【文章內(nèi)容簡介】 序，用數(shù)據(jù)流編程方法描述程序的執(zhí)行，用圖標(biāo)和連線代替文本的形式編寫程序，為虛擬儀器設(shè)計(jì)者提供了便捷輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境，設(shè)計(jì)者利用它可以像搭積木一樣，輕松組建一個測試系統(tǒng)以及構(gòu)造自己的儀器面板，而無需進(jìn)行任何煩瑣的程序代碼編寫。使用LabVIEW開發(fā)平臺編制的虛擬儀器程序VI包括三個部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器。程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，生成模仿傳統(tǒng)儀器的控制面板。每一個程序前面板都對應(yīng)著一段框圖程序?？驁D程序用LabVIEW圖形編程語言編寫，類似傳統(tǒng)程序的源代碼。圖標(biāo)/連接器是子程序SubVI被其它VI調(diào)用的接口。LabVIEW采用的是自上向下的模塊化編程方法，所生成的各個子程序有利于主程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)計(jì)方法可大大減小虛擬儀器開發(fā)的難度，利于儀器開發(fā)人員之間的分工協(xié)作。虛擬儀器由通用儀器硬件平臺和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。硬件平臺完成被測信號調(diào)理與信號采集，即獲取被測信號。硬件部分主要包括傳感器、信號調(diào)理電路及數(shù)據(jù)采集卡。而傳感器和信號調(diào)理電路針對不同的測試對象有不同的選擇和設(shè)計(jì)。目前較常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PCDAQ系統(tǒng)）、GPIB儀器測試系統(tǒng)、VXI儀器測試系統(tǒng)。 LabVIEW的主要窗口前面板前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制（control）和顯示對象（indicator）。圖3－2所示是一個隨機(jī)信號發(fā)生和顯示的簡單VI是它的前面板，上面有一個顯示對象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)數(shù)。還有一個控制對象——開關(guān)，可以啟動和停止工作。顯然，并非簡單地畫兩個控件就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個與之配套的流程圖?？刂茖ο?輸入)顯示對象(輸出)圖3－2　隨機(jī)信號發(fā)生器的前面板流程圖流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。圖3－3是與圖2對應(yīng)的流程圖。我們可以看到流程圖中包括了前面板上的開關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器的連線端子，還有一個隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機(jī)信號送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下去，設(shè)置了一個While Loop循環(huán)，由開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。函數(shù)：隨機(jī)數(shù)發(fā)生器結(jié)構(gòu)：循環(huán)與前面板控件對應(yīng)的連線端子與前面板控件對應(yīng)的連線端子圖3－3　隨機(jī)信號發(fā)生器的流程圖如果將VI與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，使用VI可以仿真標(biāo)準(zhǔn)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無幾。圖標(biāo)/連接器VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個VI可以作為子程序，這里稱為子VI（subVI），被其他VI調(diào)用。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù)，詳細(xì)情況稍后介紹。數(shù)據(jù)采集模塊是虛擬信號發(fā)生器的軟件的核心，主要完成數(shù)據(jù)采集的控制，包括觸發(fā)控制、通道控制、時基控制等。其中，觸發(fā)控制包括觸發(fā)模式、觸發(fā)斜坡和觸發(fā)電平控制，通道控制主要控制哪一通道進(jìn)行測量和頻譜分析，時基控制主要控制采集卡掃描率、每一通道掃描次數(shù)(取樣數(shù))，多功能虛擬信號發(fā)生器采用的數(shù)據(jù)采集卡PCI－6024E，它支持DMA方式和雙緩沖區(qū)模式，保證了實(shí)時信號不間斷采集與存儲。這種數(shù)據(jù)采集卡支持單極性和雙極性模擬信號輸入，采樣速率可達(dá)200kb/s，信號輸入范圍分別為－5～＋5V和10V～10V。提供16路單端／8路差動模擬輸入通道、2路獨(dú)立的DA輸出通道、8位24線的TTL型數(shù)字I／O、2個24位20MHz的定時計(jì)數(shù)器，4個模擬輸入范圍等多種功能。該數(shù)據(jù)采集卡支持的操作系統(tǒng)有Windows2000/NT/XP/Me/9x、Linux等。使用的軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI等。這些功能使得用戶不僅可以用該卡設(shè)計(jì)信號發(fā)生器，還可以使用該卡設(shè)計(jì)數(shù)字萬用表、波形發(fā)生器、邏輯分析儀等，做到一卡多用，為系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)充保留余地。 LabVIEW中信號處理與分析數(shù)字信號在我們周圍無所不在。因?yàn)閿?shù)字信號具有高保真、低噪聲和便于信號處理的優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛的應(yīng)用，例如電話公司使用數(shù)字信號傳輸語音，廣播、電視和高保真音響系統(tǒng)也都在逐漸數(shù)字化。太空中的衛(wèi)星將測得數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的形式發(fā)送到地面接收站。對遙遠(yuǎn)星球和外部空間拍攝的照片也是采用數(shù)字方法處理，去除干擾，獲得有用的信息。經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、人口普查結(jié)果、股票市場價格都可以采用數(shù)字信號的形式獲得。因?yàn)閿?shù)字信號處理具有這么多優(yōu)點(diǎn)，在用計(jì)算機(jī)對模擬信號進(jìn)行處理之前也常把它們先轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。本章將介紹數(shù)字信號處理的基本知識，并介紹由上百個數(shù)字信號處理和分析的VI構(gòu)成的LabVIEW分析軟件庫。 目前，對于實(shí)時分析系統(tǒng)，高速浮點(diǎn)運(yùn)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(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)處理、語音識別、數(shù)字音頻和圖像處理等各種領(lǐng)域。數(shù)據(jù)分析的重要性在于，無法從剛剛采集的數(shù)據(jù)立刻得到有用的信息，如下圖所示。必須消除噪音干擾、糾正設(shè)備故障而破壞的數(shù)據(jù)，或者補(bǔ)償環(huán)境影響，如溫度和濕度等。 表3－1通過分析和處理數(shù)字信號，可以從噪聲中分離出有用的信息，并用比原始數(shù)據(jù)更全面的表格顯示這些信息。下圖顯示的是經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)曲線。表3－2用于測量的虛擬儀器(VI)用于測量的虛擬儀器(VI)執(zhí)行的典型的測量任務(wù)有：l 計(jì)算信號中存在的總的諧波失真。l 決定系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)或傳遞函數(shù)。l 估計(jì)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)，例如上升時間、超調(diào)量等等。l 計(jì)算信號的幅頻特性和相頻特性。l 估計(jì)信號中含有的交流成分和直流成分。在過去，這些計(jì)算工作需要通過特定的實(shí)驗(yàn)工作臺來進(jìn)行，而用于測量的虛擬儀器可以使這些測量工作通過LabVIEW程序語言在臺式機(jī)上進(jìn)行。這些用于測量的虛擬儀器是建立在數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理的基礎(chǔ)之上，有如下的特性：l 輸入的時域信號被假定為實(shí)數(shù)值。l 輸出數(shù)據(jù)中包含大小、相位，并且用合適的單位進(jìn)行了刻度，可用來直接進(jìn)行圖形的繪制。l 計(jì)算出來的頻譜是單邊的（single_sided），范圍從直流分量到Nyquist頻率(二分之一取樣頻率)。（即沒有負(fù)頻率出現(xiàn)）l 需要時可以使用窗函數(shù)，窗是經(jīng)過刻度地，因此每個窗提供相同的頻譜幅度峰值，可以精確地限制信號的幅值。一般情況下，可以將數(shù)據(jù)采集VI的輸出直接連接到測量VI的輸入端。測量VI的輸出又可以連接到繪圖VI以得到可視的顯示。 有些測量VI用來進(jìn)行時域到頻域的轉(zhuǎn)換，例如計(jì)算幅頻特性和相頻特性、功率譜、網(wǎng)路的傳遞函數(shù)等等。另一些測量VI可以刻度時域窗和對功率和頻率進(jìn)行估算。 本章將介紹測量VI中常用的一些數(shù)字信號處理函數(shù)。LabVIEW的流程圖編程方法和分析VI庫的擴(kuò)展工具箱使得分析軟件的開發(fā)變得更加簡單。LabVIEW 分析VI通過一些可以互相連接的VI，提供了最先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)。你不必像在普通編程語言中那樣關(guān)心分析步驟的具體細(xì)節(jié)，而可以集中注意力解決信號處理與分析方面的問題。LabVIEW 6i版本中，有兩個子模板涉及信號處理和數(shù)學(xué)，分別是Analyze子模板和Methematics子模板。這里主要涉及前者。進(jìn)入Functions模板Analyze Signal Processing子模板。圖3－4其中共有6個分析VI庫。其中包括：①．Signal Generation（信號發(fā)生）：用于產(chǎn)生數(shù)字特性曲線和波形。②．Time Domain（時域分析）：用于進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換、頻域分析等。③．Frequency Domain（頻域分析）：④．Measurement（測量函數(shù)）：用于執(zhí)行各種測量功能，例如單邊FFT、 頻譜、比例加窗以及泄漏頻譜、能量的估算。⑤．Digital Filters（數(shù)字濾波器）：用于執(zhí)行IIR、FIR 和非線性濾波功能。⑥．Windowing（窗函數(shù)）：用于對數(shù)據(jù)加窗。在后面幾節(jié)中，你將學(xué)習(xí)如何使用分析庫中的VI創(chuàng)建函數(shù)發(fā)生器和簡單實(shí)用的頻譜分析儀，如何使用數(shù)字濾波器，窗函數(shù)的作用以及不同類型窗函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，怎樣執(zhí)行簡單的曲線擬合功能，以及其他一些內(nèi)容?？梢栽趌abview\examples\analysis 目錄中找到一些演示程序。3．4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成圖3－5　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上圖表示了數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)