huán)境的激勵而產(chǎn)生受迫振動。對正在設計或大批生產(chǎn)的產(chǎn)品進行各種振動試驗以考核產(chǎn)品承受振動能力己成為很多工廠的常規(guī)任務。測試了解機器運轉(zhuǎn)時振動大小以確定其性能優(yōu)劣己成為驗收往復式、旋轉(zhuǎn)式機械的一個重要環(huán)節(jié)。2各種利用振動工作的機械如振動給料機、振動打夯機、振動壓路機、振動篩、振動輸送機、動平衡機和各種激振設備因其高效率低能耗在國民經(jīng)濟各部門得到日益廣泛的應用。為了研究其工作機理以提高生產(chǎn)效率，必須進行大量的振動測試。3實際系統(tǒng)往往零部件繁多，結合面形狀復雜，理論計算如有限元要做大量簡化假設，只能建立粗略的力學模型，某些重要參數(shù)如阻尼系數(shù)至今仍無完善的計算方法。用振動測試可以求得系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)，進而建立或修正力學模型，為今后的“響應預估”或“環(huán)境預估載荷識別創(chuàng)造先決條件。這就是結構動力學中所謂“系統(tǒng)識別“或“參數(shù)識別”問題。4效益巨大但造價昂貴的現(xiàn)代化大型系統(tǒng)如海上平臺、大型汽輪發(fā)電機組、航天飛機等經(jīng)常在高轉(zhuǎn)速、大負荷、高溫、高壓或高真空等惡劣條件西華大學碩J學位論文下工作，他們的破壞會造成十分嚴重的后果。國外統(tǒng)計重要產(chǎn)品的故障中有百分之六十以上來自環(huán)境因素包括溫度、振動、沖擊、沙塵等，而在各環(huán)境因素中振動引起的故障幾乎占百分之三十，利用振動測試手段對運行設備進行在線的狀態(tài)監(jiān)控或故障診斷是保證機組安全、及時消除隱患的重要措施之一。5在一些情況下，振動是一種公害，它能損傷人體器官、損害健康、降低勞動效率，甚至產(chǎn)生“振動病或“運動病，如常見的暈車、暈船現(xiàn)象就是由于小于1HZ的極低頻振動引起的。研究人體各器官的振動傳遞特性，設計能減振隔振的座椅、駕駛艙、手持工具的把手等也必須依賴于振動測試。目前市場上已有用于人體振動測量的傳感器和測試儀出售。6任何機械振動系統(tǒng)往往同時又是聲波輻射源。噪聲中很大一部分來自振動物體。減少振動的同時往往也意味著降低噪聲相反地也可從噪聲分析中找到振源。只要有聲電傳感器如話筒和適調(diào)放大器，振動分析和聲學分析就可以共用同一分析儀器。振動測試分析儀器則將振動測試與分析技術轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，它隨著振動測試技術理論的發(fā)展和生產(chǎn)中對測試需求的與日俱增。從最初的機械式測振儀，發(fā)展到今天，各種應用物理學原理制成的傳感器、FFT分析儀、結構動力學分析軟件己在廣泛使用。本論文順應測試儀器的發(fā)展趨勢，將虛擬儀器技術、計算機技術及數(shù)字信號處理技術結合為一體，構建了以計算機為核心的虛擬儀器系統(tǒng)。系統(tǒng)針對振動的測試問題，力求克服現(xiàn)行機械振動中所采用的傳統(tǒng)測試系統(tǒng)所存在地不足，以期能推動虛擬儀器技術在振動測試領域中的普及應用。12國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢121虛擬技術及虛擬儀器的應用與發(fā)展現(xiàn)狀虛擬技術、計算機通訊與網(wǎng)絡是信息技術最重要的組成部分，他們被稱為2L世紀科學技術的三大核心技術【21。虛擬技術包括虛擬加工、虛擬測試、虛擬控制等，它是將各種信息如聲、光、電同現(xiàn)代計算機技術有機結合，實現(xiàn)各種環(huán)境的模擬、仿真。虛擬技術的出現(xiàn)大大改變了人類現(xiàn)有的思維模式、工作模式和生活模式。目前，發(fā)達國家紛紛斥巨資對它進行研究，期望以后在它的帶動下在信息時代中保持技術上優(yōu)勢。2西華大學碩士學位論文虛擬儀器VIRTUALINSTRUMENT是虛擬技術的重要組成部分，也是許多發(fā)達國家所重點研究的對象。其中，以美國國家儀器公司NATIONALINSTRUMENTS，簡稱NI，惠普公司HEWLETTPACKARD，簡稱HP、TEKTRONIX和RACAL等公司的虛擬儀器比較有影響，他們在近十多年時間里，就占有了世界儀器儀表市場的10左右的份額，充分顯示了虛擬儀器的強大生命力。其中，以美國國家儀器公司NI的圖形化編程語言LABVIEWT31，和惠普公司HP的VEE最具有代表性。虛擬儀器技術實現(xiàn)了計算機技術和儀器完美的結合，開辟了現(xiàn)代儀器技術的新天地。它誕生雖然只有十幾年的歷史，但它的發(fā)展速度是驚人的。目前虛擬儀器技術己廣泛應用與科研生產(chǎn)的許多領域聲學測試、音波測試、汽車測試、生物醫(yī)學測試、光纖校準、光學測定及度量、半導體測試、電信測試、振動測試、工業(yè)自動化、實驗室自動化、機械監(jiān)控、石油和天然氣處理、藥品加工、過程自動化、統(tǒng)計、過程控制等等。目前在美國，許多大學都有自己的虛擬儀器實驗室，不但進行虛擬儀器的研究與開發(fā)，而且還將虛擬儀器作為一門課程向?qū)W生傳授，為學生提供實驗條件，讓學生親自動手，學習建立自己的虛擬儀器系統(tǒng)。美國國家儀器公司NI每年在美國各高校的大學生中舉辦虛擬儀器設計大賽，鼓勵和推廣虛擬儀器的使用。據(jù)美國權威雜志統(tǒng)計，美國國家儀器公司NI的LABVIEW已占有測試系統(tǒng)軟件市場份額的39，而惠普HP公司的VEE與LABVIEW相似的一種圖形化編程語言也占有市場的11。由于虛擬儀器具有如此巨大的優(yōu)越性，國內(nèi)外已經(jīng)有許多廠家在使用虛擬儀器進行測試方面作了一系列有益工作，已開發(fā)了一些虛擬測試儀器。挪威CARDIAC公司的基與LABVIEW平臺的測試北海油田石油、大氣、水流的MPFM系統(tǒng)等，清華大學應用虛擬技術構建的用于檢側(cè)汽車發(fā)動機性能的出廠檢測系統(tǒng)，哈爾濱工業(yè)大學也推出自己的“儀器王”虛擬儀器系統(tǒng)，另外上海儀器儀表所、浙江大學、成都電子科技大學、上海同濟大學、上海交通大學等單位也正在不斷進行虛擬儀器的研究和應用。我國傳統(tǒng)儀器技術還比較落后，與國外相比，測量精度和可靠性均較低，且自動化程度較低。當前，各種測試軟件、專用集成電路、固化軟件的廣泛應兩華大學碩十學位論文用，系統(tǒng)技術和模塊式儀器的迅速發(fā)展，都給虛擬儀器的研究和應用創(chuàng)造了良好條件，也為我們提供了一個縮小與國際先進水平差距的機會。虛擬儀器在我國的研究和開發(fā)有著十分現(xiàn)實的意義，廣泛采用虛擬儀器技術有助于提高我國儀器的整體水平，節(jié)省儀器開發(fā)的人力和費用。我們有理由相信，隨著軟件業(yè)和測試技術的發(fā)展，虛擬儀器技術必將在更多、更廣的領域得到應用和普及。122振動測試分析儀器的發(fā)展振動測試技術從20世紀初發(fā)展到今天，經(jīng)幾代科學工作者的探索工作，正逐步走向完善，而測試分析儀器也在不斷發(fā)展和成熟。振動測量通常包括振動的位移、速度、加速度，噪聲的聲壓、聲強，以及激振力的測量，這些參數(shù)通常稱為動態(tài)參數(shù)。動態(tài)測量是指由傳感器測得這些非電物理量并轉(zhuǎn)換為電信號，然后經(jīng)過放大、濾波等適調(diào)環(huán)節(jié)，對信號進行適當調(diào)節(jié)，并對測量結果進行記錄、分析、顯示的全過程。因此振動測量屬于動態(tài)測量范圍，如圖11所示。振動仕目_R。_1R_1R_1R_1衛(wèi)叫傳感器H信號適調(diào)器卜叫信號采集H分析處理H結果顯示LFIG11THEBLOCKDIAGRAMOFVIBRATIONTEST圖11振動測試框圖隨著振動測試技術理論的發(fā)展和生產(chǎn)中對測試需求的與日俱增，高質(zhì)量的測試儀器、設備和現(xiàn)代化的測試方法不斷出現(xiàn)。20世紀20年代，由于汽輪發(fā)電機組等設備的發(fā)展，機械式測振儀已不能滿足要求，于是磁電式傳感器應運而生，實現(xiàn)非電量信號向電信號轉(zhuǎn)換的電測量。二次大戰(zhàn)后出現(xiàn)了壓電式傳感器，由于它具有體積小、重量輕、頻率范圍、動態(tài)量程大等特點，且既可測量振動，又可用于沖擊測量，直到今天仍在廣泛應用。近些年隨著微電子技術的發(fā)展，又出現(xiàn)了可在各種惡劣環(huán)境下使用的壓電傳感器和內(nèi)裝阻抗變換器、放大器、濾波器的集成電路式壓電傳感器【4】，簡化了測試系統(tǒng)，大大地拓寬了這種傳感器的應用范圍，提高了抗干擾能力和測量的精度。而壓阻傳感器的出現(xiàn)和使用進一步拓寬了低頻率的測量范圍，與此同時，還陸續(xù)發(fā)展了各種換能原理的傳感器和配套儀器，如變電容傳感器、光纖傳感器【5】、電渦流傳感器等，4西華大學碩十學位論文以便用于不同的場合。測試的核心內(nèi)容是對信號的分析，主要是頻譜分析，最初是以帶通濾波器為核心的模擬式分析儀器，并通過不斷改變其分析精度，至今有些仍在使用中。但由于振動信號的變化快、頻帶寬，對信號分析的精度和速度的要求不斷提高，模擬式分析儀已不能滿足要求?，F(xiàn)代動態(tài)信號分析儀的出現(xiàn)改變了這一缺陷，它采用數(shù)字化方式實現(xiàn)譜分析，其核心是離散傅立葉變換DFT，20世紀60年代中期美國的庫列JWCOOLEY和圖基JWTUKEY提出了離散傅立葉變換的快速算法快速傅立葉變換FFT68】，開辟了動態(tài)信號分析的新紀元。隨著FFT算法的提出和應用，以FFT硬件為核心的雙通道乃至多通道分析儀的廣泛使用，大大提高了分析速度，被廣泛的應用于數(shù)據(jù)處理和振動控制中。最先出現(xiàn)的多是專用的硬件式數(shù)字處理機，具有代表性的主要有日本三榮公司的7T08S、7T17S，HP公司的HP5451C、HP5423A等。目前信號分析技術的發(fā)展目標是在線實時能力的進一步提高分辨能力和精度的提高；專用機結構小型化、性能標準化、價格低廉化；在微機上采用軟、硬件結合的形式構成“虛擬儀器“。近些年來，計算機技術和計算機軟件技術迅速發(fā)展，帶動了以計算機和軟件技術為核心的虛擬儀器VI的發(fā)展，虛擬儀器技術是把計算機技術與儀器技術有機地結合起來，通過數(shù)據(jù)采集板對信號進行數(shù)字離散化采樣，再通過采集板與計算機的接口傳送到計算機上，充分利用計算機的資源由軟件完成信號的存儲、計算分析、結果顯示等功能【9】，不同的分析只需通過不同的分析軟件來實現(xiàn)，真正實現(xiàn)一機多用，而不須重復購置多種硬件設備，由于主要部分是軟件組成，因此具有開發(fā)周期短、投入少而功能又可隨意選擇的特點，在近十多年來成為測試領域的熱點，被譽為21世紀的測試儀器，成為測試儀器發(fā)展的趨勢。13課題主要研究內(nèi)容隨著社會進步，要求振動測量技術向速度化、自動化、微型化、智能化、集成化方向發(fā)展。虛擬儀器的設計思想為提高測試效率、降低測試成本，提供了有效的途徑和方法。但是縱觀國內(nèi)外虛擬儀器技術研究開發(fā)狀況，目前對振動測量的虛擬測試系統(tǒng)的研究，并對其測試系統(tǒng)的開發(fā)過程進行較為全面分析的測試儀器并不多見。本文基于振動測試的這種需要，提出了研制低成本、高兩華大學碩IL學位論文精度、便攜式的虛擬振動測試分析系統(tǒng)。本文從虛擬儀器開發(fā)的角度，首先確定系統(tǒng)的總統(tǒng)方案和硬件配置，然后從整體上確定系統(tǒng)的模塊組成，在論文的主體部分，分別論述了以STC89C52單片機為核心的數(shù)據(jù)采集卡及相應硬件設計電路，基于LABVIEW平臺下開發(fā)一個完整的虛擬振動測試系統(tǒng)軟件的各個模塊的具體設計與實現(xiàn)，對開發(fā)過程中普遍存在的問題做了一定的探討與論述。為了實現(xiàn)振動測試分析系統(tǒng)的開發(fā)，全文主要內(nèi)容如下1振動虛擬儀器的應用研究虛擬儀器是最近發(fā)展起來的一門嶄新的學科，是儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要方向。本文從虛擬儀器的基本概念出發(fā)，分別介紹組成、功能及特點以及與傳統(tǒng)儀器相比所具備的優(yōu)點等幾個方面。虛擬儀器用軟件編程替代傳統(tǒng)測量儀器的硬件電路，因此成本大大降低，介紹了用于虛擬儀器開發(fā)的集成軟件包LABVIEW，并重點介紹了LABVIEW在信號處理與分析方面的優(yōu)勢。2振動測試與分析系統(tǒng)的開發(fā)了解了虛擬儀器的概念和優(yōu)勢之后，便開始了振動測試分析應用系統(tǒng)的開發(fā)。重點介紹了自主研發(fā)的以STC89C52單片機為核心的串口通訊的數(shù)據(jù)采集模塊的硬件設計。、3虛擬振動測試分析系統(tǒng)的軟件設計確定了系統(tǒng)的硬件平臺之后，就開始了應用軟件系統(tǒng)的開發(fā)。通過比較多種虛擬儀器開發(fā)平臺，選定了以圖形化編程軟件LABVIEW。然后便通過編程，將振動測試的理論算法轉(zhuǎn)換成為LABVIEW的框圖程序。應用軟件的主要功能包括1數(shù)據(jù)采集LABVIEW與單片機串口的軟件設計。2文件管理存儲和讀取振動信號以及采樣參數(shù)數(shù)據(jù)。3信號預處理，包括數(shù)字濾波低通、高通、帶通、帶阻和加窗可選用多種窗函數(shù)，如矩形窗、哈寧窗、海明窗等。4時域分析包括統(tǒng)計特征的計算峰值、均值、方差、均方根值等以及振動信號的相關分析。5頻域分析對采集得到的數(shù)據(jù)作頻譜分析包括FFT分析、功率譜分6兩華大學碩十學位論文析等。6時頻聯(lián)合分析短時傅立葉變換STFT，可進行信號的時頻聯(lián)合分析顯示。7其他功能系統(tǒng)是開放的，用戶可以在這部分方便地擴展所需功能。西華大學碩一學位論文2虛擬儀器及LABVIEW21虛擬儀器211虛擬儀器的概念虛擬儀器本質(zhì)上是利用PC機強大的運算能力、圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立具有良好人機交互性能的虛擬儀器面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析與顯示，實現(xiàn)完全由用戶自己定義、適合不同應用環(huán)境和對象的各種功能。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是解決信號的輸入輸出問題的方法和軟件賴以生存、運行的物理環(huán)境，軟件才是整個儀器的核心構件。使用者通過調(diào)整或修改儀器的軟件，便可方便地改變和增減儀器的功能和規(guī)模，甚至改變儀器的性質(zhì)【101。傳統(tǒng)的測量儀器主要由三個功能塊組成信號的采集與控制單元、信號的分析與處理單元、結果的表達與輸出單元。由于這些功能塊基本上是由硬件或固化的軟件形式存在，儀器只能由生產(chǎn)廠家來定義、制造，因此傳統(tǒng)儀器設計復雜、靈活性差，沒有擺脫獨立使用、手動操作的模式，整個測試過程幾乎僅限于簡單地模仿人工測試的步驟，在一些較為復雜和測試參數(shù)較多的場合下，使用起來很不方便【111。上世紀八十年代末，隨著計算機科學和微電子技術的迅速發(fā)展和普及，有力地促進了多年來發(fā)展相對緩慢的儀器技術，并由此產(chǎn)生一個新型的儀器概念虛擬儀器VIRTUALINSTRUMENT，簡稱為VI。虛擬儀器是將現(xiàn)有的計算機主流技術與革新的靈活易用的軟件和高性能模塊化硬件結合在一起，建立起功能強大又靈活易變的基于計算機的測試測量與控制系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)儀器功能。它通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機的融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積。212虛擬儀器的組成虛擬儀器的構成包括硬件和軟件兩個基本要素。虛擬儀器中硬件的主要功能是獲取真實的被測信號；而軟件的作用是控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示等功能，并將其集成為儀器操作與運行的命令環(huán)境。兩華大學碩十學位論文L硬件簡介硬件是虛擬儀器工作的基礎，它的主要功能是完成對被測信號的采集、傳輸和顯示測量的結果。虛擬儀器的硬件主要是計算機和信號采集調(diào)理部件所組成，其中計算機包括微處理器、存儲器和顯示器等，它主要用來提供實時高效的數(shù)據(jù)處理性能。計算機是虛擬儀器的硬件基礎，對于工業(yè)自動控制、測試與測量而言，計算機是功能強大、價格低廉的運行平臺。由于虛擬儀器充分利用了計算機的圖形用戶界面GL，所開發(fā)的具體應用程序都基于WINDOWS運行環(huán)境，所以計算機的硬件配置必須合適。GUI對計算機的CPU運行速度、內(nèi)存大小、顯示卡性能等都有最基本的要求，一般而言要使用486以上的CPU和16M以上內(nèi)存的計算機才能獲得良好的效果。HJ唐旦；罾珈驅(qū)1L蚶，榍嘲盎幣佑L。7幅丐婀理葡R卜11裂據(jù)、圖豕笊集R叫GP田接口儀器卜叫GPIB接口卡串行口儀器PLC被計算機裝測。，。L有虛擬儀器對VALLK俯R7開發(fā)軟件象_IPXI儀器L現(xiàn)場總線FIELDCANBUS設備。I苴官計管加撕仕桁士17L丹巳。畀咿“憂T伙卜FIG21THECOMPOSINGOFVIRTUALINSTRUMENTHARDWARE圖21虛擬儀器的硬件組成虛擬儀器硬件組成有多種分類方法，既可以按照應用領域來分，也可以按照測量功能來分，但是最常用的是按照構成虛擬儀器的接口總線的不同，分為插卡式數(shù)據(jù)采集卡DAQ虛擬儀器、串行接口虛擬儀器、并行接口虛擬儀器、9西華大學碩十學位論文USB虛擬儀器、GPIB虛擬儀器、VXI虛擬儀器、PXI虛擬儀器、現(xiàn)場總線虛擬儀器等，如圖21所示L圮J。1插卡式數(shù)據(jù)采集卡DAQ虛擬儀器它是以信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡及PC機為儀器硬件平臺，采用PCI或ISA計算機本身的總線，將DAQ直接插IXPC機的相應標準的總線擴展插槽即可，因此這種虛擬儀器又FLQPCDAQPCI插卡式虛擬儀器。2串行接口虛擬儀器串行接口虛擬儀器是由SERIAL標準總線儀器及PC機為儀器硬件平臺，它包括符合RS232RS422標準的PLC和單片機系統(tǒng)。3并行接口虛擬儀器并行接口虛擬儀器把儀器硬件集成到一個采集盒內(nèi)，完成各種測量測試儀器的功能。它可以組成數(shù)字存儲示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計、數(shù)字萬用表、功率計、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。如美國LINK公司的DS州XX系列虛擬儀器。4USB虛擬儀器USB通用串行總線是被PC機廣泛采用的一種總線，它已被集成到計算機主板。USB總線能連接127個裝置，需要一對信號線及電源線。USB20標準的數(shù)據(jù)傳輸率能達至LJ480MBPS。該總線具有輕巧簡便、價格便宜、連接方便快捷的特點，現(xiàn)在已被廣泛用于寬帶數(shù)字攝像機、掃描儀、打印機及存儲設備?；赨SB總線，NI公司推出了USB6008和USB6009等幾款數(shù)據(jù)采集卡系列的虛擬儀器【L川。5GPIB虛擬儀器GPIBGENERALPURPOSEINTERFACEBUS是一種國際通用的可編程儀器接口標準，可用于可編程儀器裝置之間的互連，儀器與計算機的接口，而且可廣泛用作PC機與外設的接口。GPIB總線即IEEE叫48總線在測量儀器的自動化過程中起了重要的作用，其前身是HPIB總線，后來，IEC對它給予承認，又；IJIECIB總線。GPIB提供了LO種接口功能，數(shù)據(jù)的最高速率可達1MBYTE以上，傳輸距離通常不超過10M，連接設備最多不超過15臺。采用3線通信聯(lián)絡DAV、NRFD、NDAC的形式，保證信息準確可靠的傳遞【12】。LO西華大學碩J學伉論文6VXI虛擬儀器VXIVMEBUSEXTENSIONFORINSTRUMENTION是VME總線在儀器領域的擴展，它不僅繼承了GPIB、VME總線的優(yōu)點，集測量、計算、通信于一體，還具有高速、模塊化的優(yōu)點。與GPIB儀器相比，VXI模塊沒有前操作面板。因此，應用VXI總線組建測試系統(tǒng)必須編制虛擬的軟前面板以完成對儀器系統(tǒng)的操作控制，實現(xiàn)測試控制、數(shù)據(jù)分析、結果顯示等功能，從而設計出各種操作方便的基于圖形用戶界面GUI的集成測試系統(tǒng)。VXI系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合【】4】。7PXI虛擬儀器PXIPCIEXTENSIONFORINSTRUMENTION是PCI在儀器領域的發(fā)展，是NI公司于發(fā)布的一種新的開放性、模塊化的儀器總線規(guī)范。PXI總線方式是在PCI總線內(nèi)核技術上增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的參考時鐘，用于精確定時的星形觸發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局部總線。PXI具有高度可擴展性，可擴展至U256個擴展槽。把臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領域的擴展優(yōu)勢結合起來，將形成未來主流的虛擬儀器平臺之一【151。8現(xiàn)場總線虛擬儀器以FIELDBUS標準總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，在智能現(xiàn)場設備、自動化系統(tǒng)之間提供了一個全數(shù)字化的、雙向的、多節(jié)點的通信鏈接，常用于構建測控網(wǎng)絡。在實際應用中虛擬儀器常用兩種構成方式。一種是把帶有某種接口的各種測試設備連接到PC上，如帶有GPIB或RS232接口的測量儀表。但是，帶RS232接口的儀表可直接連接到PC上，帶GPIB口的儀表還需通過PC中內(nèi)置的GPIB接口卡才能和PC相連。另一種是直接把傳感器的輸出信號經(jīng)放大調(diào)理后送到PC內(nèi)置的專用數(shù)據(jù)采集卡，然后由軟件完成數(shù)據(jù)處理。2軟件簡介虛擬儀器技術的核心思想，就是利用計算機的軟、硬件資源，使本來需要硬件實現(xiàn)的技術軟件化虛擬化，以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)的功能與靈活性?；谲浖赩I系統(tǒng)中的重要作用，NI提出了“軟件就是儀西華大學碩上學位論文器THESOFTWAREISTHEINSTRUMENT的口掣161，并逐步提出了系統(tǒng)框架、驅(qū)動程序、VISA、軟面板、部件庫等一系列軟件標準，推動了虛擬儀器軟件標準化的進程。213虛擬儀器的優(yōu)點與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器的優(yōu)點在于1將信號的分析、顯示、存儲、打印和其它管理集中交由計算機來處理。由于充分利用計算機技術，完善了數(shù)據(jù)的傳輸、交換等性能，使得組建系統(tǒng)變得更加靈活、簡單。2強調(diào)“軟件就是儀器“，軟件在儀器中充當了以往由硬件甚至整機實現(xiàn)的角色。由于減少了許多隨時間可能漂移、需要定期校準的分立式模擬硬件，加上標準化總線的使用，使系統(tǒng)的測量精度、測量速度和可重復性都大大提高。3儀器由用戶自己定義，系統(tǒng)的功能、規(guī)模等均可通過軟件修改、增減，可方便地同外設、網(wǎng)絡及其它應用連接。虛擬儀器通過提供給用戶組建自己儀器的可重用源代碼庫，處理模塊間通訊、定時、觸發(fā)等功能，強調(diào)在通用計算機平臺的基礎上，通過軟件和軟面板，把由廠家定義的傳統(tǒng)儀器轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩糇约憾x、由計算機軟件和幾種模塊組成的專用儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式，給了用戶一個充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。4用戶可以將儀器的設計、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標準，使資源的可重復利用率提高，系統(tǒng)組建時間縮短，功能易于擴展，管理規(guī)范，軟硬件生產(chǎn)、維護和開發(fā)的費用降低。虛擬儀器既可以作為單臺數(shù)字式測試儀器使用，又可以構成較為復雜的測試系統(tǒng)，甚至通過高速計算機網(wǎng)絡構成分布式測試系統(tǒng)，進行遠程監(jiān)控及故障診斷。此外，利用基于軟件體系結構的虛擬儀器系統(tǒng)代替基于硬件體系結構的傳統(tǒng)儀器，還可以大大節(jié)省儀器購買、維護費用。傳統(tǒng)儀器的功能是由廠家定義、用戶無法改變的；而在虛擬儀器中用戶可以靈活地根據(jù)自己的需要設計自己的儀器，利用通用的儀器硬件平臺，調(diào)用不同的測試軟件就可構成不同功能的儀器。表21對虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的特點作了一個簡單的比較【17】【181。西華大學碩1二學位論文表21虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器THBLE21VIRTUALINSTRUMENTANDTRANDITIONALINSTRUMENTTRANDITIONALINSTRUMENTVIRTUALINSTRUMENTFUNCTIONDEFINEDBYFUNCTIONDEFMEDBYUSERINSTRUMENTMERCHANTCONNECTEDWITHOTHERINSTRUMENTATIONCONNECTEDWITHPERIPHERALEQUIPMENTANDEQUIPMENTLIMITEDMANYKINDSOFINSTRUMENTSCONVENIENTLYGRAPHICALINTERFACEANDINFORMATIONINTERFACEISGRAPHICAL，THECOMPUTERCONTENTISSMALL，DATAISREADDIRECTLYREADTHEDATAANDPROCESSBYMANPOWERTHEDATAAREUNABLETOEDITTHEDAMCANBEEDITED，STORED,PRINTEDTHEHARDWAREISAKEYPARTTHESOFTWAREISAKEYPARTCHEAPITISONLY15TO110OFEXPENSIVETHETRADITIONALINSTRUMENTTHEMODULEOFFUNCTIONBASEDONTHESYSTEMISCLOSED，THEFUNCTIONISCOMPUTERTECHNOLOGYCANFORMFIXED，THEEXPANSIBILITYISBADMANYKINDSOFINSTRUMENTSTECHNOLOGYINNOVATIONISSLOWTECHNOLOGYINNOVATIONISQUICKDEVELOPANDSAFEGUARDCOSTTHESTRUCTUREBASEDONSOFTWARESYSTEMCANISEXPEMSIVESAVETHEDEVELOPMENTCOSTGREATLY22LABVIEW開發(fā)平臺介紹LABVIEW是一個開放式的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)應用軟件，它為設計者提供了一個便捷、輕松的設計環(huán)境，利用它設計者可以象搭積木一樣，輕松組建一個測量系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并任意構造自己的儀器面板，而無需進行任何繁瑣的計算機程序代碼的編寫，從而可以大大簡化程序的設計。LABVIEW與VISUALC、VISUALBASIC、LABWINDOWSCVI等編程語言不同，后者采用的是基于文本語言的程序代碼，而LABVIEW則是使用圖形化程序設計語言G，用方框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。LABVIEW所運用的設備圖標與科學家、工程師們西華大學碩十學位論文習慣的大部分圖標基本一致，這使得編程過程和思維過程非常相似。用LABVIEW設計的虛擬儀器可以脫離LABVIEW開發(fā)環(huán)境，最終用戶看見的是和實際的硬件儀器相似的操作面板【191。LABVIEW包含有專門用于設計數(shù)據(jù)采集程序和儀器控制程序的功能庫和開發(fā)工具庫。LABVIEW的程序設計實質(zhì)上就是設計一個個的“虛擬儀器”，即“VIS。在計算機顯示屏幕上利用功能庫和開發(fā)工具庫產(chǎn)生一個前面板FRONTPANEL；在后臺則利用圖形化編程語言編制用于控制前面板的程序。程序的前面板具有與傳統(tǒng)儀器類似的界面，可接受用戶的鼠標指令。一般來說，每一個都可以作為其它VI的調(diào)用對象，其功能類似于文本語言的子程序。LABVIEW是帶有可擴展功能庫和子程序庫的通用程序設計系統(tǒng)。它提供了用于GPIB設備控制、VXI總線控制、串行口設備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲的應用程序模塊。LABVIEW可調(diào)用WINDOWS動態(tài)連接庫和用戶自定義的動態(tài)連接庫中的函數(shù)。LABVIEW的CIN節(jié)點使用戶可以使用由其它語言，如ANSIC，編譯的程序模塊，使LABVIEW成為一個開放的開發(fā)平臺。LABVIEW還直接支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE、結構化查詢語言SQL、TCP和UDP網(wǎng)絡協(xié)議等。此外，LABVIEW還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設置斷點，動態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，以及進行方便的調(diào)試201。LABVIEW的運行機制就宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮諾依曼計算機體系結構的執(zhí)行方式。傳統(tǒng)的計算機語言如C中的順序執(zhí)行結構在LABVIEW中被并行機制所代替從本質(zhì)上講，它是一種帶有圖形控制流結構的數(shù)據(jù)流模式，這種方式確保程序中的節(jié)點只有在獲得它的全部數(shù)據(jù)后才能執(zhí)行。也就是說，在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，它不受操作系統(tǒng)、計算機等因素的影響。LABVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動的。數(shù)據(jù)流程序設計規(guī)定，一個目標只有當它的所有輸入有效時才能執(zhí)行；而目標的輸出，只有當它的功能完全時才是有效的。這樣，LABVIEW中被連接的方框圖之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行次序，而不象文本程序受到行順序執(zhí)行的約束【LL】。從而，我們可以通過相互連接功能方框圖快速簡潔地開發(fā)應用程序，甚至還可以有多個數(shù)據(jù)通道同步運行。LABVIEW的核心是VI。VI有一個人機對話的用戶界面一前面板FRONT14兩華大學碩十學何論文PANEL和類似于源代碼功能的方框圖DIAGRAM。前面板接受來自方框圖的指令。在VI的前面板中，控件CONTROLS模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的方框圖；而指示器INDICATORS則模擬了儀器的輸出裝置并顯示由方框圖獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。當把一個控件或指示器放置到前面板上時，LABVIEW在方框圖中相應地放置了一個端口TERMINALS，這個從屬于控件或指示器的端口不能隨意刪除，只有刪除它對應的控件或指示器時它才隨之一起被刪除。用LABVIEW編制方框圖程序時，不必受常規(guī)程序設計語法細節(jié)的限制。首先，從功能菜單中選擇需要的功能方框，將之置于面板上適當?shù)奈恢?；然后用導線WIRES連接各功能方框在方框圖中的端口，用來在功能方框之間傳輸數(shù)據(jù)。這些方框包括了簡單的算術功能，高級的采集和分析VI以及用來存儲和檢索數(shù)據(jù)的文件輸入輸出功能和網(wǎng)絡功能。用LABVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的。我們可以將之用于頂層TOPLEVEL程序，也可用作其它程序或子程序的子程序。一個VI用在其它VI中，稱之為SUBVI，SUBVI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個圖標的形式出現(xiàn)的。LABVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設計的概念。用戶可以把一個應用題目分解為一系列的子任務，每個子任務還可以進一步分解成許多更低一級的子任務，直到把一個復雜的題目分解為許多子任務的組合211。首先設計SUBVI完成每個子任務，然后將之逐步組合成能夠解決最終問題的VI。歸納起來LABVIEW軟件開發(fā)平臺具有以下優(yōu)點圖形化的編程方式，設計者無需寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師的語言。提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)。既提供了傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設置斷點、單步運行，同時提供有獨到的高亮執(zhí)行工具，使程序動畫式運行，利于設計者觀察程序運行的細節(jié)，使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷。32BIT的編譯器編譯生成32BIT的編譯程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集、測試和測量方案的高速執(zhí)行。囊括了DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS232485在內(nèi)的各種儀器通信總線標準的所有功能函數(shù)，使得不懂總線標準的開發(fā)者也能夠驅(qū)動不同總線標準兩華大學碩十學位論文接口設備與儀器。提供大量與外部代碼或軟件進行連接的機制，諸如DLLS動態(tài)連接庫、DDE共享庫、ACTIVEX等強大的INTEMET功能，支持常用網(wǎng)絡協(xié)議，方便網(wǎng)絡、遠程測控儀器的開發(fā)。LABVIEW軟件開發(fā)平臺具有以下特性L開發(fā)環(huán)境斷線提示功能LABVLEW將在錯誤連線上放置錯誤標識“”，選擇連線工具，將光標定位在錯誤連線上，將顯示錯誤提示信息。自動錯誤處理LABVIEW在檢測到錯誤的時候自動中斷程序的執(zhí)行，在發(fā)生錯誤的地方高亮顯示子程序，并彈出一個錯誤對話框。自動布線用戶無須考慮兩個VI的相對位置，直接使用連線工具連接相應端口即可。數(shù)據(jù)線會自動確定最佳走線方向。條件斷點和自定義探測根據(jù)用戶指定的條件設定斷點以中斷應用操作并創(chuàng)建自定義探測動態(tài)用戶自定義事件為事件結構創(chuàng)建自定義事件類型以方便處理，而不再單純依靠界面上的用戶輸出。這樣在控制LABVIEW何時生成何種事件方面將獲得更多的靈活性。2網(wǎng)絡化特點方便獲得NET網(wǎng)絡服務帶緩沖DATASOCKET型數(shù)據(jù)保證使用DATASOCKET在應用程序之間共享數(shù)據(jù)時可以接收到所有公有數(shù)據(jù)EMAILVIS通過SMTP普通信件傳輸協(xié)議發(fā)送EMAIL，包括文件和數(shù)據(jù)3EXPRESSVLSEXPRESSVIS將多個傳統(tǒng)虛擬儀器的功能封裝到一個易用的交互式的虛擬儀16心華大學碩上學位論史器中。只要在程序框中JJN,K個EXPRESSVI，在數(shù)秒內(nèi)即可用配置對話框定義所需的功能。迅速開發(fā)常見的應用，程序框圖簡潔。代碼運行性能和以往的LABVIEW代碼相同，卻更易于維護扛”。FIG22STANDARDVICOMPAREDWITHEXPRESSVI圖22標準VI和EXPRESSVI的比較圖形化程序設計編程簡單、直觀、開發(fā)效率高。隨著虛擬儀器技術的不斷發(fā)展，圖形化的編程語言必將成為測試和控制領域內(nèi)最流行的發(fā)展趨勢。23LABVIEW的信號分析與處理模塊現(xiàn)實中數(shù)字信號無所不在。因為數(shù)字信號具有高保真、低噪聲和便于處理的優(yōu)點，所以得到了廣泛應用。目前，對于實時分析系統(tǒng)，高速浮點運算和數(shù)字信號處理已經(jīng)變得越來越重要。這些系統(tǒng)被廣泛應用到生物醫(yī)學數(shù)據(jù)處理、語音識別、數(shù)字音頻和圖像處理等各種領域。數(shù)據(jù)分析的重要性在于，由于無法從剛剛采集的數(shù)據(jù)中立刻得到有用的信息，所以必須消除噪聲干擾，糾正由設備故障而遭到破壞的數(shù)據(jù)，或者補償環(huán)境影響，如溫度和濕度等【23】。LABVIEW開發(fā)環(huán)境中提供了信號處理和數(shù)學分析模塊，可以幫助使用者從采集的數(shù)據(jù)中提取有效信息，分析測量結果和處理信號。且LABVIEW分析工具使用簡單，無需使用者去考慮復雜的底層算法。本文在信號分析與處理的運算中，主要是使用LABVIEW語言的信號分析處理予模板和數(shù)學運算子模板。下面重點介紹這兩個子模板。231SIGNALPROCESSING子模板LABVIEW的SIGNALPROCESSING子模板位于ANALYZE分析子模板中，它包含兩華大學碰士學位論文信號產(chǎn)生、時域分析、頻域分析、數(shù)字濾波器和窗函數(shù)等子選項板，如圖23所示。自磐鯛嘲鰳L倉Q|J，菇R喪礎“LL一JLFI923SIGNALPROCESSINGSUBMODULE圖23SIGNALPROCESSING子模扳各子模板的功能如下SIGNALGENERATION信號產(chǎn)生子選項板用于產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等15種仿真波形。OTIMEDOMAIN時域分析子選項板用于對信號進行時域分析，包括卷積、自相關、互相關等運算函數(shù)。OFREQUENCYDOMAIN頻域分析子選項板；用于對信號進行頻域分析，包括功率譜、FFT、FHT等運算函數(shù)。OFILTERS數(shù)字濾波器子選項板；用于對信號進行濾波處理，包括巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器、FIR、IIR等濾波器。QWINDOWS窗函數(shù)子選項板；用于對信號進行加窗處理，包括矩形窗、漢寧窗、海明窗等13種窗函數(shù)。這些子選項板提供上百種信號分析與處理函數(shù)，使得分析軟件的開發(fā)變得更加簡單。用戶不必像在普通編程語言中那樣關心分析步驟的具體細節(jié)，而可以集中注意力解決信號處理與分析方面的問題【24】。232MATHEMTICS子模板LABXLLEW在功能模板的MATHEMATICS子模板中提供了大量的數(shù)學分析函數(shù)，分別包含在LO個計算工具模塊中，MATHEMATICS子模板如圖24所示。西華大學碩士學位址文FI924MATHERA面CSSUBMODULE圖24MATHCROATICS子模板各子選項板的功能如下FORMULA公式子選項板用于輸入公式、數(shù)據(jù)，按照公式得出輸出結果。1DAND2DEVALUATION假設檢驗子選項板用于進行假設檢驗。CALCULUS微積分運算子選項板用于微分、積分等運算。PROBABIL時ANDSTATISTICS概率與統(tǒng)計子選項板用于概率和統(tǒng)計運算。CURVEFMING曲線擬合子選項板用于對數(shù)據(jù)進行曲線擬合、數(shù)值插值等。LINEARALGEBRA線性代數(shù)子選項板；用于線性矩陣運算。ARMYODERATION向量運算子選項扳用于求輸入矢量的單位向量、歸一化處理等運算。OPTIMIZATION最優(yōu)化子選項板用于求維函數(shù)的局部最小值、切比雪夫逼近準則等。ZEROS零點運算子選項板用于求解N維非線性系統(tǒng)、一維函數(shù)的所有零點等。NUMERICFUNCTIONS特殊函數(shù)子選項板根據(jù)不同的公式產(chǎn)生不同的函數(shù)。POLYNOMIAL多項式子選項模板用于多項式