波形連續(xù)重采樣設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書第 I 頁波形連續(xù)重采樣設(shè)計(jì)摘 要虛擬儀器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，即以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)和定義其功能，具有虛擬儀器面板，由測試軟件實(shí)現(xiàn)其測試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器一樣，具有信號(hào)采集與控制、信號(hào)分析與處理、結(jié)果表達(dá)與輸出這些基本功能，只是這些功能是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，配以必要的硬件和專用軟件實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)要求使用被工業(yè)、學(xué)術(shù)和研究實(shí)驗(yàn)室普遍接受的儀器控制軟件 LabVIEW 圖形化的編程軟件實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號(hào)領(lǐng)域，常遇到采樣率變換的問題，例如將采樣率放大或降低 K 倍，這類問題就是重采樣問題。重采樣技術(shù)是從一種數(shù)字信號(hào)采樣得到另一種數(shù)

2、字信號(hào)，可以用專門的硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)。目前我國大部分投入使用的信號(hào)采集儀器都內(nèi)插有硬件實(shí)現(xiàn)的重采樣功能。振動(dòng)信號(hào)由加速度傳感器獲取，通過濾波電路做低通濾波后，利用硬件電路做數(shù)據(jù)抽取。依靠硬件電路做濾波抽取具有硬件價(jià)格貴；使用不靈活；不同故障診斷時(shí)，變化頻率需要重新數(shù)據(jù)采集；實(shí)時(shí)性不好；體積重量大，不易攜帶的弱點(diǎn)。當(dāng)精度速度要求不是太高的情況下，可以通過 PC 機(jī)完成，不再需要專門的硬件，這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性，縮短開發(fā)周期。使用軟件實(shí)現(xiàn)重采樣技術(shù)可以較好地解決硬件設(shè)備帶來的不足，利用 LabVIEW 編程軟件技術(shù)可以很好地解決重采樣技術(shù)。關(guān)鍵詞：labview，波形生成，波形重采樣

3、課程設(shè)計(jì)說明書第 II 頁目 錄1 虛擬儀器概述.11.1 虛擬儀器的概念.11.2 虛擬儀器的發(fā)展.11.3 虛擬儀器的特點(diǎn).22 各元件功能介紹.23 程序制作.62.1 前面板的制作.62.2 程序框圖制作.94 軟件打包.11總 結(jié).13致 謝.14參考文獻(xiàn).15課程設(shè)計(jì)說明書第 0 頁1 虛擬儀器概述在過去的 20 年中，PC 機(jī)應(yīng)用的迅速普及促進(jìn)了測試測量和自動(dòng)化儀器系統(tǒng)的革新，其中最顯著的一點(diǎn)就是虛擬儀器概念的出現(xiàn)與發(fā)展。虛擬儀器（Virtual Instrument，簡稱 VI）是計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)和電子儀器技術(shù)相互結(jié)合、滲透的產(chǎn)物。他是全新概念的儀器，是對傳統(tǒng)儀器概念的

4、重大突破。他的出現(xiàn)促使測量儀器與計(jì)算機(jī)之間的界限消失，開始了測量儀器的新時(shí)代，是儀器領(lǐng)域的一次革命。1.1 虛擬儀器的概念所謂虛擬儀器就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義、具有虛擬面板、測試功能有軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。用來完成傳統(tǒng)儀器的功能。使用者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊虛擬面板，就可以操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，就如同使用一臺(tái)專用的電測儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)，是測量儀器與個(gè)人計(jì)算機(jī)的界限模糊了。虛擬儀器是利用 PC 計(jì)算機(jī)顯示器（CRT）的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出的檢測結(jié)果，利用 PC 計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析、處理，由 I/O 接口設(shè)備

5、完成信號(hào)的采集、測量與調(diào)理，從而完成各種測試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)1。1.2 虛擬儀器的發(fā)展電子測量儀器發(fā)展至今，大體經(jīng)歷了四代發(fā)展歷程。模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器、虛擬儀器。第一代：模擬儀器，這類儀器是以電磁感應(yīng)基本定律為基礎(chǔ)的模擬指針式儀表。如指針式萬用表、晶體管電壓表等。第二代：數(shù)字式儀表，這類儀表目前相當(dāng)普及，如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計(jì)等。這類儀表將模擬信號(hào)的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的測量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應(yīng)和較高準(zhǔn)確度的測量。第三代：智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動(dòng)測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，可取代部分腦力勞動(dòng)，所以習(xí)慣上稱為智能儀器。但是它課程設(shè)計(jì)

6、說明書第 1 頁的功能塊全部以硬件（或固化的軟件）形式存在的，無論是在開發(fā)還是在應(yīng)用中，都缺乏靈活性。第四代：虛擬儀器，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)。通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它對傳統(tǒng)的儀器概念進(jìn)行了一次巨大變革，是將來儀器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的重要方向之一。1.3 虛擬儀器的特點(diǎn)獨(dú)立的傳統(tǒng)儀器，例如示波器和波形發(fā)生器，價(jià)格昂貴，且被廠家限定了功能，只能完成一件或幾件具體的工作，因此用戶通常都不能對其加以擴(kuò)展或自定義其功能。儀器的旋鈕和開關(guān)、內(nèi)置電路及用戶所能使用的功能對這臺(tái)儀器來說都是獨(dú)一無二的，另外開發(fā)這些儀器必須要用專門的技術(shù)和高成本的原部件，從而使他們身價(jià)頗高且不易更新，而虛擬儀器測試系統(tǒng)的功能可以

7、由用戶根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)軟件來定義或擴(kuò)展，而不是只能由廠家事先定義且固定不可改變。這樣，用戶不必購買多種不同功能的傳統(tǒng)儀器，不必購買昂貴的集多種功能于一身的傳統(tǒng)儀器，也不必不斷購買新的儀器。因?yàn)樘摂M儀器可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互連，用戶只需改變軟件程序就可不斷賦予它或擴(kuò)展增強(qiáng)它的測試能力。這就是說，儀器的設(shè)計(jì)制造不再是廠家的專利。虛擬儀器開創(chuàng)了一起使用者可以成為儀器設(shè)計(jì)者的時(shí)代，這將給儀器使用者帶來無盡的收益，而且使用儀器解決方案可以大幅降低資金成本、系統(tǒng)開發(fā)成本和系統(tǒng)維護(hù)成本，同時(shí)還為用戶加快產(chǎn)品上市時(shí)間并提高產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬儀器的特點(diǎn)可歸納為：1) 在通用硬件平臺(tái)確定后，由軟件

8、取代傳統(tǒng)儀器的硬件來完成儀器的功能。2) 儀器的功能是根據(jù)需要由軟件來定義的，而不是實(shí)現(xiàn)由廠家定義好的。3) 儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需進(jìn)行相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)更新，而不需要購買新的儀器。4) 研究周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。2 各元件功能介紹課程設(shè)計(jì)說明書第 2 頁圖 1 While 循環(huán)圖 1 是 While 循環(huán)，此程序整體式一個(gè) while 循環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)功能是重復(fù)執(zhí)行內(nèi)部的子程序框圖，直至條件接收到待定的布爾值。連線布爾值至 while循環(huán)的條件接線端，右鍵單擊條件接線端，在快捷菜單中選擇真時(shí)停止或真時(shí)繼續(xù)。圖 2 或圖 2 是計(jì)算輸入的邏輯或，兩個(gè)輸入必須為布爾值、數(shù)值值或錯(cuò)誤簇，如果兩

9、個(gè)輸入都為 FALSE,否則返回 TRUE。左側(cè) reset 為輸入布爾值。圖 3 正弦波圖 3 是正弦波發(fā)生器，產(chǎn)生正弦波，當(dāng)有錯(cuò)誤輸出是會(huì)通過程序后邊連接的“簡易錯(cuò)誤處理器”測出。左側(cè) frequency 頻率是波形頻率，以赫茲為單位，默認(rèn)值為 10。Sampling info A 是采樣信息輸入。圖 4 簡易錯(cuò)誤處理器連接線課程設(shè)計(jì)說明書第 3 頁圖 4 是簡易錯(cuò)誤處理器，用于顯示發(fā)生的錯(cuò)誤，如果發(fā)生錯(cuò)誤該 VI 返回錯(cuò)誤描述，或選擇性顯示對話框。圖 5 按名稱捆綁連接線圖 5 為按名稱解除捆綁，用于替換一個(gè)或多個(gè)簇元素，該函數(shù)依據(jù)名稱而非簇中元素的位置引用簇元素。圖 6 錯(cuò)誤輸出圖 6

10、 是錯(cuò)誤輸出簇，可將 VI 的錯(cuò)誤或者警告信息傳遞至其它的 VI，彈出選項(xiàng)“解釋錯(cuò)誤”提供了顯示錯(cuò)誤的更多信息。圖 7 波形重采樣連接線圖 7 是 boxing 連續(xù)采樣，依據(jù)用戶定義的 to 和 dt 值，重新采樣輸入波形，通過連線數(shù)據(jù)至波形輸入輸入端可確定要使用的多態(tài)實(shí)例，也可手動(dòng)選擇實(shí)例。左側(cè)是輸入：output rate（Hz）是每秒采樣率，默認(rèn)值是 1000。t0 是重采樣的波形輸出的用戶定義時(shí)間標(biāo)識(shí)值。FIR filter specifications 是 FIR 濾波器規(guī)范，用于指定 FIR 濾波器的最小值。圖 8 轉(zhuǎn)換為時(shí)間標(biāo)識(shí)圖 8 是【轉(zhuǎn)換為時(shí)間標(biāo)識(shí)】 ，使數(shù)字轉(zhuǎn)換為時(shí)間標(biāo)

11、識(shí)。課程設(shè)計(jì)說明書第 4 頁圖 9 FFT 功率譜連接線圖 9 是【FFT 功率譜】 ，兩個(gè) FFT 功率譜輸出通過后邊的“創(chuàng)建數(shù)組”構(gòu)成一個(gè)二維數(shù)組輸出。圖 10 創(chuàng)建數(shù)組圖 10 是【創(chuàng)建數(shù)組】 ，用于連接多個(gè)數(shù)組或向 N 維數(shù)組添加元素。圖 11 功率譜連接線圖 11 用于顯示波形圖，將數(shù)據(jù)直接連接到波形圖，輸入的 y 數(shù)組為一維數(shù)組、WDT、二維數(shù)組時(shí)分別對應(yīng)結(jié)果圖為單條曲線、單條曲線、多條曲線。圖 12 捆綁圖 12 是一個(gè)捆綁函數(shù)，用于使獨(dú)立元素結(jié)合為簇。這是做一個(gè)不等于的判斷，如果從捆綁函數(shù)輸出的簇和整體框架輸入是不相等的就將值返回到上邊的或判斷。如果相等就將捆綁成的簇輸出。課程

12、設(shè)計(jì)說明書第 5 頁圖 13 等待圖 13 是一個(gè)等待函數(shù)，是指等待指定長度的毫秒數(shù)，并返回毫秒計(jì)時(shí)器的值。連接 0 至毫秒計(jì)時(shí)值輸入，可迫使當(dāng)前放棄對 CPU 的控制2。3 程序制作2.1 前面板的制作1. 在前面板界面，右擊調(diào)出控件面板，選擇【新式】/【修飾】/【下凹框】 。根據(jù)需要選擇個(gè)數(shù)，并調(diào)節(jié)好大小。2. 在前面板界面，右擊調(diào)出控件面板，選擇【新式】/【修飾】/【上凸盒】 。根據(jù)需要選擇個(gè)數(shù)，用編輯文本工具分別命名為輸出時(shí)間、測試信號(hào)（A） 、重采樣控制。并調(diào)節(jié)好大小。3. 在前面板界面，右擊調(diào)出控件面板，選擇【新式】/【數(shù)組、矩陣、簇】/【簇】 。根據(jù)需要選擇個(gè)數(shù)，用編輯文本工具分

13、別命名為采樣信息（A） 、FIR 濾波器規(guī)范。并調(diào)節(jié)好大小。如下圖所示課程設(shè)計(jì)說明書第 6 頁圖 14 前面板設(shè)計(jì)圖4. 在前面板界面，右擊調(diào)出控件面板，選擇【Express】/【數(shù)值輸入控件】/【數(shù)值輸入控件】 。根據(jù)需要選擇個(gè)數(shù)，用編輯文本工具分別命名為輸出時(shí)間（Hz） 、t0、Fs、#s、頻率、插值模式、FIR 濾波器規(guī)范、抗混疊衰減（dB） 、歸一化帶寬。5. 在前面板界面，右擊調(diào)出控件面板，選擇【Express】/【指示燈】/【圓形指示燈】 。6. 在前面板界面，右擊調(diào)出控件面板，選擇【Express】/【按鈕與開關(guān)】/【停止按鈕】 。用編輯文本工具命名為復(fù)位。調(diào)節(jié)面板大小，結(jié)果如下

14、圖所示：課程設(shè)計(jì)說明書第 7 頁圖 15 前面板設(shè)計(jì)7. 在前面板界面，右擊調(diào)出控件面板，選擇【Express】/【數(shù)值輸入控件】/【數(shù)值輸入控件】 。根據(jù)需要選擇個(gè)數(shù)，用編輯文本工具分別命名為波形、功率譜（dB） 。8. 在程序框圖中，單擊右鍵，選擇【編程】/【對話框與用戶界面】/【簡易錯(cuò)誤處理器】 ，雙擊元件，在彈出的前面板上選擇所需的錯(cuò)誤輸入格式。調(diào)整前面板，使其美觀。所得的前面板如圖所示。課程設(shè)計(jì)說明書第 8 頁圖 16 前面板設(shè)計(jì)總圖2.2 程序框圖制作1. 在函數(shù)選板上單擊【編程】/【結(jié)構(gòu)】/【W(wǎng)hile 循環(huán)】 ，并將其拖放在合適的位置。2. 在函數(shù)選板上單擊【信號(hào)處理】/【波形

15、生成】/【正弦波形】 ，并將其拖放在合適的位置。3. 在函數(shù)選板上單擊【信號(hào)處理】/【波形處理】/【FFT 功率譜】 ，并將其拖放在合適的位置。4. 在函數(shù)選板上單擊【信號(hào)處理】/【信號(hào)調(diào)理】/【波形重采樣（連續(xù)） 】 ，并將其拖放在合適的位置。5. 在函數(shù)選板上單擊【編程】/【簇、類、變體】/【捆綁】 ，并將其拖放在合適的位置。6. 在函數(shù)選板上單擊【編程】/【簇、類、變體】/【按名稱捆綁】 ，并將其拖放在合適的位置。7. 在函數(shù)選板上單擊【編程】/【數(shù)組】/【創(chuàng)建數(shù)組】 ，并將其拖放在合適課程設(shè)計(jì)說明書第 9 頁的位置。8. 在函數(shù)選板上單擊【編程】/【定時(shí)】/【轉(zhuǎn)換為時(shí)間標(biāo)識(shí)】 ，并將其

16、拖放在合適的位置。9. 在函數(shù)選板上單擊【編程】/【比較】/【不等于？】 ，并將其拖放在合適的位置。10. 在函數(shù)選板上單擊【編程】/【定時(shí)】/【等待（ms） 】 ，并將其拖放在合適的位置。11. 右擊 While 循環(huán)邊框選擇【添加移位寄存器】 。用工具面板上的【進(jìn)行連線】工具，連接各元件。結(jié)果如下圖所示。右擊【不等于？】 ，選擇【比較模式】/【比較集合】3。圖 17 程序面板設(shè)計(jì)總圖VI 編好后，給前面板賦值。如圖 18課程設(shè)計(jì)說明書第 10 頁圖 18 賦值后的前面板運(yùn)行結(jié)果如圖 19圖 19 前面板運(yùn)行結(jié)果圖4 軟件打包課程設(shè)計(jì)說明書第 11 頁1)單擊菜單欄中的“文件”，選擇“新建”

17、選項(xiàng)，在新打開的對話框中選擇“項(xiàng)目”，并選擇確定關(guān)閉窗口；2)在新彈出的“項(xiàng)目瀏覽器”窗口下，選擇“項(xiàng)”選項(xiàng)卡，右鍵單擊“我的電腦”，并在彈出快捷菜單中依次選擇“新建”、 “虛擬文件夾”9；3)右鍵單擊 2）中新建的“新文件夾”，在彈出的快捷菜單中依次選擇“添加”、 “文件”，在新打開的窗口中選擇 4 軟件測試中保存的文件“波形連續(xù)重采樣.vi”；4)右鍵單擊“項(xiàng)”選項(xiàng)卡下的“程序生成規(guī)范”，在彈出的快捷菜單中依次選擇“新建”、 “應(yīng)用程序（EXE） ”，單擊保存并命名為“波形連續(xù)重采樣顯示器”；5)在新打開的窗口中，選擇“類別”下的“信息”，將“目標(biāo)文件名”改為“波形連續(xù)重采樣顯示器”；6)

18、在新打開的窗口中，選擇“類別”下的“源文件”，在“項(xiàng)目文件”下找到文件“波形連續(xù)重采樣 vi”；7)單擊右下角的生成，開始生成 EXE 文件；8)如圖 20 所示，以生成可執(zhí)行文件，且運(yùn)行正常4。圖 20 生成 EXE 文件后的結(jié)果課程設(shè)計(jì)說明書第 12 頁總 結(jié)通過此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多東西。從查資料，整理資料到讀程序，寫程序，改程序，仿真直至通過老師的驗(yàn)收，一切都充滿了刻苦與艱辛，其間充滿了挫折可是同時(shí)又伴隨著歡樂。令我感觸最深的就是老師傾心的幫助，有時(shí)我對某些知識(shí)點(diǎn)并不是很清楚，可是老師總是不厭其煩的給我一遍又一遍的講解，直到我弄清楚為止！他的知識(shí)閱歷另我打開眼界，他們的無私精神更另我感動(dòng)不已！另外，在重復(fù)修改與設(shè)計(jì)的過程中，我又重新