【正文】 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。下圖顯示的是經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)曲線。? 決定系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)或傳遞函數(shù)。? 計(jì)算信號(hào)的幅頻特性和相頻特性。在過去，這些計(jì)算工作需要通過特定的實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)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(tái)式機(jī)上進(jìn)行。? 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。 （即沒有負(fù)頻率出現(xiàn)）? 需要時(shí)可以使用窗函數(shù)，窗是經(jīng)過刻度地，因此每個(gè)窗提供相同的頻譜幅度峰值，可以精確地限制信號(hào)的幅值。測量 VI 的輸出又可以連接到繪圖 VI 以得到可視的顯示。另一些測量 VI 可以刻度時(shí)域窗和對功率和頻率進(jìn)行估算。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。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(hào)處理與分析方面的問題。這里主要涉及前者。圖 3－4其中共有 6 個(gè)分析 VI 庫。②．Time Domain（時(shí)域分析）：用于進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換、頻域分析等。⑤．Digital Filters（數(shù)字濾波器）：用于執(zhí)行 IIR、FIR 和非線性濾波功能。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。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)。需要注意的兩個(gè)問題是：是否使用 Buffer？是否使用外觸發(fā)啟動(dòng)、停止或同步一個(gè)操作。例如，你需要采集每秒采集幾千個(gè)數(shù)據(jù)，在一秒內(nèi)顯示或圖形化所有數(shù)據(jù)是困難的。需要注意的是 Buffer與采集操作的速度及容量有關(guān)。不使用 Buffer 意味著對所采集的每一個(gè)數(shù)據(jù)你都必須及時(shí)處理（圖形化、分析等） ，因?yàn)檫@里沒有一個(gè)場合可以保持你著手處理的數(shù)據(jù)之前的若干數(shù)據(jù)點(diǎn)。? 需要連續(xù)采集或產(chǎn)生 AC 數(shù)據(jù)（10 樣本／秒） ，并且要同時(shí)分析或顯示某些數(shù)據(jù)。下列情況可以不使用Buffer I/O：? 數(shù)據(jù)組短小，例如每秒只從兩個(gè)通道之一采集一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18第 4 章 虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 虛擬信號(hào)發(fā)生器創(chuàng)建過程 軟件設(shè)計(jì)方案信號(hào)產(chǎn)生的應(yīng)用主要有：? 當(dāng)無法獲得實(shí)際信號(hào)時(shí)， （例如沒有 DAQ 板卡來獲得實(shí)際信號(hào)或者受限制無法訪問實(shí)際信號(hào)） ，信號(hào)發(fā)生功能可以產(chǎn)生模擬信號(hào)測試程序。以WaveformWaveform Generation 中的基本函數(shù)發(fā)生器（Basic Function ）為例，其圖標(biāo)如下：圖 4－6其功能是建立一個(gè)輸出波形，該波形類型有：正弦波、三角波、鋸齒波和方波。它的輸入?yún)?shù)有波形類型、樣本數(shù)、起始相位、波形頻率（單位：Hz）參數(shù)說明：offset：波形的直流偏移量，缺省值為 。缺省值為FALSE.signal type： 產(chǎn)生的波形的類型，缺省值為正弦波。amplitude ：波形幅值，也稱為峰值電壓，缺省值為 。缺省值為 no error. 如果一個(gè)錯(cuò)誤已經(jīng)發(fā)生，該 VI 在 error out 端返回錯(cuò)誤代碼。 錯(cuò)誤簇包含如下參數(shù)。code ：錯(cuò)誤代碼，缺省值為 0。sampling info ：一個(gè)包括采樣信息的簇。Fs ：采樣率，單位是樣本數(shù)/秒，缺省值為 1000。duty cycle (%)：占空比，對方波信號(hào)是反映一個(gè)周期內(nèi)高低電平所占的比例，缺省值為 50%。error out ：錯(cuò)誤信息。否則，它描述該 VI 引起的錯(cuò)誤狀態(tài)。圖 4－7XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20圖 4－84．1．2 標(biāo)準(zhǔn)頻率在模擬狀態(tài)下，信號(hào)頻率用 Hz 或者每秒周期數(shù)為單位。有些信號(hào)發(fā)生 VI 使用輸入頻率控制量 f，它的單位和標(biāo)準(zhǔn)頻率的單位相同：周期數(shù)/每個(gè)采樣點(diǎn)，范圍從 0 到 1，對應(yīng)實(shí)際頻率中的 0 到采樣頻率 fs 的全部頻率。例如某個(gè)信號(hào)的采樣頻率是奈奎斯特頻率（fs/2） ，就表示每半個(gè)周期采樣一次（也就是每個(gè)周期采樣兩次） 。標(biāo)準(zhǔn)頻率的倒數(shù) 1/f 表示一個(gè)周期內(nèi)采樣的次數(shù)。4． 2 數(shù)字信號(hào)處理信號(hào)的時(shí)域顯示（采樣點(diǎn)的幅值）可以通過離散傅立葉變換（DFT）的方法轉(zhuǎn)換為頻域顯示。當(dāng)信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)是 2 的冪時(shí)，就可以采用這種方法。通過只使用一半FFT 輸出采樣點(diǎn)轉(zhuǎn)換成單邊 FFT。Analyze 庫中有兩個(gè)可以進(jìn)行 FFT 的 VI，分別是 Real FFT VI 和 Complex FFT VI。它們的輸出都是復(fù)數(shù)。當(dāng)然也可以通過設(shè)置信號(hào)的虛部為 0，使用 Complex FFT VI 。這種信號(hào)通常出現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信中，因?yàn)檫@時(shí)需要用復(fù)指數(shù)調(diào)制波形。高級(jí)分析庫中 Power Spectrum VI 可以自動(dòng)計(jì)算能量頻譜。但是能量頻譜不能提供任何相位信息。FFT 提供了信號(hào)在整個(gè)采樣期間的平均頻率信息。圖 4－9XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）222．流程圖中的 Array Size 函數(shù)用來根據(jù)樣本數(shù)轉(zhuǎn)換 FFT 的輸出，得到頻率分量的正確幅值。4．選擇頻率（Hz）=10 ，采樣率 = 100，樣本數(shù)= 100。注意這時(shí)的時(shí)域圖和頻譜圖。 （如果把頻率改成 5，那么就會(huì)顯示 5 個(gè)周期）圖 4－105．檢查頻譜圖可以看到有兩個(gè)波峰，一個(gè)位于 10Hz,另一個(gè)位于90Hz，90Hz 處的波峰實(shí)際上是 10Hz 處的波峰的負(fù)值。6．先后令頻率=20（Hz ） ，執(zhí)行該 VI。觀察頻率等于 10 和 20 時(shí)的時(shí)域波形。7．因?yàn)?fs = 100 Hz，所有只能采樣頻率低于 50Hz 的信號(hào)（奈奎斯特頻率＝fs/2） 。 48 Hz。因?yàn)?52 大于奈奎斯特頻率，所以混頻偏差等于|100 – 52| = 48 Hz。觀察這兩種情況下圖形是否相同，并解釋原因。上面已經(jīng)知道因?yàn)?FFT 含有正負(fù)頻率的信息，所XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23以可以 FFT 具有重復(fù)信息。這樣的方法叫做單邊 FFT。注意要把正頻分量的幅值乘以 2 才能得到正確的幅值。 （若程序中考慮含直流分量的情況，應(yīng)當(dāng)增加一個(gè)分支或 case 結(jié)構(gòu)。12．保存該 VI 為 LabVIEW\Activity 目錄下的 。 軟面板的設(shè)計(jì)　 儀器面板和參數(shù)設(shè)置前面板是用戶接口，即交互式界面，用于用戶輸入各種控制參數(shù)、觀察輸出量和顯示輸出信號(hào)波形。虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的前面板，主要由以下幾個(gè)部分組成：(1)電源部分：包含電源開關(guān)和電源指示兩個(gè)布爾控件；(2)信號(hào)類型選擇部分：包含一個(gè)公式波形輸入控件和一個(gè)菜單下拉列表控件；XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24(3)頻率調(diào)節(jié)部分：包含一個(gè)頻率調(diào)節(jié)數(shù)值旋鈕控件，一個(gè)頻率顯示的數(shù)值顯示控件，一個(gè)頻率檔位選擇的枚舉控件和兩個(gè)頻率單位指示的布爾控件；(4)幅度、初相位、偏移量和占空比調(diào)節(jié)部分：分別包含一個(gè)幅度、初相位、偏移量和占空比的調(diào)節(jié)數(shù)值旋鈕控件和數(shù)值顯示控件；(5)采樣信息調(diào)節(jié)部分：包含了采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)的數(shù)值輸入控件以及兩個(gè)數(shù)值顯示控件：(6)波形顯示部分：包含一個(gè)輸出波形的波形圖控件和一個(gè)輸出修飾控件。數(shù)據(jù)采集卡通過多路開關(guān)、A/D 轉(zhuǎn)換新片和數(shù)據(jù)緩存的幾個(gè)部件將多通道的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并貯存在其緩存中，而計(jì)算機(jī)通過 LabVIEW 中的數(shù)據(jù)采集 VI 對數(shù)據(jù)采集卡中的幾個(gè)部件的運(yùn)作進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)之間通過計(jì)算機(jī)總線含通信，交換數(shù)據(jù)和控制信息。若設(shè)備驅(qū)動(dòng)成功返回一個(gè)非 0 的設(shè)備句柄，若失敗則返回 0。  （2） 利用一個(gè) While 循環(huán)以及 將采集到的數(shù)據(jù)不停地從設(shè)備的緩存中讀出。 （4） 波形實(shí)時(shí)顯示設(shè)計(jì)通過 LabView 的 Waveform Chant 控件實(shí)現(xiàn)波形的實(shí)時(shí)顯示；旋轉(zhuǎn)位置旋鈕時(shí)可以調(diào)整波形的位置，旋轉(zhuǎn) VOLTS/DIV 旋鈕時(shí)可以調(diào)整波形的幅值比例；調(diào)整 SEC/DIV 旋鈕時(shí)可調(diào)整波形的時(shí)間分度值 一個(gè)多通道波形數(shù)據(jù)采集的過程一般包括以下幾個(gè)步驟：(1)數(shù)據(jù)采集卡有關(guān)的采樣參數(shù)（采集頻率、采集次數(shù)、采集通道、數(shù)據(jù)緩存的大小）(2)采樣開始，多路開關(guān)對采樣通道進(jìn)行一次掃描，每個(gè)通道采樣一個(gè)點(diǎn)。(4)數(shù)字信號(hào)存到數(shù)據(jù)緩存。(6)從數(shù)據(jù)采集卡的緩存中讀取數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中。 　在程序運(yùn)行開始時(shí)先設(shè)定好存儲(chǔ)路徑，在需要存儲(chǔ)時(shí)，按下存儲(chǔ)按鈕，便立刻對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；當(dāng)按下停止按鈕停止存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的及時(shí)存取。具體指標(biāo)如如表 4－3 所示：輸出波形 四種波形：方波、正弦三角波、鋸齒波任意選擇輸出頻率范圍 ～1KHz直流偏置 10～10V方波占空比 0～100%輸出波形幅度 0～10V表 4－3 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器性能指標(biāo)XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)軟件部分采用專業(yè)的 LabVIEW6i 圖形化虛擬儀器開發(fā)工具。輸出波形頻率的變化的具體實(shí)現(xiàn)是將波形數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)采集卡的緩沖區(qū)當(dāng)中，通過設(shè)置緩沖區(qū)的更新頻率（改變內(nèi)部的時(shí)鐘頻率）來實(shí)現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)頻率的變化。從實(shí)現(xiàn)功能的角度來說，本次設(shè)計(jì)的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的功能結(jié)構(gòu)主要包括兩大功能模塊：波形產(chǎn)生模塊（FG 模塊）和頻率單位變化控制（DISPLAY）模塊。FGEN 模塊為數(shù)字波形產(chǎn)生模塊。利用該模塊可實(shí)現(xiàn)正弦波、方波、鋸齒波、三角波等波形。在本次設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)每一正弦波周期由 1000 點(diǎn)組成，利用類似 C 語言中的 For 循環(huán)為 x 賦值，這樣執(zhí)行一次 For 循環(huán)，便可以產(chǎn)生生成一個(gè)周期正弦波所需的數(shù)據(jù)，然后利用 While 循環(huán)，使程序反復(fù)執(zhí)行，就可以連續(xù)輸出正弦波形。與模擬信號(hào)相比，利用軟件的方法產(chǎn)生的波形數(shù)字序列雖然存在著一定的誤差，但只要一個(gè)周期內(nèi)選的點(diǎn)數(shù)足夠的多，就可以使誤差降到最低，對結(jié)果的影響最小。波形產(chǎn)生模塊的前面板如圖 4－12 所示，波形產(chǎn)生模塊的程序框圖如圖 4－13 所示。最終實(shí)現(xiàn)了三角波，正弦波與鋸齒波三個(gè)波形圖。多功能虛擬信號(hào)發(fā)生器的波形打印、暫停等功能也為儀器的使用帶來了方便?？刹僮餍院涂删S護(hù)性好。硬件具有開放性，允許通過升級(jí)硬件來提高其性能。虛擬儀器設(shè)計(jì)已經(jīng)成為測試與儀器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，從根本上改變目前專用儀器的研制和生產(chǎn)方式，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，勇于創(chuàng)新的學(xué)術(shù)思想，豐富的科研經(jīng)驗(yàn)，踏踏實(shí)實(shí)的工作作風(fēng)，平易近人和樂于助人的風(fēng)格都將使我終身受益，也是我今后學(xué)習(xí)和工作的楷模。我們在學(xué)術(shù)上相互交流、在生活上相互關(guān)心，結(jié)下了深厚的友誼。感謝三年來所有關(guān)心、幫助過我的人。 基于虛擬儀器的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) [J]。 2022 年