利用LabVIEW實現(xiàn)信號處理

1、無利用利用 LabVIEW 實現(xiàn)信號處理實現(xiàn)信號處理摘要摘要信號處理幾乎涉及到所有的工程技術(shù)領(lǐng)域，而頻譜分析正是信號處理中的一個非常重要的分析手段。一般的頻譜分析都依靠傳統(tǒng)頻譜分析儀來完成，價格昂貴，體積龐大，不便于工程技術(shù)人員攜帶。而基于 LabVIEW 設(shè)計的虛擬頻譜分析儀，用軟件代替硬件，價格低，便于工程技術(shù)人員完成現(xiàn)場信號的采集、處理及頻譜分析。現(xiàn)今最有代表性的圖形化編輯軟件LabVIEW，用之模擬從 DAQ 板卡中采集到一路帶有均勻白噪聲的正弦信號， 顯示其波形， 并分析、 顯示其幅頻特性曲線以及相頻特性曲線。另外本文還根據(jù) LabVIEW 中的子程序，實現(xiàn)了語音信號的錄音與播放。關(guān)

2、鍵詞關(guān)鍵詞虛擬儀器 數(shù)據(jù)采集總線LabVIEW1.11.1 LabVIEWLabVIEW 簡介簡介LabVIEW (laboratory virtual instrument engineering wokbench實驗室虛擬儀器工程平臺)的概念,是直觀的前面板與流程圖式的編程方法的結(jié)合,是構(gòu)建虛擬儀器的理想工具。LabVIEW 和儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析、顯示部分一起協(xié)調(diào)工作, 是簡化了而又更易于使用的基于圖形化編程語言 G 的開發(fā)環(huán)境。LabVIEW集成了很多儀器硬件庫,如GPIB/VXI/PXI/基于計算機(jī)的儀器、 RS232/485協(xié)議、插入式數(shù)據(jù)采集、模擬/數(shù)字/計數(shù)器/、信號調(diào)理、

3、分布式數(shù)據(jù)采集、圖像獲取和機(jī)器視覺、運動控制、PLC/數(shù)據(jù)日志等。與傳統(tǒng)的編程方式相比,使用 LabVIEW 設(shè)計虛擬儀器,可以提高效率 410 倍。同時,利用其模塊化和遞歸方式,用戶可以在很短的時間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計和更改自己的虛擬儀器系統(tǒng)。1.21.2用用 LabVIEWLabVIEW 設(shè)計虛擬儀器的步驟設(shè)計虛擬儀器的步驟LabVIEW 編程一般要經(jīng)過以下幾個步驟。1、總體設(shè)計：根據(jù)用戶需求，進(jìn)行 VI 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定面板布局與程序流程，并保證所使用的虛擬儀器硬件在 LabVIEW 函數(shù)庫中有相應(yīng)的驅(qū)動程序。2、前面板設(shè)計：在 LabVIEW 的前面板編輯窗口內(nèi)，利用工具模板和控件模板進(jìn)行

4、VI前面板的設(shè)計。3、方框圖編程：在 LabVIEW 的方框圖編輯窗口內(nèi)，利用工具模板和函數(shù)模板進(jìn)行方框無圖編程。4、程序調(diào)試：單擊前面板編輯窗口或方框圖編輯窗口工具條中的運行按鈕，執(zhí)行 VI程序；同時可利用 LabVIEW 工具模板中的斷點工具和探針工具調(diào)試縮編程序。2.12.1 LabVIEWLabVIEW 與信號處理與信號處理信號處理是 LabVIEW 的一個重要組成部分它提供了大量的信號處理庫函數(shù)，即 VI，從信號的生成或采集，進(jìn)行 FFT 變換，到作各種譜分析等都有現(xiàn)成的 VI 調(diào)用，對于通用信號的分析或精度要求不高時，利用其現(xiàn)成的 VI 就已經(jīng)能夠滿足要求。但當(dāng)用于處理復(fù)雜信號時，

5、 其精度遠(yuǎn)達(dá)不到要求。 LabVIEW 是一比較開放的編程環(huán)境， 它提供了代碼接口節(jié)點 （CIN）和調(diào)用庫函數(shù)（CLF）等功能，方便了用戶直接調(diào)用由其它語言編成的可執(zhí)行程序。結(jié)合工程實際，編制了信號處理頻譜校正的部分程序。利用 LabVIEW 的 CIN 接點功能，加入頻譜校正三種新方法，大幅度提高了處理復(fù)雜信號的精度，使其完全滿足工程分析需要。2.22.2 利用利用 LabVIEW 實現(xiàn)信號處理的目的意義實現(xiàn)信號處理的目的意義信號處理，作為對信號的分析、解釋和操作，是幾乎各類工程應(yīng)用中的基本需求。借助LabVIEW 軟件完整的分析功能，無需浪費時間移動不相容工具之間的數(shù)據(jù)，無需編寫自己的分析

6、規(guī)程，就能處理各類信號。想在屏幕上查看數(shù)據(jù)，單憑數(shù)據(jù)的采集和處理往往是不夠的。 您有時需要保存采集的數(shù)據(jù)以備今后參考； 在硬盤和數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)百或數(shù)千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)也并不稀奇。 應(yīng)用程序運行了一次乃至上百次后， 用戶繼而可以提取信息以便作出決定、比較結(jié)果、對過程做適當(dāng)?shù)男薷?，直到獲得滿意的結(jié)果。盲目存儲所有采集的數(shù)據(jù)，使累積大量數(shù)據(jù)相對容易，以至其變得無法管理。借助快速數(shù)據(jù)采集卡和足量的通道數(shù)，只需數(shù)毫秒就能獲取數(shù)千個值NI PCI-6115 S 系列數(shù)據(jù)采集(DAQ)卡每秒采集超過 57 MB 的原始數(shù)據(jù)。搞清所有數(shù)據(jù)的意義并不是一項瑣碎的任務(wù)。工程師和科學(xué)家一般會提出報告，創(chuàng)建圖形，并最終用

7、經(jīng)驗數(shù)據(jù)來證實任何評估和結(jié)論。缺乏正確的工具，任務(wù)艱巨的同時，還導(dǎo)致效率下降。借助 LabVIEW，在將數(shù)據(jù)存儲到磁盤前，可先輕松執(zhí)行重要的數(shù)據(jù)壓縮和規(guī)范化，這樣在提取已保存的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析或預(yù)覽時，就顯得更容易。重采樣、平均和數(shù)學(xué)變換，如：快速傅立葉變換(FFT)，可將大量原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為更有用的結(jié)果以便記錄和今后參考。有別于僅為數(shù)據(jù)采集或信號處理設(shè)計的軟件開發(fā)工具，LabVIEW 從開發(fā)時就提供完全集成的解決方案，幫助用戶在單一環(huán)境中同時采集并分析數(shù)據(jù)。2.32.3 帶有白噪聲的正弦信號分析帶有白噪聲的正弦信號分析本節(jié)采用 LabVIEW 編寫一個 VI 程序，模仿從 DAQ 板中采集一信

8、號，假設(shè)該信號為帶有均勻白噪聲的正弦信號，其中正弦信號的幅度值為 1V，白噪聲信號的峰值為 0.2V。從 DAQ無板卡中采集信號后， 采用傳統(tǒng)示波器的思想顯示其波形， 并對其進(jìn)行幅頻特性分析以及相頻特性分析， 并顯示幅頻特性曲線以及相頻特性曲線。 本設(shè)計還對輸入信號的峰峰值進(jìn)行測量并顯示，并將信號的峰峰值保存到.lvm 文件（可用 word 或 excel 打開） ，當(dāng)信號的峰峰值超過 2.2V 時，用 LED 報警。VI 的前面板如下：圖 21 正弦信號分析程序前面板上圖中，第一個圖表顯示帶有白噪聲的正弦信號，第二個圖表對信號進(jìn)行 FFT 分析，顯示其幅頻特性曲線，第三個圖形為相頻特性曲線。

9、程序流程圖如下：圖 22 正弦信號分析程序框圖無2.42.4 簡單錄音器與播放器的制作簡單錄音器與播放器的制作LabVIEW 為程序設(shè)計者提供了一系列的子 VI，本部分主要利用音頻信號處理的子 VI，包括 SI config、SI start、SI read、SI write 等，設(shè)計了一個簡單的音頻信號播放器以及錄音器，前面板如圖 23 所示：圖 23 錄音器與播放器前面板圖 23 中，最上邊的一排播放控制控件，前三個為錄音控件，分別為 record（錄音） 、pause（暫停） 、stop（停止） ；后五個為放音播放控件，依次為 open（打開文件） 、play（播放） 、pause（暫停） 、stop（停止） 、quit（放棄） 。圖 23 的三個顯示面板自左向右，第一個為面板顯示播放文件的信息， 其余兩個分別顯示錄音文件以及放音文件的波形。 程序流程如圖 24 所示。圖 24 錄音器與播放器程序框圖3 3 LabVIEWLabVIEW 實現(xiàn)信號處理結(jié)果和結(jié)論實現(xiàn)信號處理結(jié)果和結(jié)論虛擬儀器技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用實現(xiàn)了信號的實時處理， 簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)， 增強(qiáng)了儀器功能，使檢測結(jié)果更精確、更可靠。它將現(xiàn)有的計算機(jī)主流技術(shù)新的靈活易用的軟件和高性能模塊化硬件結(jié)合在一起建立起功能強(qiáng)大又靈活易變的基于計算機(jī)測試測量與控制系統(tǒng)無來代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的功能。在虛擬儀器中硬件不是系統(tǒng)的