課程設計報告----電壓信號采集、濾波與綜合分析

1、<p><b>　　虛擬儀器課程設計</b></p><p>　　電壓信號采集、濾波與綜合分析</p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　班級： </b></p><p>　　專業(yè)：測控技術與儀器</p><p>

2、;<b>　　指導教師： </b></p><p>　　電壓信號采集、濾波與綜合分析</p><p>　　1、虛擬儀器的概念與特點</p><p>　　隨著計算機技術的飛速發(fā)展,計算機與傳統(tǒng)的儀器儀表結合成為一種趨勢,其強大的功能是傳統(tǒng)儀器所無法比擬的.虛擬儀器是在通用計算機平臺上,用戶根據(jù)自己的需求來定義和設計測試功能的儀器系統(tǒng).也就是說虛擬

3、儀器是由用戶利用一些基本硬件及軟件編程技術組成的各種各樣的儀器系統(tǒng).概括來說,它主要由以下特點:</p><p>　　⑴軟件是虛擬儀器的核心</p><p>　　虛擬儀器的硬件確立后,它的功能,如抗混淆濾波、小波分析等，主要是通過軟件來實現(xiàn)的，軟件在虛擬儀器中具有重要的地位。美國國家儀器公司（NI）就曾提出一個著名的口號：軟件就是儀器。</p><p>　?、铺摂M儀

4、器的性價比高</p><p>　　一方面，虛擬儀器能同時對多個參數(shù)進行實施高效的測量，同時，由于信號的傳送和數(shù)據(jù)的處理幾乎都是靠數(shù)字信號或軟件，所以還大大降低了環(huán)境干擾和系統(tǒng)誤差的影響。此外，用戶也可以隨時根據(jù)需要調整虛擬儀器的功能，大大縮短了儀器在改變測量對象時的更新周期；另一方面，采用虛擬儀器還可以減少測試系統(tǒng)的硬件環(huán)節(jié)，從而降低系統(tǒng)的開發(fā)成本和維護成本，因此使用虛擬儀器比傳統(tǒng)儀器經(jīng)濟。</p>

5、<p>　　⑶虛擬儀器具有良好的人機界面</p><p>　　在虛擬儀器中，測量結果是通過由軟件在計算機屏幕上生成的、與傳統(tǒng)儀器面板相似的圖形界面由軟面板來實現(xiàn)的。</p><p>　?、忍摂M儀器具有與其它設備的互聯(lián)能力</p><p>　　如和VXI總線或現(xiàn)場總線等的接口能力，此外，還可以將虛擬儀器接入網(wǎng)絡，如IN-TRANET等，以實現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)的監(jiān)

6、控和管理。作為新型儀器，它有許多傳統(tǒng)儀器無法比擬的地方。這使得虛擬儀器的應用領域非常廣泛，據(jù)估計，到下個世紀初中葉，我國將有60%的儀器為虛擬儀器。</p><p>　　2、虛擬儀器的組成原理</p><p>　　虛擬儀器充分利用了當代先進的科技產(chǎn)品和技術，如計算機、模塊化的數(shù)據(jù)采集調理電路及總線技術等。從圖1可以看出它主要有硬件和軟件兩大部分組成。</p><p>

7、;<b>　　圖1</b></p><p><b>　　⑴虛擬儀器的硬件</b></p><p>　　硬件是虛擬儀器工作的基礎，它的主要功能是完成對被測信號的采集、傳輸和顯示測量的結果。</p><p>　　虛擬儀器的硬件主要是由計算機和信號采集調理部件組成的，其中計算機包括微處理器、存儲器和顯示器等，它主要用來提供實時高

8、效的數(shù)據(jù)處理性能。而信號采集調理部件可以是GPIB儀器模塊、VXI儀器模塊、PXI儀器模塊或數(shù)據(jù)采集卡，它主要用來傳輸和采集信號。目前用的比較多的是數(shù)據(jù)采集卡和VXI儀器模塊，尤其是數(shù)據(jù)采集卡特別為廣大科技人員所鐘愛。另外，虛擬儀器還有一個優(yōu)秀的硬件平臺VXI總線系統(tǒng)，它是一種在世界范圍內(nèi)開放的、適于多供貨商的32位高速模塊化儀器總線。</p><p><b>　?、铺摂M儀器的軟件</b>&

9、lt;/p><p>　　軟件在虛擬儀器中地位非常重要，它肩負著對數(shù)據(jù)進行分析處理的重壓，如數(shù)字濾波、小波分析或頻譜變換等。在很大程度上，虛擬儀器系統(tǒng)能否成功的運行，就取決于虛擬儀器的軟件。虛擬儀器可以分為幾個層次，其中包括儀器驅動程序、應用程序和軟面板程序。</p><p>　　儀器驅動程序主要用來初始化虛擬儀器，設置特定的參數(shù)和工作方式，使虛擬儀器保持正常的工作狀態(tài)。</p>

10、<p>　　應用程序主要用來對輸入計算機的數(shù)據(jù)進行分析和處理，用戶就是通過編制應用程序來定義虛擬儀器的功能。</p><p>　　軟面板程序用來提供虛擬儀器與用戶的接口，他可以在計算機屏幕上生成一個與傳統(tǒng)儀器面板相似的圖形界面，用于顯示測量的結果等。同時，用戶還可以通過軟面板上的開關和按鈕，模擬傳統(tǒng)儀器的各種操作，通過鍵盤或鼠標實現(xiàn)對虛擬儀器的操作。</p><p>　　通常在編

11、制虛擬儀器的軟件時可以采用兩種編程方法：一種是傳統(tǒng)的編程方法，采用高級語言，如VC++、VB等編寫虛擬儀器的軟件；另一種是采用現(xiàn)在流行的圖形化編程方法，如用NI公司的LabVIEW或HP公司的VEE等編程。采用圖形化編程的優(yōu)勢是軟件開發(fā)周期短、編程容易，特別適合不具有專業(yè)編程水平的工程技術人員使用。</p><p>　　3、虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺LabVIEW</p><p>　　LabV

12、IEW是一個搞笑的圖形化程序設計環(huán)境，它結合了簡單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與靈活強大的C編程語言。提供了一個直覺式的環(huán)境，與測量緊密結合。在這個平臺上，各種領域的專業(yè)工程師和科學家們通過定義和連接代表各種功能模塊的圖標來方便迅速地建立高水平的應用程序。</p><p>　　針對測試測量和過程控制領域，提供了大量的儀器面板中的控制對象，如表頭、旋鈕、圖標等。通過控制編輯器可將現(xiàn)有的控制對象修改成適合自己工作領域的控制對

13、象。使用圖標表示功能模塊，使用圖標間的連線表示在各功能模塊間傳遞的數(shù)據(jù)，這樣使得編程過程與思維過程非常近似。</p><p>　　提供程序調試功能?？梢栽谠创a中設置斷點，單步執(zhí)行源代碼，在源代碼的數(shù)據(jù)流連線上設置探針，在程序運行工程中觀察數(shù)據(jù)流的變化。繼承傳統(tǒng)的編程語言中的結構化和模塊化編程的優(yōu)點，采用編譯方式運行32位應用程序，提高了運行程序的速度。支持多種系統(tǒng)平臺。在任何一個平臺上開發(fā)的LabVIEW應用程

14、序可直接一直到其他平臺上。</p><p>　　提供了大量的函數(shù)庫供調用。</p><p>　　具有實時性，支持數(shù)據(jù)采集板和GPIB、串口設備、VXI儀器、PCI、工業(yè)現(xiàn)場總線以及用戶特制的板卡，免費提供世界各大廠商的600多種GPIB、串口設備、VXI儀器、CAMMAC設備的驅動程序。它提供DLL庫接口和CIN代碼調用來使用戶有能力在LabVIEW平臺上使用其他軟件平臺編譯的模塊。<

15、;/p><p>　　4、LabVIEW特點</p><p>　　LabVIEW是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。與其他基于文本的程序設計語言相比，LabVIEW具有如下特點。</p><p>　?。╨）直觀、易學易用。</p><p>　　與Visual C＋＋、Visual Basic等計算機編程語言相比，圖形化編程工具Lab

16、VIEW有一個重要的不同點：不采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼行，而使用圖形化編程語言G編寫程序；產(chǎn)生的程序是框圖的形式，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。因而可在很短的時間內(nèi)被掌握并應用到實踐中去，特別適合硬件工程師、實驗室扶術人員、生產(chǎn)線工藝技術人員的學習和使用?！。?）通用編程系統(tǒng)。  　　LabVIEW的功能并沒有因圖形化編程而受到限制，依然具有通用編程系統(tǒng)的特點。LabVIEW有一個可完成任何編程任務的龐大的函數(shù)庫。該函數(shù)庫

17、包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等。  　　LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其通過程序的結果、單步執(zhí)行等，便于程序的調試。LabVIEW的動態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其他語言的開發(fā)環(huán)境更方便、更有效?！　。?）模塊化。  　　LabVIEW還有一個特點是模塊化，體現(xiàn)在兩個方面。首先，LabVIEW中使用的基

18、本節(jié)點和函數(shù)等就是一個個小的模塊，可以直接使用；另外，由La</p><p><b>　　5、設計簡介</b></p><p>　　本設計以共有三大部分組成：數(shù)據(jù)采集與濾波、時域分析和頻域分析。</p><p><b>　?、艛?shù)據(jù)采集與濾波</b></p><p>　　該部分由DAQ助手產(chǎn)生仿真的電

19、壓信號，模擬了數(shù)據(jù)采集卡6320某一通道的輸出情況。其設置情況如圖</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　DAQ助手6320數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生一個仿真的正弦信號，但是該信號有一定的噪聲，因此采用了濾波器進行濾波，盡量消除噪聲。</p><p><b>　　前面板設計如圖3</b></p>

20、<p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　后面板設計如圖4</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　⑵時域分析</b></p><p>　　在該模塊對濾波信號進行了時域的各項分析，包括卷積

21、、自相關和互相關。</p><p>　　卷積前面板設計如圖5</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　卷積后面板設計如圖6</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　自相關前面板設計如圖7</p><p>&l

22、t;b>　　圖7</b></p><p>　　自相關后面板設計如圖8</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　互相關前面板設計如圖9</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　互相關后面板設計如圖10</p&g

23、t;<p><b>　　圖10</b></p><p><b>　　⑶頻域分析</b></p><p>　　該模塊對濾波信號進行頻域的各項分析，包括頻譜、幅度譜和相位譜、實部和虛部譜以及功率譜。</p><p>　　頻譜前面板設計如圖11</p><p><b>　　圖11&

24、lt;/b></p><p>　　頻譜后面板設計如圖12</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　幅度譜和相位譜前面板設計如圖13</p><p><b>　　圖13</b></p><p>　　幅度譜和相位譜后面板設計如圖14</p>

25、;<p><b>　　圖14</b></p><p>　　實部和虛部譜前面板設計如圖15</p><p><b>　　圖15</b></p><p><b>　　圖14</b></p><p>　　實部和虛部譜后面板設計如圖16</p><p&

26、gt;<b>　　圖16</b></p><p>　　功率譜前面板設計如圖17</p><p><b>　　圖17</b></p><p>　　功率譜后面板設計如圖18</p><p><b>　　圖18</b></p><p><b>　　6