【正文】 7致謝 39參考文獻 413緒論第一章 緒論 虛擬儀器的概述 隨著電子、計算機技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，這些技術(shù)已經(jīng)深入到測量領(lǐng)域中，儀器技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的變化。 虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念最早是由美國國家儀器公司（National Instruments，NI）在1986年提出的。1986年，NI公司推出了圖形化的虛擬儀器編程環(huán)境LabVIEW，標志著虛擬儀器設(shè)計軟件平臺基本成型。VI通過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(jié)合起來，大大縮小了儀器硬件的體積和成本，而且它通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲及分析處理，從而實現(xiàn)各種測量和測試[1]。構(gòu)成虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計算機硬件平臺和接口設(shè)備。計算機管理著虛擬儀器的軟，硬件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。I/O接口設(shè)備是為計算機配置的電子測量儀器硬件模塊，主要包括各種傳感器、信號調(diào)理、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）、數(shù)據(jù)采集器（DAQ）等。基于軟件在虛擬儀器系統(tǒng)中的重要作用，虛擬儀器的軟件框架包括三個部分：接口軟件，儀器驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件。接口軟件就是直接對儀器進行控制，完成對數(shù)據(jù)的讀寫操作。儀器驅(qū)動程序是連接虛擬儀器應(yīng)用軟件與接口軟件的橋梁，它的作用是為虛擬儀器應(yīng)用軟件層提供抽象的儀器操作集。應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動程序之上，直接面對操作用戶，提供了快捷，友好的操作界面以及豐富的圖形、圖表等數(shù)據(jù)顯示方式。虛擬儀器集傳統(tǒng)儀器與計算機之長，擁有PC技術(shù)的優(yōu)點。虛擬儀器的智能化程度和處理能力主要由儀器軟件水平?jīng)Q定。 2）復(fù)用性強，系統(tǒng)費用低。這些測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、系統(tǒng)費用更低。 3）可操作性強。計算機的多媒體處理能力的更多利用使儀器操作更加直觀、簡便，而且測量結(jié)果可以直接進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或者通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。VI服務(wù)器實際上就是運行了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和VI應(yīng)用的計算機，服務(wù)器收到請求運行相應(yīng)的VI，并將結(jié)果返回到客戶機。 虛擬儀器的崛起標志著測試儀器技術(shù)的革命性飛躍，是儀器領(lǐng)域嶄新的里程碑。虛擬儀器在我國的研究開發(fā)有著非常重大的意義，廣泛采用虛擬儀器技術(shù)有助于提升我國儀器的整體水平，節(jié)省人力物力。 LabVIEW的概述 什么是LabVIEW LabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的縮寫，是一款使用圖形符號來編寫程序的編程環(huán)境。LabVIEW它不僅是一款編程語言，還是科學(xué)家和工程師等設(shè)計的一種編程開發(fā)環(huán)境和運行系統(tǒng)，編程只占據(jù)這些人員工作的一部分。5緒論使用LabVIEW功能強大的圖形編程語言能夠提高編程效率，這種語言叫做G語言，即圖形編程語言。因為LabVIEW是專為測量、數(shù)據(jù)分析并提交結(jié)果而設(shè)計的，且LabVIEW擁有如此功能眾多的圖形用戶界面又易于編程，使得它對于仿真、結(jié)果顯示、通用編程，甚至學(xué)習(xí)基本編程概念也同樣是很理想的語言。用戶界面在LabVIEW里面稱為前面板。 LabVIEW的特點及功能LabVIEW是一種圖形化編程語言，它已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)界、學(xué)術(shù)界，稱為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。而且它還擁有便與應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)，LabVIEW功能強大且靈活。G語言也就是圖形化的程序語言，使用G語言編程時，流程圖基本取代了程序代碼。它可以增強用戶構(gòu)建自己系統(tǒng)的能力，提供實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的快捷途徑。LabVIEW提供的交互式的圖形化開發(fā)環(huán)境是開發(fā)者可以用簡單的操作獲得復(fù)雜的功能。開發(fā)者可以通過各種交互式的控件、對話框、函數(shù)模塊、菜單進行編程。2）采用數(shù)據(jù)流模型，實現(xiàn)了自動的多線程，從而能充分利用處理器（尤其是多處理器）的處理能力。4）通過DLL、CIN節(jié)點、ActiveX、.NET或MATLAB腳本節(jié)點等技術(shù)，能夠輕松實現(xiàn)LabVIEW與其他編程語言的混合編程。 6）通過應(yīng)用程序生成器可以輕松地發(fā)布可執(zhí)行程序、動態(tài)鏈接庫或安裝包。 8）NI同時提供了豐富的附加模塊，用于擴展LabVIEW在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如實時模塊、PDA模塊、數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控（DSC）模塊、機器視覺模塊與觸摸屏模塊。然后介紹了LabVIEW基本概念、特點、功能、應(yīng)用和它的優(yōu)勢所在。7第二章分析控制界面總體結(jié)構(gòu)設(shè)計第二章 數(shù)據(jù)分析控制界面總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 界面設(shè)計原則界面設(shè)計不像數(shù)學(xué)運算那樣有明確的公式可循，界面設(shè)計本身就是一個關(guān)于藝術(shù)設(shè)計的美感問題。一般在界面設(shè)計時遵循如下原則：[4]1） 界面設(shè)計要符合人們的習(xí)慣設(shè)計界面符合人們的習(xí)慣，這樣當軟件交到用戶手里，用戶可以根據(jù)本身已有的經(jīng)驗與知識對新軟件進行快速的掌握。重要和常用的控件放在界面顯眼的位置。按閱讀習(xí)慣布局控件。3） 界面配色要適當適當?shù)慕缑媾渖梢越o人賞心悅目的感覺，但要注意界面的顏色不宜過多，一般在三種顏色左右比較合適。本文設(shè)計的數(shù)據(jù)分析控制界面包含一共包含四個個模塊，分別是數(shù)據(jù)操作、FFT變換、濾波處理、chirp信號分析。我們需要創(chuàng)建四個事件結(jié)構(gòu)，每個事件結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個按鈕的單擊事件。：15第三章數(shù)據(jù)操作模塊的設(shè)計第三章 數(shù)據(jù)操作模塊的設(shè)計 運用LabVIEW編寫程序的過程中，我們經(jīng)常需要存儲數(shù)據(jù)或讀取數(shù)據(jù)，這就需要有文件的I/O過程。 絕對路徑與相對路徑 文件路徑分為絕對路徑和相對路徑。LabVIEW中，路徑可以是有效的路徑名、空值或非路徑。 句柄是一種標識符，文件引用句柄是LabVIEW區(qū)分文件的一種標識符，用于對文件進行操作。文件引用句柄包含文件的位置、大小和讀寫權(quán)限等信息。流盤操作可以減少函數(shù)因打開和關(guān)閉文件而產(chǎn)生的與操作系統(tǒng)交互的次數(shù)，從而節(jié)省內(nèi)存資源。如果將路徑控件或常量連接至寫入文本文件函數(shù)，寫入二進制文件函數(shù)或?qū)懭腚娮颖砀裎募瘮?shù)，則函數(shù)將在每次運行VI時打開、關(guān)閉文件，增加了系統(tǒng)占用。為獲取更好的效果，在采集結(jié)束前應(yīng)避免運行其他VI和函數(shù)（如顯示VI和函數(shù)等）。此時，只有讀寫操作在循環(huán)內(nèi)部進行，從而避免產(chǎn)生重復(fù)打開、關(guān)閉文件的系統(tǒng)占用。LabVIEW提供了豐富的文件類型用于滿足用戶對存儲格式的需求，常用的文件類型有以下幾種。使用LabVIEW提供的電子表格函數(shù)可以方便地實現(xiàn)表格的生成和讀寫操作。： 本模塊實現(xiàn)的功能是LabVIEW讀取已保存的文本文件數(shù)據(jù)，生成波形和柱狀圖，然后對波形進行分析，得到信號的基本參數(shù)。 隨機高斯序列的生成與保存程序代碼如下y=randn(1,2500)。 y=ymean(y)。 b=sqrt()。就得到了N(,)的高斯序列，： LabVIEW的數(shù)據(jù)讀取1） 前面板設(shè)計 放置數(shù)值控件、布爾控件、數(shù)組控件及圖形控件。：2） 程序框圖設(shè)計 ：其中的子VI為數(shù)據(jù)讀取操作，：3） 運行程序 運行程序，觀察到生成的高斯序列波形和其柱狀圖，觀察到波形算術(shù)平均值、方差、采樣點數(shù)以及不同幅值的點數(shù)分布情況。另一方面，DFT的多種快速算法使信號的實時處理的設(shè)備的簡化得以實現(xiàn)，因此，時域離散系統(tǒng)的研究與應(yīng)用代替了傳統(tǒng)的連續(xù)時間系統(tǒng)。 設(shè)是長度為Ｍ的有限長序列，其Ｎ點離散傅里葉變換定義為： ， k=0，1,2，...，N1的離散傅里葉逆變換IDFT（Inverse Discrete Fourier Transform，簡稱IDFT）為 ， n=0,1,2，...，N1 式中， ,N稱為DFT變換區(qū)間長度，N≧M。此處主要介紹DFT計算卷積和相關(guān)系數(shù)的基本原理以及DFT對連續(xù)信號和序列進行譜分析等基本的應(yīng)用。假設(shè)和都是有限長序列，長度分別是N和M。的長度為N+M1，所以只有當循環(huán)卷積長度時，以L為周期進行周期延拓才沒有混疊現(xiàn)象。由此證明了循環(huán)卷積等于線性卷積的條件是。計算機不方便對連續(xù)信號與系統(tǒng)的傅里葉分析進行計算，而DFT是一種時域和頻域均離散化的變換，非常適合計算機進行數(shù)值運算，因此DFT在分析離散信號和系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用。實際經(jīng)常遇到的連續(xù)信號如圖像、聲音、電壓、電流等，其頻譜函數(shù)也是連續(xù)函數(shù)。是的傅里葉變換在頻率區(qū)間上的N點等間隔采樣，其中的數(shù)字域頻域采樣間隔為，對應(yīng)的模擬頻域采樣間隔為,F也定義為頻率分辨率。采樣就是模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號的過程，根據(jù)采樣定理，采樣頻率必須大于2倍信號中最高頻率成分才能保證采樣以后信號頻譜形狀不失真。 FFT的主要應(yīng)用作為一種分析信號的方法，它不僅可以分析信號成分，同時也可以利用這些成分合成信號，信號的成分可以是各種各樣的波形，例如方波、正弦波等，由此傅里葉變換的應(yīng)用主要有以下幾個方面：1） 語音信號處理 我們對對語音信號進行FFT變換，將其從時域變換到頻域，這樣可以更加直觀地觀察到它的頻譜分布、寬度等信息，同時也有利于接下來設(shè)計各種濾波器、編碼及識別方式、調(diào)制模式。2）圖像處理 FFT在圖像處理中的應(yīng)用主要包括圖像保存、圖像濾波、圖像增強和圖像復(fù)原四個方面。因此我們可以利用FFT將一幅圖像以一