第4章虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理課件

第4章虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理第4章虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理第4章虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理教學(xué)重點(diǎn)數(shù)據(jù)采集信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)的時(shí)域分析信號(hào)的頻域分析數(shù)字濾波器曲線擬合第4章虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理教學(xué)重點(diǎn)4.1數(shù)據(jù)采集組建一個(gè)基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)，傳感器、信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集模塊是最基本的硬件。其中，傳感器是將被測(cè)試的物理量轉(zhuǎn)換為電量的基本環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)采集則將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)供計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，信號(hào)調(diào)理是兩者之間的橋梁，負(fù)責(zé)將傳感器的輸出信號(hào)和數(shù)據(jù)采集模塊可以接受的信號(hào)類(lèi)型聯(lián)系起來(lái)。

4.1數(shù)據(jù)采集組建一個(gè)基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)，傳4.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集（DataAcquisition，DAQ），就是將被測(cè)對(duì)象的各種參量（物理量、化學(xué)量、生物量等）通過(guò)各種傳感器作適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或記錄的過(guò)程。4.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集（DataAcquis一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器等，這些功能分別由相應(yīng)的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集卡模擬輸入/輸出數(shù)字輸入/輸出時(shí)鐘輸入/輸出OnOff1-0ADCcntr/timerdigitalDAQBoard一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、選用數(shù)據(jù)采集卡的基本原則（1）數(shù)據(jù)分辨率和精度（2）最高采樣速度（3）通道數(shù)（4）數(shù)據(jù)總線接口類(lèi)型（5）是否有隔離（6）支持的軟件驅(qū)動(dòng)程序及其軟件平臺(tái)選用數(shù)據(jù)采集卡的基本原則（1）數(shù)據(jù)分辨率和精度采集卡類(lèi)型NI的數(shù)據(jù)采集卡PCI總線的通用數(shù)據(jù)采集卡采集卡類(lèi)型NI的數(shù)據(jù)采集卡PCI總線的通用數(shù)據(jù)采集卡4.1.2LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI及應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.1.2LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI及應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于NI的USB-6009數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集USB-6009的主要特性：8模擬輸入通道（14位、48KS/s采樣速度)2路14位模擬輸出通道12個(gè)I/O通道1個(gè)32位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器USB-6009的外型基于NI的USB-6009數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集USB-600NIUSB-6009的接線端子分配模擬輸入：AI0~AI7模擬輸出：AO0,AO1數(shù)字I/O：P0.0~P0.7,P1.0~P1.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器：PFI0NIUSB-6009的接線端子分配模擬輸入：AI0~AI7NI數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用例4.1

利用USB-6009數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)單通道數(shù)據(jù)采集分析：利用LabVIEW8.5的DAQmx-DataAcquisition子選板中的數(shù)據(jù)采集函數(shù)構(gòu)建一個(gè)單通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。硬件-選用NIUSB-6009采集卡軟件-選用DAQmx-DataAcquisition子選板中的數(shù)據(jù)采集函數(shù)實(shí)現(xiàn)NI數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用例4.1利用USB-6009數(shù)據(jù)采集卡

單通道數(shù)據(jù)采集VI設(shè)計(jì)前面板程序框圖

單通道數(shù)據(jù)采集VI設(shè)計(jì)前面板程序框圖構(gòu)建多通道數(shù)據(jù)采集例4.2

多通道數(shù)據(jù)采集分析：利用LabVIEW8.5的DAQmx-DataAcquisition子選板中的數(shù)據(jù)采集函數(shù)構(gòu)建一個(gè)多通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。硬件-選用NIUSB-6009采集卡軟件-選用DAQmx-DataAcquisition子選板中的數(shù)據(jù)采集函數(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)建多通道數(shù)據(jù)采集例4.2多通道數(shù)據(jù)采集圖7–4多參量多通道PC–DAQ/PCI虛擬儀器測(cè)量系統(tǒng)圖7–4多參量多通道PC–DAQ/PCI虛擬儀器測(cè)量系統(tǒng)

多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前面板

多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前面板

多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序框圖

多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序框圖1模擬信號(hào)輸入部分

①

模擬輸入通道數(shù)。該參數(shù)表明數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號(hào)路數(shù)。②

信號(hào)的輸入方式。一般待采集信號(hào)的輸入方式有：l

單端輸入：即信號(hào)的其中一個(gè)端子接地。l

差動(dòng)輸入：即信號(hào)兩端均浮地。l

單極性：信號(hào)幅值范圍為[0，A]，A為信號(hào)最大幅值。l

雙極性：信號(hào)幅值范圍為[–A，A]。1模擬信號(hào)輸入部分

一般的數(shù)據(jù)采集卡都設(shè)有信號(hào)輸入方式的選擇設(shè)置，設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。③

模擬信號(hào)的輸入范圍(量程)一般根據(jù)信號(hào)輸入特性的不同(單極性輸入還是雙極性輸入)有不同的輸入范圍。如對(duì)單極性輸入，典型值為0～10V，對(duì)雙極性輸入，典型值為–5V~5V。④

放大器增益。⑤

模擬輸入阻抗。采集卡固有參數(shù)，一般不由用戶設(shè)置。一般的數(shù)據(jù)采集卡都設(shè)有信號(hào)輸入方式的選擇設(shè)置到此到此4.1.3NI-DAQmx數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)介NI-DAQmx是LabVIEW7.0以來(lái)新增的DAQ軟件。它包括支持200多種NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，并提供相應(yīng)的VI函數(shù)。此外它還包括Measurement&AutomationExplorer(MAX)、數(shù)據(jù)采集助理(DAQAssistant)以及VILogger數(shù)據(jù)記錄軟件。通過(guò)這些工具并結(jié)合LabVIEW可以節(jié)省大量的系統(tǒng)配置、開(kāi)發(fā)和記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間。4.1.3NI-DAQmx數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)介NI-DAQmx是NI-DAQmx1.Measurement&AutomationExplorer(MAX)測(cè)量與自動(dòng)化軟件快速檢測(cè)及配置所有硬件通過(guò)測(cè)試面板驗(yàn)證硬件的運(yùn)作狀況實(shí)施簡(jiǎn)便、交互式的測(cè)量給Ι/Ο通道命名NI-DAQmx1.Measurement&Autom舉例：通過(guò)MAX配置串口屬性

舉例：通過(guò)MAX配置串口屬性2.DAQ助手DAQAssistant

DAQ助手提供了一個(gè)對(duì)話框式的向?qū)в糜跍y(cè)量任務(wù)的配置、測(cè)試和自動(dòng)代碼生成。配合ExpressVI，通過(guò)DAQAssistant可以在數(shù)分鐘內(nèi)搭建一個(gè)專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。2.DAQ助手DAQAssistant數(shù)據(jù)采集模板數(shù)據(jù)采集模板DAQmx—數(shù)據(jù)采集模板DAQmx—數(shù)據(jù)采集模板（1）模擬輸入通道參數(shù)設(shè)置1）被測(cè)量選取3數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)置（1）模擬輸入通道參數(shù)設(shè)置3數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)置2）測(cè)量通道選擇2）測(cè)量通道選擇（2）模擬輸出通道參數(shù)設(shè)置

1）被測(cè)量選擇（2）模擬輸出通道參數(shù)設(shè)置

1）被測(cè)量選擇2）測(cè)量通道選擇2）測(cè)量通道選擇3）命名3）命名4）測(cè)量通道設(shè)置好的示意圖4）測(cè)量通道設(shè)置好的示意圖5）自行測(cè)試演示5）自行測(cè)試演示（3）外部信號(hào)輸入的設(shè)置（3）外部信號(hào)輸入的設(shè)置自我測(cè)試結(jié)果外部加入到ai11端子的電壓3.45v自我測(cè)試結(jié)果外部加入到ai11端子的電壓3.45v（4）外部信號(hào)輸入的子函數(shù)調(diào)用—讀出（4）外部信號(hào)輸入的子函數(shù)調(diào)用—讀出外部信號(hào)輸入的子函數(shù)調(diào)用測(cè)試結(jié)果外部信號(hào)輸入的子函數(shù)調(diào)用測(cè)試結(jié)果（5）外部信號(hào)--輸入端讀出—寫(xiě)給輸出端（5）外部信號(hào)--輸入端讀出—寫(xiě)給輸出端讀出—寫(xiě)入模式設(shè)置讀出—寫(xiě)入模式設(shè)置運(yùn)行運(yùn)行4.1.4通用數(shù)據(jù)采集卡的LabVIEW控制實(shí)現(xiàn)1．?dāng)?shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)方式

直接端口讀寫(xiě)方式（I/O方式）

調(diào)用C語(yǔ)言源代碼的方式（CIN方式）

調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方式（CLF方式）

4.1.4通用數(shù)據(jù)采集卡的LabVIEW控制實(shí)現(xiàn)1．?dāng)?shù)據(jù)采（1）直接端口讀寫(xiě)方式（I/O方式）I/O端口子選板

InPort.vi

OutPort.vi

（1）直接端口讀寫(xiě)方式（I/O方式）I/O端口子選板I（2）調(diào)用C語(yǔ)言源代碼的方式LabVIEW8.2函數(shù)選板的【互連接口】→【庫(kù)可執(zhí)行程序】子選板中有一個(gè)CodeInterfaceNode節(jié)點(diǎn)，用來(lái)在LabVIEW程序框圖中直接調(diào)用其他編程語(yǔ)言（如VC）寫(xiě)的代碼。這樣就可以通過(guò)使用CIN圖標(biāo)來(lái)調(diào)用由C語(yǔ)言編寫(xiě)的采集卡驅(qū)動(dòng)程序方法實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集。（2）調(diào)用C語(yǔ)言源代碼的方式LabVIEW8.2函數(shù)選板的【（3）調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方式動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)通常由數(shù)據(jù)采集卡生產(chǎn)廠商提供，通過(guò)LabVIEW的CallLibraryFunctionNode來(lái)調(diào)用。

（3）調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方式動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)通常由數(shù)據(jù)采集卡生產(chǎn)廠商2．?dāng)?shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)舉例

例4.3

用端口讀/寫(xiě)函數(shù)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡。

要求通過(guò)端口讀/寫(xiě)函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡PC-6310的數(shù)據(jù)采集PC-6310簡(jiǎn)介

PC-6310適用于具有ISA總線的PC系列微機(jī)卡上的A/D轉(zhuǎn)換器ADS774為12位分辨率轉(zhuǎn)換速率為10μS

模擬輸入信號(hào)范圍為0V～10V或-5V～+5V

模擬輸入通道為32個(gè)通道的單端或16個(gè)通道的雙端

2．?dāng)?shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)舉例例4.3用端口讀/寫(xiě)函數(shù)驅(qū)

控制端口的地址與功能

A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)數(shù)據(jù)格式A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)格式控制端口的地址與功能A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)數(shù)據(jù)格式A／D轉(zhuǎn)換結(jié)數(shù)據(jù)采集VI的前面板數(shù)據(jù)采集VI的前面板數(shù)據(jù)采集VI的程序框圖數(shù)據(jù)采集VI的程序框圖數(shù)據(jù)采集VI的程序框圖數(shù)據(jù)采集VI的程序框圖講到此了—3.11講到此了—3.114.2信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)產(chǎn)生是儀器系統(tǒng)的重要組成部分，要評(píng)價(jià)任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)的特性，必須外加一定的測(cè)試信號(hào)，其性能方能顯示出來(lái)。最常用的測(cè)試信號(hào)有正弦波、三角波、方波、鋸齒波、噪聲波及多頻波（由不同頻率的正弦波疊加而形成的波形）等。

4.2信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)產(chǎn)生是儀器系統(tǒng)的重要組成部分，要評(píng)價(jià)任4.2.1數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生與數(shù)字化頻率的概念

正弦波信號(hào)：u(t)=Asin(ωt+θ0)ΔT為采樣間隔，T為信號(hào)周期，設(shè)一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)為n，則T=nΔT

采樣頻率：fs=1/ΔT

信號(hào)頻率：fx=1/T=1/(nΔT)=fS/nu(iΔT)=Asin(2πi/n+θ0)

設(shè)f=fx/fS=1/n,將2π弧度用360o表示，并省略，則得

數(shù)字化頻率f=模擬頻率/采樣頻率4.2.1數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生與數(shù)字化頻率的概念正弦波信號(hào)：u4.2.2信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)及應(yīng)用信號(hào)生成子選板

4.2.2信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)及應(yīng)用信號(hào)生成子選板1.正弦波生成SineWave.vi

正弦波函數(shù)的等效數(shù)學(xué)運(yùn)算式如下：SineWave[i]=amplitude×sin（360×f×i+phase0）

1.正弦波生成SineWave.vi正弦波函數(shù)的等效數(shù)SineWave.vi應(yīng)用舉例例4.5利用SineWave.vi產(chǎn)生正弦波前面板程序框圖

SineWave.vi應(yīng)用舉例例4.5利用Sine數(shù)字頻率的認(rèn)識(shí)

調(diào)節(jié)信號(hào)頻率、采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)，觀察這些參數(shù)的變化對(duì)顯示正弦波結(jié)果的影響。若以Hz作為頻率單位，則

數(shù)字頻率單位（Hz）=fx/fs=信號(hào)頻率/采樣頻率若以周期作為頻率單位，則

數(shù)字頻率單位

(T)=周期數(shù)/采樣點(diǎn)數(shù)數(shù)字頻率的認(rèn)識(shí)調(diào)節(jié)信號(hào)頻率、采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)，觀察這些參均勻白噪聲的生成例4.6

利用UnifomWhiteNoise.vi產(chǎn)生均勻分布的白噪聲。前面板程序框圖

均勻白噪聲的生成例4.6利用UnifomWhiteNo簡(jiǎn)單函數(shù)發(fā)生器例4.7創(chuàng)建一個(gè)可以產(chǎn)生正弦波、三角波、方波和鋸齒波的函數(shù)發(fā)生器。簡(jiǎn)單函數(shù)發(fā)生器例4.7創(chuàng)建一個(gè)可以產(chǎn)生正弦波、三角波、方波4.2.3波形生成在波形生成子選板中的所有函數(shù)不僅輸出包含指定波形圖形的數(shù)字型數(shù)組，而且包含時(shí)間參數(shù)，這種數(shù)據(jù)類(lèi)型在LabVIEW中稱為波形數(shù)據(jù)4.2.3波形生成在波形生成子選板中的所有函數(shù)不僅輸出包含波形生成函數(shù)的應(yīng)用舉例例4.8

使用基本函數(shù)發(fā)生器創(chuàng)建函數(shù)發(fā)生器前面板

程序框圖

波形生成函數(shù)的應(yīng)用舉例例4.8使用基本函數(shù)發(fā)生器創(chuàng)建函數(shù)多頻信號(hào)的產(chǎn)生與應(yīng)用多頻信號(hào)是指一個(gè)離散頻率的正弦波集合，其模擬信號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，Ai：第i個(gè)正弦波的幅值

ωi：基頻角頻率

hi：第i個(gè)正弦波的角頻倍數(shù)

θi：第i個(gè)正弦波的初相角多頻信號(hào)的產(chǎn)生與應(yīng)用多頻信號(hào)是指一個(gè)離散頻率的正弦波集合，例4.9多頻信號(hào)發(fā)生器前面板

程序框圖

例4.9多頻信號(hào)發(fā)生器前面板程序框圖例4.10信號(hào)合成信號(hào)合成的前面板和程序框圖例4.10信號(hào)合成信號(hào)合成的前面板和程序框圖4.3信號(hào)的時(shí)域分析時(shí)域分析是指在時(shí)間域內(nèi)研究系統(tǒng)在一定輸入信號(hào)的作用下，其輸出信號(hào)隨時(shí)間的變化情況。由于時(shí)域分析是直接在時(shí)間域中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法，所以時(shí)域分析具有直觀和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。4.3信號(hào)的時(shí)域分析時(shí)域分析是指在時(shí)間域內(nèi)研究系統(tǒng)在一定4.3.1卷積運(yùn)算卷積是電路分析的一個(gè)重要概念。它可以求線性系統(tǒng)對(duì)任何激勵(lì)信號(hào)的零狀態(tài)響應(yīng)。對(duì)離散時(shí)間信號(hào)的卷積稱為卷積和，定義為Convolution.vi4.3.1卷積運(yùn)算卷積是電路分析的一個(gè)重要概念。它可以求線例4.11求卷積運(yùn)算卷積運(yùn)算的前面板和程序框圖例4.11求卷積運(yùn)算卷積運(yùn)算的前面板和程序框圖4.3.2相關(guān)分析所謂“相關(guān)”是指變量之間的線性關(guān)系。相關(guān)分析利用相關(guān)系數(shù)或相關(guān)函數(shù)來(lái)描述兩個(gè)信號(hào)間的相互關(guān)系或其相似程度，還可以用來(lái)描述同一信號(hào)的現(xiàn)在值與過(guò)去值的關(guān)系，或者根據(jù)過(guò)去值、現(xiàn)在值來(lái)估計(jì)未來(lái)值。相關(guān)函數(shù)定義為

4.3.2相關(guān)分析所謂“相關(guān)”是指變量之間的線性關(guān)系。相

LabVIEW中的相關(guān)分析函數(shù)AutoCorrelation.viCrossCorrelation.viLabVIEW中的相關(guān)分析函數(shù)AutoCorrelati例4.12互相關(guān)運(yùn)算前面板程序框圖

例4.12互相關(guān)運(yùn)算前面板程序框圖4.3.3微積分運(yùn)算

在工程應(yīng)用領(lǐng)域，經(jīng)常要對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行測(cè)量和控制，往往涉及到信號(hào)的采集，而采樣獲得是離散的數(shù)據(jù)，若要考慮整個(gè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)情況或者獲得多個(gè)參數(shù)，就要用到數(shù)值積分和數(shù)值微分運(yùn)算。

LabVIEW提供了積分和微分函數(shù)4.3.3微積分運(yùn)算在工程應(yīng)用領(lǐng)域，經(jīng)常要對(duì)例4.13對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行微積分運(yùn)算前面板

程序框圖

例4.13對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行微積分運(yùn)算前面板程序框圖4.4信號(hào)的頻域分析信號(hào)的頻譜代表了信號(hào)在不同頻率分量處信號(hào)成分的大小，它能夠提供比時(shí)域信號(hào)波形更直觀、更豐富的信息。LabVIEW8.2提供了豐富的頻域分析函數(shù)，包括傅里葉變換、hilbert變換、功率譜分析、諧波分析等。

4.4信號(hào)的頻域分析信號(hào)的頻譜代表了信號(hào)在不同頻率分量處信4.4.1快速傅立葉變換（FFT）傅里葉變換是信號(hào)處理與數(shù)據(jù)處理中一個(gè)重要分析工具，其意義在于將時(shí)域與頻域信號(hào)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)頻域分析將復(fù)雜的信號(hào)分解為各個(gè)單一的頻率成分。FFT.vi4.4.1快速傅立葉變換（FFT）傅里葉變換是信號(hào)處理與數(shù)例4.15雙邊傅里葉變換前面板程序框圖頻率間隔與采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)的關(guān)系例4.15雙邊傅里葉變換前面板程序框圖頻率間隔與采樣頻率例4.16單邊傅里葉變換前面板程序框圖例4.16單邊傅里葉變換前面板程序框圖4.4.2頻譜分析頻譜分析是指把時(shí)間域的各種動(dòng)態(tài)信號(hào)通過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)換到頻率域進(jìn)行分析。頻譜分析中應(yīng)注意的問(wèn)題（1）頻譜混疊（2）泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)4.4.2頻譜分析頻譜分析是指把時(shí)間域的各種動(dòng)態(tài)信號(hào)通過(guò)頻譜分析前面板程序框圖

例4.17使用AmplitudeandPhaseSpectrum.vi進(jìn)行頻譜分析頻譜分析前面板程序框圖例4.17使用Amplitude功率譜例4.16使用AutoPowerSpectrum.vi進(jìn)行自功率譜分析前面板程序框圖功率譜例4.16使用AutoPowerSpectru4.4.3頻率響應(yīng)分析頻率響應(yīng)表述了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)輸入和輸出的頻域關(guān)系，它是描述測(cè)試系統(tǒng)頻域動(dòng)態(tài)特性的重要關(guān)系。

常常用其模和相位角來(lái)表示，稱為測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。

4.4.3頻率響應(yīng)分析頻率響應(yīng)表述了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)輸入和輸例4.19求頻率響應(yīng)的幅頻特性與相頻特性前面板程序框圖例4.19求頻率響應(yīng)的幅頻特性與相頻特性前面板程序框圖頻率響應(yīng)例4.20使用FrequenceResponseFunction(Real-Im).vi求頻率響應(yīng)的實(shí)部和虛部前面板程序框圖頻率響應(yīng)例4.20使用FrequenceResponse4.4.4諧波分析諧波和基波是一個(gè)相對(duì)的概念，它是一個(gè)周期電氣量中的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍，由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍，也常稱為高次諧波。在頻域分析中以電壓為例，將畸變的周期性電壓分解成傅里葉級(jí)數(shù)畸變波形因諧波引起的偏離正弦波形的程度用總諧波畸變量THD表示

4.4.4諧波分析諧波和基波是一個(gè)相對(duì)的概念，它是一個(gè)周例4.21諧波分析前面板程序框圖

例4.21諧波分析前面板程序框圖4.5數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器即是以數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)離散化信號(hào)的處理，以減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中所占的比例，從而改變信號(hào)的質(zhì)量，達(dá)到濾波或加工信號(hào)的目的。

數(shù)字濾波器分為無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器IIR

有限沖激響應(yīng)濾波器FIR

特點(diǎn)：精度高、穩(wěn)定性好、靈活性強(qiáng)、處理功能強(qiáng)

4.5數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器即是以數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)用數(shù)字濾波器子程序應(yīng)注意的問(wèn)題濾波器類(lèi)型選擇:在低通、高通、帶通或帶阻濾波器中選擇一個(gè)類(lèi)型。截止頻率確定:對(duì)低通只需確定上截止頻率，高通濾波器只需確定下截止頻率，對(duì)帶通及帶阻濾波器應(yīng)確定上、下限截止頻率。采樣頻率設(shè)定濾波器的階數(shù):濾波器階數(shù)越高，其幅頻特性曲線過(guò)渡帶衰減越快紋波幅度

調(diào)用數(shù)字濾波器子程序應(yīng)注意的問(wèn)題濾波器類(lèi)型選擇:在低通、高通

窗函數(shù)LabVIEW8.2在【窗】子選板中提供了20種窗函數(shù)，包括矩形窗、漢寧窗、海明窗等窗函數(shù)LabVIEW8.2在【窗】子選板中提供了20種窗函數(shù)字濾波器應(yīng)用舉例例4.22

使用巴特沃斯濾波器提出正弦信號(hào)前面板程序框圖

數(shù)字濾波器應(yīng)用舉例例4.22使用巴特沃斯濾波器提出正弦信例4.23信號(hào)分離(多頻率)前面板程序框圖

例4.23信號(hào)分離(多頻率)前面板程序框圖4.6曲線擬合概述相關(guān)物理量近似函數(shù)表達(dá)式描述y=f(x，a，b，…)

曲線擬合的目的：是找出一系列參數(shù)的最佳估值，通過(guò)這些最佳參數(shù)，可使擬合曲線與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的誤差為最小。曲線擬合的算法稱為最小平方法。誤差被定義為：

e(a)=[f(x,a)-y(x)]2令a={a0,a1}y(x)是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，f(x，a)是由一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)出來(lái)的回歸方程式，a是使誤差平方和為最小的最佳系數(shù)或參數(shù)。離散系統(tǒng)：

f表示擬合數(shù)據(jù)，y表示實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，n表示采樣點(diǎn)數(shù)。4.6曲線擬合概述1.LabVIEW中曲線擬合類(lèi)型LabVIEW的分析軟件庫(kù)提供了多種線性和非線性的曲線擬合算法，如：線性擬合－把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合為y=mx+c直線形式：

y[i]=a0+a1*x[i]指數(shù)擬合－把數(shù)據(jù)擬合為y=aexp(bx)指數(shù)曲線:y[i]=a0*exp(a1*X[i])多項(xiàng)式擬合－把數(shù)據(jù)擬合為y=a+bx+cx^2+…多項(xiàng)式曲線：

y[i]=a0+a1*X[i]+a2*x[i]^2…通用線性擬合－將數(shù)據(jù)擬合為下述形式：

y[i]=a0+a1*f1(X[i])+a2*f2(X[i])…

非線性Lev–Mar擬合—

將數(shù)據(jù)擬合為

y[i]=f(X[i],a0,a1,a2…)1.LabVIEW中曲線擬合類(lèi)型LabVIEW的分析軟件庫(kù)2.曲線擬合應(yīng)用

曲線擬合的實(shí)際應(yīng)用很廣泛，例如：消除測(cè)量噪聲填充丟失的采樣點(diǎn)（例如，如果一個(gè)或者多個(gè)采樣點(diǎn)丟失或者記錄不正確）插值（對(duì)采樣點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)的估計(jì)；例如在采樣點(diǎn)之間的時(shí)間差距不夠大時(shí)）外推（對(duì)采樣范圍之外的數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，例如在需要在試驗(yàn)以后或者以后的數(shù)值時(shí)）數(shù)據(jù)的合成（例如在需要找出曲線下面的區(qū)域，同時(shí)又只知道這個(gè)曲線的若干個(gè)離散采樣點(diǎn)的時(shí)候）求解某個(gè)基于離散數(shù)據(jù)的對(duì)象的速度軌跡（一階導(dǎo)數(shù)）和加速度軌跡（二階導(dǎo)數(shù)）2.曲線擬合應(yīng)用曲線擬合的實(shí)際應(yīng)用很廣泛，例如：3.曲線擬合VILabVIEW8.2曲線擬合子選板位于函數(shù)選板的【數(shù)學(xué)】子選板中

3.曲線擬合VILabVIEW8.2曲線擬合子選板位于函數(shù)選4.曲線擬合應(yīng)用實(shí)例例4.24線性擬合

線性擬合算法公式a0是截距，a1是斜率

4.曲線擬合應(yīng)用實(shí)例例4.24線性擬合線性擬合算法公例4.25多項(xiàng)式擬合要求使用GeneralPolynomialFit.vi對(duì)熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)得的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，計(jì)算出多項(xiàng)式擬合曲線的系數(shù)和對(duì)應(yīng)于輸入溫度值的擬合值。熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：輸入溫度（oC）：0，50，100，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600，650，700，750，800。熱電勢(shì)（mV）：0.00，3.35，4.96，10.69，14.66，18.76，22.90，27.15，31.48，35.81，40.15，44.05，49.01，53.39，57.74，62.06，66.36。

例4.25多項(xiàng)式擬合要求使用GeneralPolynom多項(xiàng)式擬合VI的前面板和程序框圖選擇擬合階數(shù)為2，多項(xiàng)式關(guān)系為多項(xiàng)式擬合VI的前面板和程序框圖選擇擬合階數(shù)為2，多項(xiàng)式關(guān)系

本章結(jié)束ThankYou!

本章結(jié)束ThankYou!第4章虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理第4章虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理第4章虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理教學(xué)重點(diǎn)數(shù)據(jù)采集信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)的時(shí)域分析信號(hào)的頻域分析數(shù)字濾波器曲線擬合第4章虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理教學(xué)重點(diǎn)4.1數(shù)據(jù)采集組建一個(gè)基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)，傳感器、信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集模塊是最基本的硬件。其中，傳感器是將被測(cè)試的物理量轉(zhuǎn)換為電量的基本環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)采集則將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)供計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，信號(hào)調(diào)理是兩者之間的橋梁，負(fù)責(zé)將傳感器的輸出信號(hào)和數(shù)據(jù)采集模塊可以接受的信號(hào)類(lèi)型聯(lián)系起來(lái)。

4.1數(shù)據(jù)采集組建一個(gè)基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)，傳4.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集（DataAcquisition，DAQ），就是將被測(cè)對(duì)象的各種參量（物理量、化學(xué)量、生物量等）通過(guò)各種傳感器作適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或記錄的過(guò)程。4.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集（DataAcquis一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器等，這些功能分別由相應(yīng)的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集卡模擬輸入/輸出數(shù)字輸入/輸出時(shí)鐘輸入/輸出OnOff1-0ADCcntr/timerdigitalDAQBoard一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、選用數(shù)據(jù)采集卡的基本原則（1）數(shù)據(jù)分辨率和精度（2）最高采樣速度（3）通道數(shù)（4）數(shù)據(jù)總線接口類(lèi)型（5）是否有隔離（6）支持的軟件驅(qū)動(dòng)程序及其軟件平臺(tái)選用數(shù)據(jù)采集卡的基本原則（1）數(shù)據(jù)分辨率和精度采集卡類(lèi)型NI的數(shù)據(jù)采集卡PCI總線的通用數(shù)據(jù)采集卡采集卡類(lèi)型NI的數(shù)據(jù)采集卡PCI總線的通用數(shù)據(jù)采集卡4.1.2LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI及應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.1.2LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI及應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于NI的USB-6009數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集USB-6009的主要特性：8模擬輸入通道（14位、48KS/s采樣速度)2路14位模擬輸出通道12個(gè)I/O通道1個(gè)32位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器USB-6009的外型基于NI的USB-6009數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集USB-600NIUSB-6009的接線端子分配模擬輸入：AI0~AI7模擬輸出：AO0,AO1數(shù)字I/O：P0.0~P0.7,P1.0~P1.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器：PFI0NIUSB-6009的接線端子分配模擬輸入：AI0~AI7NI數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用例4.1

利用USB-6009數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)單通道數(shù)據(jù)采集分析：利用LabVIEW8.5的DAQmx-DataAcquisition子選板中的數(shù)據(jù)采集函數(shù)構(gòu)建一個(gè)單通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。硬件-選用NIUSB-6009采集卡軟件-選用DAQmx-DataAcquisition子選板中的數(shù)據(jù)采集函數(shù)實(shí)現(xiàn)NI數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用例4.1利用USB-6009數(shù)據(jù)采集卡

單通道數(shù)據(jù)采集VI設(shè)計(jì)前面板程序框圖

單通道數(shù)據(jù)采集VI設(shè)計(jì)前面板程序框圖構(gòu)建多通道數(shù)據(jù)采集例4.2

多通道數(shù)據(jù)采集分析：利用LabVIEW8.5的DAQmx-DataAcquisition子選板中的數(shù)據(jù)采集函數(shù)構(gòu)建一個(gè)多通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。硬件-選用NIUSB-6009采集卡軟件-選用DAQmx-DataAcquisition子選板中的數(shù)據(jù)采集函數(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)建多通道數(shù)據(jù)采集例4.2多通道數(shù)據(jù)采集圖7–4多參量多通道PC–DAQ/PCI虛擬儀器測(cè)量系統(tǒng)圖7–4多參量多通道PC–DAQ/PCI虛擬儀器測(cè)量系統(tǒng)

多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前面板

多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前面板

多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序框圖

多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序框圖1模擬信號(hào)輸入部分

①

模擬輸入通道數(shù)。該參數(shù)表明數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號(hào)路數(shù)。②

信號(hào)的輸入方式。一般待采集信號(hào)的輸入方式有：l

單端輸入：即信號(hào)的其中一個(gè)端子接地。l

差動(dòng)輸入：即信號(hào)兩端均浮地。l

單極性：信號(hào)幅值范圍為[0，A]，A為信號(hào)最大幅值。l

雙極性：信號(hào)幅值范圍為[–A，A]。1模擬信號(hào)輸入部分

一般的數(shù)據(jù)采集卡都設(shè)有信號(hào)輸入方式的選擇設(shè)置，設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。③

模擬信號(hào)的輸入范圍(量程)一般根據(jù)信號(hào)輸入特性的不同(單極性輸入還是雙極性輸入)有不同的輸入范圍。如對(duì)單極性輸入，典型值為0～10V，對(duì)雙極性輸入，典型值為–5V~5V。④

放大器增益。⑤

模擬輸入阻抗。采集卡固有參數(shù)，一般不由用戶設(shè)置。一般的數(shù)據(jù)采集卡都設(shè)有信號(hào)輸入方式的選擇設(shè)置到此到此4.1.3NI-DAQmx數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)介NI-DAQmx是LabVIEW7.0以來(lái)新增的DAQ軟件。它包括支持200多種NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，并提供相應(yīng)的VI函數(shù)。此外它還包括Measurement&AutomationExplorer(MAX)、數(shù)據(jù)采集助理(DAQAssistant)以及VILogger數(shù)據(jù)記錄軟件。通過(guò)這些工具并結(jié)合LabVIEW可以節(jié)省大量的系統(tǒng)配置、開(kāi)發(fā)和記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間。4.1.3NI-DAQmx數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)介NI-DAQmx是NI-DAQmx1.Measurement&AutomationExplorer(MAX)測(cè)量與自動(dòng)化軟件快速檢測(cè)及配置所有硬件通過(guò)測(cè)試面板驗(yàn)證硬件的運(yùn)作狀況實(shí)施簡(jiǎn)便、交互式的測(cè)量給Ι/Ο通道命名NI-DAQmx1.Measurement&Autom舉例：通過(guò)MAX配置串口屬性

舉例：通過(guò)MAX配置串口屬性2.DAQ助手DAQAssistant

DAQ助手提供了一個(gè)對(duì)話框式的向?qū)в糜跍y(cè)量任務(wù)的配置、測(cè)試和自動(dòng)代碼生成。配合ExpressVI，通過(guò)DAQAssistant可以在數(shù)分鐘內(nèi)搭建一個(gè)專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。2.DAQ助手DAQAssistant數(shù)據(jù)采集模板數(shù)據(jù)采集模板DAQmx—數(shù)據(jù)采集模板DAQmx—數(shù)據(jù)采集模板（1）模擬輸入通道參數(shù)設(shè)置1）被測(cè)量選取3數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)置（1）模擬輸入通道參數(shù)設(shè)置3數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)置2）測(cè)量通道選擇2）測(cè)量通道選擇（2）模擬輸出通道參數(shù)設(shè)置

1）被測(cè)量選擇（2）模擬輸出通道參數(shù)設(shè)置

1）被測(cè)量選擇2）測(cè)量通道選擇2）測(cè)量通道選擇3）命名3）命名4）測(cè)量通道設(shè)置好的示意圖4）測(cè)量通道設(shè)置好的示意圖5）自行測(cè)試演示5）自行測(cè)試演示（3）外部信號(hào)輸入的設(shè)置（3）外部信號(hào)輸入的設(shè)置自我測(cè)試結(jié)果外部加入到ai11端子的電壓3.45v自我測(cè)試結(jié)果外部加入到ai11端子的電壓3.45v（4）外部信號(hào)輸入的子函數(shù)調(diào)用—讀出（4）外部信號(hào)輸入的子函數(shù)調(diào)用—讀出外部信號(hào)輸入的子函數(shù)調(diào)用測(cè)試結(jié)果外部信號(hào)輸入的子函數(shù)調(diào)用測(cè)試結(jié)果（5）外部信號(hào)--輸入端讀出—寫(xiě)給輸出端（5）外部信號(hào)--輸入端讀出—寫(xiě)給輸出端讀出—寫(xiě)入模式設(shè)置讀出—寫(xiě)入模式設(shè)置運(yùn)行運(yùn)行4.1.4通用數(shù)據(jù)采集卡的LabVIEW控制實(shí)現(xiàn)1．?dāng)?shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)方式

直接端口讀寫(xiě)方式（I/O方式）

調(diào)用C語(yǔ)言源代碼的方式（CIN方式）

調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方式（CLF方式）

4.1.4通用數(shù)據(jù)采集卡的LabVIEW控制實(shí)現(xiàn)1．?dāng)?shù)據(jù)采（1）直接端口讀寫(xiě)方式（I/O方式）I/O端口子選板

InPort.vi

OutPort.vi

（1）直接端口讀寫(xiě)方式（I/O方式）I/O端口子選板I（2）調(diào)用C語(yǔ)言源代碼的方式LabVIEW8.2函數(shù)選板的【互連接口】→【庫(kù)可執(zhí)行程序】子選板中有一個(gè)CodeInterfaceNode節(jié)點(diǎn)，用來(lái)在LabVIEW程序框圖中直接調(diào)用其他編程語(yǔ)言（如VC）寫(xiě)的代碼。這樣就可以通過(guò)使用CIN圖標(biāo)來(lái)調(diào)用由C語(yǔ)言編寫(xiě)的采集卡驅(qū)動(dòng)程序方法實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集。（2）調(diào)用C語(yǔ)言源代碼的方式LabVIEW8.2函數(shù)選板的【（3）調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方式動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)通常由數(shù)據(jù)采集卡生產(chǎn)廠商提供，通過(guò)LabVIEW的CallLibraryFunctionNode來(lái)調(diào)用。

（3）調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方式動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)通常由數(shù)據(jù)采集卡生產(chǎn)廠商2．?dāng)?shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)舉例

例4.3

用端口讀/寫(xiě)函數(shù)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡。

要求通過(guò)端口讀/寫(xiě)函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡PC-6310的數(shù)據(jù)采集PC-6310簡(jiǎn)介

PC-6310適用于具有ISA總線的PC系列微機(jī)卡上的A/D轉(zhuǎn)換器ADS774為12位分辨率轉(zhuǎn)換速率為10μS

模擬輸入信號(hào)范圍為0V～10V或-5V～+5V

模擬輸入通道為32個(gè)通道的單端或16個(gè)通道的雙端

2．?dāng)?shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)舉例例4.3用端口讀/寫(xiě)函數(shù)驅(qū)

控制端口的地址與功能

A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)數(shù)據(jù)格式A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)格式控制端口的地址與功能A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)數(shù)據(jù)格式A／D轉(zhuǎn)換結(jié)數(shù)據(jù)采集VI的前面板數(shù)據(jù)采集VI的前面板數(shù)據(jù)采集VI的程序框圖數(shù)據(jù)采集VI的程序框圖數(shù)據(jù)采集VI的程序框圖數(shù)據(jù)采集VI的程序框圖講到此了—3.11講到此了—3.114.2信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)產(chǎn)生是儀器系統(tǒng)的重要組成部分，要評(píng)價(jià)任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)的特性，必須外加一定的測(cè)試信號(hào)，其性能方能顯示出來(lái)。最常用的測(cè)試信號(hào)有正弦波、三角波、方波、鋸齒波、噪聲波及多頻波（由不同頻率的正弦波疊加而形成的波形）等。

4.2信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)產(chǎn)生是儀器系統(tǒng)的重要組成部分，要評(píng)價(jià)任4.2.1數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生與數(shù)字化頻率的概念

正弦波信號(hào)：u(t)=Asin(ωt+θ0)ΔT為采樣間隔，T為信號(hào)周期，設(shè)一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)為n，則T=nΔT

采樣頻率：fs=1/ΔT

信號(hào)頻率：fx=1/T=1/(nΔT)=fS/nu(iΔT)=Asin(2πi/n+θ0)

設(shè)f=fx/fS=1/n,將2π弧度用360o表示，并省略，則得

數(shù)字化頻率f=模擬頻率/采樣頻率4.2.1數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生與數(shù)字化頻率的概念正弦波信號(hào)：u4.2.2信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)及應(yīng)用信號(hào)生成子選板

4.2.2信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)及應(yīng)用信號(hào)生成子選板1.正弦波生成SineWave.vi

正弦波函數(shù)的等效數(shù)學(xué)運(yùn)算式如下：SineWave[i]=amplitude×sin（360×f×i+phase0）

1.正弦波生成SineWave.vi正弦波函數(shù)的等效數(shù)SineWave.vi應(yīng)用舉例例4.5利用SineWave.vi產(chǎn)生正弦波前面板程序框圖

SineWave.vi應(yīng)用舉例例4.5利用Sine數(shù)字頻率的認(rèn)識(shí)

調(diào)節(jié)信號(hào)頻率、采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)，觀察這些參數(shù)的變化對(duì)顯示正弦波結(jié)果的影響。若以Hz作為頻率單位，則

數(shù)字頻率單位（Hz）=fx/fs=信號(hào)頻率/采樣頻率若以周期作為頻率單位，則

數(shù)字頻率單位

(T)=周期數(shù)/采樣點(diǎn)數(shù)數(shù)字頻率的認(rèn)識(shí)調(diào)節(jié)信號(hào)頻率、采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)，觀察這些參均勻白噪聲的生成例4.6

利用UnifomWhiteNoise.vi產(chǎn)生均勻分布的白噪聲。前面板程序框圖

均勻白噪聲的生成例4.6利用UnifomWhiteNo簡(jiǎn)單函數(shù)發(fā)生器例4.7創(chuàng)建一個(gè)可以產(chǎn)生正弦波、三角波、方波和鋸齒波的函數(shù)發(fā)生器。簡(jiǎn)單函數(shù)發(fā)生器例4.7創(chuàng)建一個(gè)可以產(chǎn)生正弦波、三角波、方波4.2.3波形生成在波形生成子選板中的所有函數(shù)不僅輸出包含指定波形圖形的數(shù)字型數(shù)組，而且包含時(shí)間參數(shù)，這種數(shù)據(jù)類(lèi)型在LabVIEW中稱為波形數(shù)據(jù)4.2.3波形生成在波形生成子選板中的所有函數(shù)不僅輸出包含波形生成函數(shù)的應(yīng)用舉例例4.8

使用基本函數(shù)發(fā)生器創(chuàng)建函數(shù)發(fā)生器前面板

程序框圖

波形生成函數(shù)的應(yīng)用舉例例4.8使用基本函數(shù)發(fā)生器創(chuàng)建函數(shù)多頻信號(hào)的產(chǎn)生與應(yīng)用多頻信號(hào)是指一個(gè)離散頻率的正弦波集合，其模擬信號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，Ai：第i個(gè)正弦波的幅值

ωi：基頻角頻率

hi：第i個(gè)正弦波的角頻倍數(shù)

θi：第i個(gè)正弦波的初相角多頻信號(hào)的產(chǎn)生與應(yīng)用多頻信號(hào)是指一個(gè)離散頻率的正弦波集合，例4.9多頻信號(hào)發(fā)生器前面板

程序框圖

例4.9多頻信號(hào)發(fā)生器前面板程序框圖例4.10信號(hào)合成信號(hào)合成的前面板和程序框圖例4.10信號(hào)合成信號(hào)合成的前面板和程序框圖4.3信號(hào)的時(shí)域分析時(shí)域分析是指在時(shí)間域內(nèi)研究系統(tǒng)在一定輸入信號(hào)的作用下，其輸出信號(hào)隨時(shí)間的變化情況。由于時(shí)域分析是直接在時(shí)間域中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法，所以時(shí)域分析具有直觀和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。4.3信號(hào)的時(shí)域分析時(shí)域分析是指在時(shí)間域內(nèi)研究系統(tǒng)在一定4.3.1卷積運(yùn)算卷積是電路分析的一個(gè)重要概念。它可以求線性系統(tǒng)對(duì)任何激勵(lì)信號(hào)的零狀態(tài)響應(yīng)。對(duì)離散時(shí)間信號(hào)的卷積稱為卷積和，定義為Convolution.vi4.3.1卷積運(yùn)算卷積是電路分析的一個(gè)重要概念。它可以求線例4.11求卷積運(yùn)算卷積運(yùn)算的前面板和程序框圖例4.11求卷積運(yùn)算卷積運(yùn)算的前面板和程序框圖4.3.2相關(guān)分析所謂“相關(guān)”是指變量之間的線性關(guān)系。相關(guān)分析利用相關(guān)系數(shù)或相關(guān)函數(shù)來(lái)描述兩個(gè)信號(hào)間的相互關(guān)系或其相似程度，還可以用來(lái)描述同一信號(hào)的現(xiàn)在值與過(guò)去值的關(guān)系，或者根據(jù)過(guò)去值、現(xiàn)在值來(lái)估計(jì)未來(lái)值。相關(guān)函數(shù)定義為

4.3.2相關(guān)分析所謂“相關(guān)”是指變量之間的線性關(guān)系。相

LabVIEW中的相關(guān)分析函數(shù)AutoCorrelation.viCrossCorrelation.viLabVIEW中的相關(guān)分析函數(shù)AutoCorrelati例4.12互相關(guān)運(yùn)算前面板程序框圖

例4.12互相關(guān)運(yùn)算前面板程序框圖4.3.3微積分運(yùn)算

在工程應(yīng)用領(lǐng)域，經(jīng)常要對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行測(cè)量和控制，往往涉及到信號(hào)的采集，而采樣獲得是離散的數(shù)據(jù)，若要考慮整個(gè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)情況或者獲得多個(gè)參數(shù)，就要用到數(shù)值積分和數(shù)值微分運(yùn)算。

LabVIEW提供了積分和微分函數(shù)4.3.3微積分運(yùn)算在工程應(yīng)用領(lǐng)域，經(jīng)常要對(duì)例4.13對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行微積分運(yùn)算前面板

程序框圖

例4.13對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行微積分運(yùn)算前面板程序框圖4.4信號(hào)的頻域分析信號(hào)的頻譜代表了信號(hào)在不同頻率分量處信號(hào)成分的大小，它能夠提供比時(shí)域信號(hào)波形更直觀、更豐富的信息。LabVIEW8.2提供了豐富的頻域分析函數(shù)，包括傅里葉變換、hilbert變換、功率譜分析、諧波分析等。

4.4信號(hào)的頻域分析信號(hào)的頻譜代表了信號(hào)在不同頻率分量處信4.4.1快速傅立葉變換（FFT）傅里葉變換是信號(hào)處理與數(shù)據(jù)處理中一個(gè)重要分析工具，其意義在于將時(shí)域與頻域信號(hào)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)頻域分析將復(fù)雜的信號(hào)分解為各個(gè)單一的頻率成分。FFT.vi4.4.1快速傅立葉變換（FFT）傅里葉變換是信號(hào)處理與數(shù)例4.15雙邊傅里葉變換前面板程序框圖頻率間隔與采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)的關(guān)系例4.15雙邊傅里葉變換前面板程序框圖頻率間隔與采樣頻率例4.16單邊傅里葉變換前面板程序框圖例4.16單邊傅里葉變換前面板程序框圖4.4.2頻譜分析頻譜分析是指把時(shí)間域的各種動(dòng)態(tài)信號(hào)通過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)換到頻率域進(jìn)行分析。頻譜分析中應(yīng)注意的問(wèn)題（1）頻譜混疊（2）泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)4.4.2頻譜分析頻譜分析是指把時(shí)間域的各種動(dòng)態(tài)信號(hào)通過(guò)頻譜分析前面板程序框圖

例4.17使用AmplitudeandPhaseSpectrum.vi進(jìn)行頻譜分析頻譜分析前面板程序框圖例4.17使用Amplitude功率譜例4.16使用AutoPowerSpectrum.vi進(jìn)行自功率譜分析前面板程序框圖功率譜例4.16使用AutoPowerSpectru4.4.3頻率響應(yīng)分析頻率響應(yīng)表述了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)輸入和輸出的頻域關(guān)系，它是描述測(cè)試系統(tǒng)頻域動(dòng)態(tài)特性的重要關(guān)系。

常常用其模和相位角來(lái)表示，稱為測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。

4.4.3頻率響應(yīng)分析頻率響應(yīng)表述了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)輸入和輸例4.19求頻率響應(yīng)的幅頻特性與相頻特性前面板程序框圖例4.19求頻率響應(yīng)的幅頻特性與相頻特性前面板程序框圖頻率響應(yīng)例4.20使用FrequenceResponseFunction(Real-Im).vi求頻率響應(yīng)的實(shí)部和虛部前面板程序框圖頻率響應(yīng)例4.20使用FrequenceResponse4.4.4諧波分析諧波和基波是一個(gè)相對(duì)的概念，它是一個(gè)周期電氣量中的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍，由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍，也常稱為高次諧波。在頻域分析中以電壓為例，將畸變的周期性電壓分解成傅里葉級(jí)數(shù)畸變波形因諧波引起的偏離正弦波形的程度用總諧波畸變量THD表示

4.4.4諧波分析諧波和基波是一個(gè)相對(duì)的概念，它是一個(gè)周例4.21諧波分析前面板程序框圖

例4.21諧波分析前面板程序框圖4.5數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器即是以數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)離散化信號(hào)的處理，以減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中所占的比例，從而改變信號(hào)的質(zhì)量，達(dá)到濾波或加工信號(hào)的目的。

數(shù)字濾波器分為無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器IIR

有限沖激響應(yīng)濾波器FIR

特點(diǎn)：精度高、穩(wěn)定性好、靈活性強(qiáng)、處理功能強(qiáng)

4.5數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器即是以數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)用數(shù)字濾波器子程序應(yīng)注意的問(wèn)題濾波器類(lèi)型選擇:在