基于LabVIEW的信号相关性研究
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摘要 ........................................................................................... I 第一章绪论 (1)
1.1 虚拟仪器的概念 (1)
1.2 虚拟仪器的构成及其分类 (1)
1.3虚拟仪器的优势 (2)
第二章工具LabVIEW (2)
2.1 LabVIEW开发平台简介 (2)
2.2 LabVIEW的优势 (4)
2.3 LabVIEW的应用 (5)
第三章相关性原理 (5)
3.1相关性综述 (5)
3.2自相关函数 (6)
3.3互相关函数 (7)
第四章论文涉及的LabVIEW模块 (9)
4.1函数簇bundle (9)
4.2 while循环 (9)
4.3 波形图 (10)
4.4 正弦波形发生器 (11)
4.5 相关性 (12)
4.6高斯白噪声发生器 (14)
第五章程序设计与结果分析 (15)
5.1虚拟正弦波仿真信号发生器 (15)
5.2自相关函数的实现 (17)
5.3互相关函数的实现 (22)
第六章总结 (27)
参考文献 (29)
致谢 (30)
摘要
所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机测试系统.虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果:利用计算机强大的软件功能来实现信号数据的运算、分析和处理:利用I/0接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而建立集各种测试功能为一体的计算机仪器系统。在虚拟仪器系统中，信号的获取与采集是由以计算机为核心的硬件平台来完成的。在此硬件平台基础上，调用测试软件来完成某种功能的测试任务，便可构成该种功能的虚拟测量仪器。在同一硬件平台上，调用不同的测试软件的可构成不同功能的虚拟仪器。因此，出现了‘软件就是仪器’的概念。
LabVIEW是一个完全的、开放式的虚拟仪器开发系统应用软件，其使用图形化程序设计语言G（Graphic），用框图代替了传统的程序代码，利用它组建仪器测试系统和数据采集系统可以大大简化程序的设计。LabVIEW提供了各种常用的包括信号时域分析，相关分析，曲线拟合，微分，积分等信号分析、处理所需的图标。这些图标各自对应一段软件子程序，可在流程图编辑窗口中的‘function’功能模板上的‘signal processing’子模板上方便的调出，供用户编辑流程图使用。
相关分析是时域信号分析和处理的常用方法，特别是对于系统频率响应的分析。运用虚拟仪器进行相关分析简单、快捷，参数和测量对象容易改变。在实际工程领域可广泛应用于信号分析、仪器控制和过程监测与控制等领域中的相关测速、相关滤波等各种识别信号类别成分的测量测试工作。
关键词：LabVIEW 信号相关性自相关互相关
Abstract
The so-called virtual instrument is based on the computer as the core of hardware platform. Its function is defined by the user.It’s a computer test system with design and the test of virtual panel, the whose function is realized by the test software. The essence of virtual instrument is to use computer monitor display function to simulate the control panel of traditional instruments in the forms of expression. Duo Hong outputs test results by using computer software to realize the function of strong signal data, analyzing and processing of the operation: using the I / 0 interface device signal collection, measurement and regulate, so as to establish a set of test function for the integration of computer equipment system. In the virtual instrument system, signal acquisition and collection is a computer as the core of the hardware platform to finish. In the hardware platform, based on the call to complete some function test software testing task, can form the function of virtual measuring instrument. In the same hardware platform, the call of the different test software may constitute a different function of virtual instrument. Therefore, the emergence of a "software is the concept of instrument.
LabVIEW is a software of completely, open virtual instrument of development system. It uses the Graphic programming language G (Graphic), with the block diagram which takes the place of a traditional program code. Using the equipment testing system and a data acquisition system can greatly simplified the design of the program. Provide all kinds of common LabVIEW including signal analysis of time, correlation analysis, the curve fitting, differential, integral and signal analysis, processing the icon. These ICONS their corresponding a software subroutine, can be in a flowchart edit window of those on the template function '" "' son may signal on the template convenient for users to edit out, flow chart is used.
Correlation analysis is a commonly used method of the time signal analysis and processing, especially for the system frequency response analysis. With virtual instrument, correlation analysis is simple and rapid, the parameters and measuring object is easy to change. In the practical engineering field correlation analysis can be widely used in signal analysis, instrument control, process monitoring and control on the related field as correlation filtering speed of recognition of the composition, measuring signal category.
Keywords：LabVIEW；signal correlation；autocorrelation；crosscorrelation
第一章绪论
1.1 虚拟仪器的概念
虚拟仪器的概念最早由美国NI公司于1895年提出，其英文原称为Virtual Instrument，简称VI。所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机测试系统.虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果:利用计算机强大的软件功能来实现信号数据的运算、分析和处理:利用I/0接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而建立集各种测试功能为一体的计算机仪器系统。使用者通过鼠标和键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器一样。
虚拟仪器彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面，从而使得任何一个用户都可以方便灵活地用鼠标或按键在计算机显示屏幕上操作虚拟仪器软面板的各种“旋钮”进行测试工作，并可以根据不同的测试要求通过窗口切换不同的虚拟仪器，或通过修改软件来改变、增减虚拟仪器系统的功能与规模。虚拟仪器具有的这种“可开发性”和“可扩展性”等优越特点使虚拟仪器具有强大的生命力和竞争力。
1.2虚拟仪器的构成及其分类
虚拟仪器由通用仪器硬件平台(简称硬件平台)和应用软件两大部分构成。
（1）虚拟仪器的硬件平台
①虚拟仪器的硬件平台由两部分组成:
计算机：一般为一台PC机或者工作站，其为硬件平台的核心。
I/0接口设备：I/0接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、A/D转换。不同的总线有其相应的I/0接口硬件设备，如利用PC机总线的数据采集板卡、GPIB总线、VXI总线仪器模块、PXI总线仪器模块、串行总线仪器等。
②虚拟仪器的构成方式主要有5种类型:
PC-DAQ系统：PC-DAQ系统是以数据采集卡、信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系统采用计算机的PCI或ISA总线，数据采集卡直接插入计算机底板上的相应总线插槽.
GPIB系统：GPB系统是以PB标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器测试系统。
VXI系统：VX 6是以VXI标准总线仪器模块与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器测试系统。
PXI系统：PX工系统是以PXI标准总线仪器模块与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器测试系统。
串口系统：串口系统是以Serial标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器测试系统。
（2）虚拟仪器的软件系统
目前虚拟仪器软件开发工具有如下两类:
文本式开发平台:如VisualC+,VisualBasic,LabWindows/CVI等，
图形化开发平台:如LabVIEW,HPV E等。.
虚拟仪器软件由两部分组成，即应用程序和I/0接口仪器驱动程序.应用程序又包含实现虚拟面板功能的软件程序和定义测试功能的流程图软件程序.I/0接口仪器驱动程序完成对特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信.
LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的缩写，是美国国家仪器公司(National Instruments简称NI) 推出的基于G语言(Graphic Language,图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发平台，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境，全球发布仅次于C/C++开发平台。
1.3虚拟仪器的优势
从现实的意义上来说，在高等工程教育中采用虚拟，可以从根本上解决实验与实习经费严重短缺问题。作为传统电子技术实验的补充，使学生初步掌握仿真软件技术，可使实验内容紧密联系课本内容，比较全面地概括和反映部分所学的知识点，将课堂内容具体化。
同时，利用虚拟仪器技术实现对仪器设备的远程、分布式控制，一方面继承实物实验可操作性、参与性强的优点，另一方面又可利用计算机优势，发挥其直观、动态模拟、迅速准确、资源共享、资金投入量少等特点，从而建立一种新型的实验方式，进一步提高效率。
第二章工具LabVIEW
2.1 LabVIEW开发平台简介
LabVIEW是一个完全的、开放式的虚拟仪器开发系统应用软件，利用它组建仪器测试系统和数据采集系统可以大大简化程序的设计。LabVIEW与Visual C++、Visual Basic、LabWindows/CVI等编程语言不同，后者采用的是基于文本语言的程序代码（Code），而LabVIEW则是使用图形化程序设计语言G（Graphic），
用框图代替了传统的程序代码。LabVIEW所运用的设备图标与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常的相似。
LabVIEW包含有专门用于设计数据采集程序和仪器控制程序的函数库和开发工具库。LabVIEW的程序设计实质上就是设计一个个的“虚拟仪器”，即“VIs”。在计算机显示屏幕上利用函数库和开发工具库产生一个前面版（Front Panel）；在后台则是利用图形化的编程语言编制用于控制前面板的框图程序。程序的前面板具有与传统仪器相类似的界面，可接受用户的鼠标和键盘指令。一般来说，每一个VI都可以被其他VI调用，其功能类似于文本语言的子程序嵌套；而这种嵌套的层次，从理论上讲，是不受任何限制的。
LabVIEW是带有可扩展函数库和子程序库的通用程序设计系统。它提供了用于GPIB设备控制、VXI总线控制、串行口设备控制、以及数据分析、显示和存储的应用程序模块。
LabVIEW可方便的调用Windows动态链接库和用户自定义的动态链接库中的函数；LabVIEW 还提供了CIN (C Interface Node) 节点使得用户可以使用由C 或C++语言，如ANSI C, 编译的程序模块，使得LabVIEW成为一个开放的开发平台。LabVIEW还直接支持动态数据交换（DDE）、结构化查询语言（SQL）、TCP和UDP网络协议等。此外，LabVIEW还提供了专门用于程序开发的工具箱，使得用户能够很方便的设置断点，动态的执行程序来非常直观形象的观察数据的传输过程，以及进行方便的调试。
LabVIEW的运行机制就宏观上讲已经不再是传统上的冯·诺伊曼计算机体系结构的执行方式了。传统的计算机语言（如C）中的顺序执行结构在LabVIEW 中被并行机制所代替；从本质上讲，它是一种带有图形控制流结构的数据流模式（Data Flow Mode），这种方式确保了程序中的函数节点（Function Node）只有在获得它的全部数据后才能够被执行。
也就是说，在这种数据流程序的概念中，程序的执行是数据驱动的，它不受操作系统、计算机等因素的影响。
既然LabVIEW程序是数据流驱动的，数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能够被执行；而目标的输出只有当它的功能完全时才是有效的。这样，LabVIEW中被连接的函数节点之间的数据流控制着程序的执行次序，而不像文本程序受到行顺序执行的约束。从而，我们可以通过相互连接函数节点快速简洁的开发应用程序，甚至还可以有多个数据通道同步运行，即所谓的多线程（Multithreading）。
LabVIEW的核心是VI。VI有一个人机对话的用户界面——前面板（Front Panel）和相当于源代码功能的框图程序（Diagram）。前面板接受来自框图程序的指令。在VI的前面板中，控件（Controls）模拟了仪器的输入装置并把数据提
供给VI的框图程序；而指示器（Indicators）则是模拟了仪器的输出装置并显示由框图程序获得或产生的数据。当把一个控件或指示器放置到前面板上时，LabVIEW便在框图程序中相应的产生了一个终端（Terminals），这个从属于控件或指示器的终端不能随意的被删除，只有删除它对应的控件或指示器时它才会随之一起被删除。
用LabVIEW编制框图程序时，不必受常规程序设计语法细节的限制。首先，从函数面板（Function Palette）中选择需要的函数节点（Function Node），将之置于框图上适当的位置；然后用连线（Wires）连接各函数节点在框图程序中的端口（Port），用来在函数节点之间传输数据。这些函数节点包括了简单的计算函数、高级的采集和分析VI以及用来存储和检索数据的文件输入输出函数和网络函数。
用LabVIEW编制出的图形化VI是分层次和模块化的。我们可以将之用于顶层（Top Level）程序，也可用作其他程序或子程序的子程序。一个VI用在其它VI中，称之为subVI，subVI在调用它的程序中同样是以一个图标的形式出现的；为了区分各个subVI，它们的图标是可编辑的。LabVIEW依附并发展了模块化程序设计的概念。用户可以把一个应用任务分解成为一系列的子任务，每个子任务还可以分解成许多更低一级的子任务，直到把一个复杂的问题分解成为许多子任务的组合。首先设计subVI完成每个子任务，然后将之逐步组合成为能够解决最终问题的VI。
图形化的程序设计编程简单、直观、开发效率高。随着虚拟仪器技术的不断发展，图形化的编程语言必将成为测试和控制领域内最有前途的发展方向。
2.2 LabVIEW的优势
对于我们学生而言，我们以前在实验室做模电实验的时候面对的是各种各样的真实的仪器。但是这种传统的实物实验模式有一些固有的缺陷，例如：①学生不熟悉线路连接，在连接仪器时极易出错。②线路连接错误，易造成电子元器件及测试仪器的损坏。学生不熟悉仪器操作也是造成仪器容易损坏的原因。③学生不能根据自己的学习进度安排实验时间，更不能像做家庭作业一样在课余时间进行练习。有限的教学时数与学生技能的提高矛盾突出。④实验的元器件离散性大，环境变化引起的温漂、干扰等因素会造成实验数据的偏差。⑤传统的电子技术实验是以实物为主的，设备易磨损老化，需要定期更新；教学实验室的设备配置与教学大纲的教学要求相对应，随着教学要求的提高及电子技术的飞速发展，实验设备的技术水平也不断提高，数量也要有所增加，这要消耗我们有限的教学经费。
而使用LabVIEW恰好能够弥补实验的不足。它的优点是：①在计算机上即可完成和实现实验的线路连接，例如，显示检测点的电压电流波形及对电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析等多种分析，及时获得实验结果。
②评估元器件参数变化（包括故障）对电路造成的影响。分析一些较难测量的电路特性，如进行噪声（Noise ）、频谱（Fourier ）、器件灵敏度（Sensitivity ）、温度特性（Temperature ）分析等。③可以在短暂的实验时间里快速完成较复杂的线路连接、测试工作。④可以很容易地实现对学生的量化评估。
2.3 LabVIEW 的应用
LabVIEW 自1986年正式推出，至今已发展到以最新版本LabVIEW 8.6 Express 为核心，包括控制与仿真、高级数字信号处理、统计过程控制、模糊控制和PID 控制等众多软件包，可运行于现今所有Windows 系统、Linux, Macintosh, Sun 和HP-UX 等多种平台的工业标准软件开发环境。其已被广泛应用于包括航空航天、工业自动化、通信、汽车、半导体和生物医学等世界范围内的众多领域，其概括如下:
（1）LabVIEW 应用于测试与测量
LabVIEW 已成为测试与测量领域的工业标准，通过GPIB,VXI,PLC,串行设备和插卡式数据采集板卡可以构成实际的数据采集系统。它提供了工业界最大的仪器驱动程序库，同时还支持通过Internet,ActiveX,DE 和SQL 等交互式通信方式实现数据共享，它提供的众多开发工具使复杂的测试测量任务变得简单易行.
（2）LabVIEW 应用于过程控制和工业自动化
LabVIEW 强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设计为过程控制和工业自动化提供了优秀的解决方案.同时由于NI 公司提供有全系列的基于PC 的多功能板卡，其与LabVIEW 在底层即实现了软、硬件的无逢连接，节约了系统的构建时间并增强了系统可靠性。
（3）LabVIEW 应用于实验室研究与自动化
LabVIEW 为科学家和工程师提供了功能强大的高技数学分析库，包括统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成算法、时域和频域分析等众多科学领域。在联合时域分析、小波和数字滤波器等高级或特殊分析场合，LabVIEW 提供有专门的附加软件包。
第三章 相关性原理
3.1相关性综述
所谓相关是指有明显的规律性，即在时间轴上任意时间间隔为τ的两个时刻的取值x(1t )与x(1t +τ)、x(2t )与x(t 2+τ)、x(t 3)与x(t 3+ )……x(t m )与x(t m +
τ)均大于或小于平均值m 。均有相同的符号，或者两者均大于平均值m 或均小于平均值m 。对于两两相乘总为正，求其均值的数值大，固相关性好。反之，若间隔τ的两个时刻的取值的取值x(t)、x(t+τ)没有明显的规律性，即符号有时相同有时相反，则对应两两相乘的乘积有时为正有时为负，求其均值，由于乘积相互抵消，均值的数值小，故相关性差。当τ→0时才呈现相关性的信号x(t),就是一个完全无规则的随机信号。
3.2自相关函数
自相关函数描述的是随机信号时间间隔为τ的任意两个时刻t 与（t+τ）的取值的相关性，记为(τ)或E[x(t)x(t+τ)]。当记录时间T 不为∞时，求得的
是估计值，记为()x R τ 。
（1） x(t)的自相关函数(t)定义如下：
(τ)=E[x(t)x(t+τ)]=0
1lim ()()T T x t x t dt T τ→∞+? 将连续时间信号x(t)用等时间间隔?t 采样取值，则时间t=n?t （n=0,1,2,…,N -1），时延τ=m ?t(m=0,1,2, …,I -1),得信号x(t)的离散时间序列x （n?t ）。当m??N 时，有
自相关函数估计值的离散时间表达式如下： 1
1()()()N x n R m x n x n m N -==+∑ 。 （2） 自相关函数的特点：
①τ=0时的自相关值
(0)。该值是自相关函数(τ)的最大值，且等于均方值ψ2。
2(0)为幅值的平方，用这种方法可以测量一未知信号的幅值。②确定性信号在所有τ值，包括τ→∞都有自相关函数值不为最小值m 2的数值存在，即x R (τ→∞)≠m2,而随机信号在很小的τ值，其自相关函数就降到最小值m2。③若确定性信号x(t)是周期信号，则它的自相关函数x R (τ)也是周期函数，其周期与信号x(t)的周期相同。
例：求正弦函数波x(t)=sin()A t ω?+的自相关函数，该正弦波周期为T=2ωπ/ 解：根据定义有
2222
11()()()sin()sin[()]T T T T x R x t x t dt A t A t dt T T ττω?ωτ?--=+=+++?? 令a=t ω?+则/dt da ω=，上式可写为
2()sin()sin()x A R a a da T ππ
τωτω-=+?
222[cos sin sin cos sin ]cos 2
A A ada a ada T ππππωτωτωτω--=+=?? 上式表明，正弦函数波x(t)的自相关函数x R (τ)是与初相位无关的余弦函数。余弦函数的周期T=2ωπ/与正弦函数波x(t)的周期相同。
（3）自相关函数可用于检测和识别淹没在随机噪声中的周期信号。
现在让我们求正弦波加噪声的自相关函数Rx(τ)。
设输入信号为x(t)=x 0(t)+N(t)式中：x 0(t)为正弦波信号，N(t)为干扰噪声。 x(t)的自相关函数Rx(τ)为R τ=0
1lim ()()T T x t x t dt T τ→∞+? =000
1lim [()()][()()]T T x t N t x t N t dt T ττ→∞+?+++? =00000
1lim [()()()()()()()()]T T x t x t x t N t N t x t N t N t dt T ττττ→∞+++++++? 因为干扰噪声N(t)、N(t+τ)与正弦信号x 0(t)、x 0(t+)不相关，故乘积象的积分为0，于是上式可写为
0000
1()lim [()()()()]()()T x x N T R x t x t N t N t dt R R T τττττ→∞=+++=+? 式中：第一项为正弦波的自相关函数；第二项为噪声的自相关函数。
由式可见，正弦波加噪声的自相关函数是正弦波自相关函数与随机噪声自相关函数之和。如果信号中有周期成分，则其自相关函数在τ很大时都不衰减，并且有明显的周期性。而不含周期成分的随机信号在τ稍大时自相关函数就趋近为0.
3.3互相关函数
（1）两个信号x(t)、y(t)的互相关函数的定义式为：
01[()()lim
()()T xy T R E x t y t x t y t dt T ττ→∞=+=+?。它描述了两个不同的随机信号在相隔τ的两个不同时刻值的相关程度。其定义的示图如下
图3-1
将连续时间信号x(t)、y(t)用等时间间隔取值采样，得离散时间序列x(i ?t)、y(i ?t)，以下简写为x(i)、y(i)。其中x(i):x(0).x(1),…,x(N-1) y(i):y(0),y(1),…y(N-1).其中：i=0,1,2…N-1;τ=k ?t;k=0,1,2…n-1.当n 小
于N 时，有互相关函数的离散时间表达式1
1()()()N xy i R k x i y i k N -==+∑ 。 （2）应用互相关函数可以测量同频率信号相位差。 相位差与相关函数的关系
若两个同频信号x(t)、y(t)的相位差为?，即x(t)=A sin t ω，
y(t)=B sin()t ωθ+式中A 、B 分别为被测信号x(t)、y(t)的幅值。
由互相关函数的定义式，信号x(t)与y(t)的互相关函数的估计值为
0011()()sin()sin()T T xy R x t y t dt A t B t dt T T τωωτ?=+=++?? 其中T 为信号周期。 0
1(0)sin()sin()T xy R AB t t dt T ωω?=+? 0
1sin()[sin()cos sin cos()]T AB t t t dt T ωω??ω=+? 20
01[sin ()cos sin()cos()sin ]T T AB t dt AB t t dt T ω?ωω?=+?? 当τ=0时，由三角函数的正交性可知，上式中的第二项为零，于是有
20(0)cos sin ()T xy AB R t dt T ?ω=? 0cos [1cos(2)]2T AB t dt T ?ω=-? =cos 2
AB ? 上式两边同时除以AB/2，于是可得相位差的余弦值为2cos (0)xy
R AB ?= 从而得到相位差为2(0)arccos[]xy R AB
?=
由上式可知，计算出两个信号幅值A、B以及它们在延时τ=0时的互相关函数，则可得到相位差的余弦值，进而可求得相位差。
第四章论文涉及的LabVIEW模块
4.1函数簇bundle
图4-1
簇（Cluster）是另一种数据类型，它的元素可以是不同类型的数据。它类似于C语言中的struct。使用簇可以把分布在流程图中各个位置的数据元素组合起来，这样可以减少连线的拥挤程度。减少子VI的连接端子的数量。
捆绑（Bundle）数据
Bundle功能将分散的元件集合为一个新的簇，或允许你重置一个已有的簇中的元素。可以用位置工具拖曳其图标的右下角以增加输入端子的个数。最终簇的序是取决于被捆绑的输入的顺序。上图中Bundle图标中部的Cluster端子用于用新元素重置原簇中的元素
节点element端口的个数必须与簇中元素的个数一致。用鼠标（定位工具状态）拖动节点的一角，或在图标element端口的右键弹出菜单中选择add input，可添加element端口。
4.2 while循环
当循环次数不能确定时，就需要用到while循环。While循环也是LabVIEW 最基本得结构之一，相当于c语言中的while循环和do循环。创建方法如下：
图4-2
选择while循环后在后面板拉出下图，最基本的while循环框架、重复端口
以及条件端口组成也如下图。
图4-3
只有当满足给定的条件时，才停止循环的执行。条件端口主要控制循环的
执行，每次循环结束时，条件端口便会检测通过数据连线输入的布尔值，若值为
false，停止执行循环；若值为ture，则继续执行下一次循环。如果不给条件端口赋值，则while循环只执行一次。
4.3 波形图
图形显示对于虚拟仪器面板设计是一个重要的内容。LabVIEW为此提供了
丰富的功能。Graph控件是对已采集数据进行事后处理的结果。它先将被采集数
据存放在一个数组之中，然后根据需要组织成所需的图形显示出来。它的缺点是
没有实时显示，但是它的表现形式要丰富得多。例如采集了一个波形后，经处理
可以显示出其相关函数图、频谱图。
各种图形都提供了相应的控件，以Graph为例介绍。图4-4所示为它的控件。
所有这些控件都包含在图形快速菜单的Visible Items选项下。
曲线图例可用来设置曲线的各种属性，包括线型（实线、虚线、点划线等）、线粗细、颜色以及数据点的形状等。
图形模板可用来对曲线进行操作，包括移动、对感兴趣的区域放大和缩小等。 光标图例可用来设置光标、移动光标，帮助你用光标直接从曲线上读取感兴趣的数据。
刻度图例用来设置坐标刻度的数据格式、类型（普通坐标或对数坐标），坐标轴名称以及刻度栅格的颜色等。
4.4 正弦波形发生器
sine wave.vi 图标调用路径
sine wave.vi 图标的调用路径是
functions>>analyze>>signal
processing>>signal generation>>sine wave.vi
sine wave.vi 图标与输入，输出端口参数
图4-5 sine wave.vi 图标
图4-6 sine wave.vi 图标与端口图
函数图标左侧一列为输入端口，即该函数调用钱的参数设置端口：
Samples ： 生成波形的总点数N
Amplitude ：生成波形的幅值。
F ： 生成信号的数字频率。
Phase in ：生成波形的初始相位。 Reset phase ：默认生成值为true 。当为ture 时，函数以Phase in 的值作为初始相位，如果该值为false ，则函数以上一次调用后的Phase out 输出值为此次波形的初始相位，显然，此时产生的信号波形是连续光滑的。
函数图标的右侧一列为输出端口，其各自的含义如下：
Sine wave ：数组名，该数组内存放所生成的波形数据。
Phase out ：当Reset phase 为ture 时，该参数无效。当Reset phase 为false
时，该参数作为下一次生成正弦波的初始相位。
Error ： 错误代码。若有错误，则输出错误代码。根据错误代码，查找LabVIEW
帮助文件，可以找到与错误代码对应的错误含义
4.5 相关性
（1）自相关函数
x(t)的自相关函数
(t)定义为x(t)与做τ时移后的信号x(t+τ)乘积后再作积分平均运算即
(τ)=01lim ()()T T x t x t dt T τ→∞+?特点：τ=0时的自相关值是自相关函数(τ)的最大值，且等于均方值；周期信号的自相关函数也是周期信号，且与原函数周期相同。
图标的调用：
Autocorrelation.Vi 图标的调用路径
执行functions>>analyze>>signal processing>>time
domain>>Autocorrelation.Vi 操作
其图标为
图4-7 Autocorrelation.Vi 图标
Autocorrelation.Vi 的参数设置
图4-8 Autocorrelation.Vi 图标及其窗口
图中左侧为输入端口参数，右侧为输出端口参数。
输入端口参数如下：
X ：输入序列。
输出口参数如下：
Rxx ：X 的自相关函数
error ：错误代码。若有错误，则输出错误代码。根据错误代码，查找LabVIEW
帮助文件，可以找到与错误代码对应的错误含义。
（2）互相关函数
两个信号x(t)、y(t)的互相关函数的定义为
(τ)=
1lim ()()T T x t y t dt T τ→∞+?。它描述了两个不同的随机信号在相隔τ的两个不同时刻值得相关程度。
图标的调用：
Cross correlation.Vi 图标的调用路径
执行functions>>analyze>>signal processing>>time domain>>Cross
ocorrelation.Vi 操作
其图标为
图4-9 Cross ocorrelation.Vi 图标
Cross ocorrelation.Vi 的参数设置
图4-10 Cross ocorrelation.Vi图标及其窗口图中左侧为输入端口参数，右侧为输出端口参数。
输入端口参数如下：
X：输入的第一个序列
Y：输入的第二个序列
Algorithm：运算法则，指定用的相关方法。当运算法则是直接的，VI就直接用线性相关法则来计算互相关函数。当运算法则在频域内的时候，VI
就会用基于FFT的方法计算互相关函数。如果X、Y都很小的话，直接计
算比较快。如果X、Y都很大的话，频域计算的方法计较快。另外，两种
方法计算的结果会有轻微的差异。
Normalization：指定计算X、Y互相关函数的常规方法。
输出口参数如下：
Rxy：X、Y的互相关函数
error：错误代码。若有错误，则输出错误代码。根据错误代码，查找LabVIEW 帮助文件，可以找到与错误代码对应的错误含义。
4.6高斯白噪声发生器
高斯白噪声即幅度分布服从高斯分布，而其功率谱密度又是均匀分布的。图标的调用：
Gaussian White Noise.Vi图标的调用途径functions>>analyze>>signal processing>>signal generation>>Gaussian White Noise.Vi操作
其图标为
图4-11 Gaussian White Noise.Vi图标
Gaussian White Noise.Vi的参数设置
图4-12 Gaussian White Noise.Vi图标及其窗口
输入端口参数设置如下：
Samples：高斯噪声的采样数。采样数必须大于0，默认值为128。
Standard deviation：标准偏差，默认值为1.
Seed：当此值大于0时，会使信号重新采样。默认值为-1.
输出端口设置如下：
Gaussian Noise pattern：产生高斯伪随机序列。伪随机序列的最大数量
由系统的记忆容量决定，理论上最大为2147483647个数值
error：错误代码。若有错误，则输出错误代码。根据错误代码，查找
LabVIEW帮助文件，可以找到与错误代码对应的错误含义。
第五章程序设计与结果分析
5.1虚拟正弦波仿真信号发生器
(1)功能描述
该正弦波仿真信号发生器可产生正弦信号指标如下
频率范围0.1Hz~~10kHz 可选
初始相位0~~180 可选
幅值0.1V~~5.0V 可选
生成波的总点数N=8~~512 可选
(2)前面板设计
（a）五个输入型数字控件
五个输入型数字控件供使用者键入生成正弦波的频率fx，初始相位，幅值，总采样点数N和采样频率fs
操作控件>>数值>>数值输入控件五次，得到五个输入型数字控件，分别标记为‘信号频率’‘采样频率’‘采样点数’‘信号幅值’和‘初始相位’（b）一个输出显示图形控件
输出显示型图形控件用来显示所产生的正弦波波形
执行控件>>图形>>波形图操作，调入图形控件图形。其横轴为时间轴。
利用labview进行信号的时域分析 信号的时域分析主要是测量测试信号经滤波处理后的特征值，这些特征值以一个数值表示信号的某些时域特征，是对测试信号最简单直观的时域描述。将测试信号采集到计算机后，在测试VI 中进行信号特征值处理，并在测试VI 前面板上直观地表示出信号的特征值，可以给测试VI 的使用者提供一个了解测试信号变化的快速途径。信号的特征值分为幅值特征值、时间特征值和相位特征值。 用于信号时域分析的函数，VIs,Express VIs主要位于函数模板中的Signal Processing子模板中，其中多数对象位于Waveform Measurements子模板，如图所示 LabVIEW8.0中用于信号分析的Waveform Measurements子模板 基本平均值与均方差VI 基本平均值与均方差VI-------Basic Averaged DC—RMS.vi用于测量信号的平均以及均方差。计算方法是在信号上加窗，即将原有信号乘以一个窗函数，窗函数的类型可以选择矩形窗、Haning窗、以及Low side lob窗，然后计算加窗后信号的均值以及均方差值。 演示程序的前面板和后面板如下图所示 Basic Averaged DC—RMS演示程序的前面板
Basic Averaged DC—RMS演示程序的后面板 平均值与均方差值 平均值与均方差值VI------Averaged DC—RMS.vi同样也是用于计算信号的平均值与均方差值，只是Averaged DC—RMS.vi的输出是一个波形函数，这里我们可以看到加窗截断后，正弦信号的平均值和均方差随时间变化的波形。 编写程序演示Average DC----Averaged—RMS.vi的使用方法，程序的后面板和前面板如下图所示 Averaged DC—RMS演示程序的后面板
电气与自动化工程学院《LabVIEW编程实训》评分表课程名称：LabVIEW编程实训 题目：基于labview的语音信号采集系统设计 班级：1601131自动化学号：160113113姓名：刘德旺 指导老师： 年月日
常熟理工学院电气与自动化工程学院《LabVIEW编程实训》技术报告题目：基于LabVIEW的语音信号采集系统设计 姓名：刘德旺 学号：160113113 班级：自动化131 指导教师：陈飞 起止日期：2016年6月20日－7月8日
LabVIEW编程实训答辩记录 自动化专业 1601131班级答辩人刘德旺 题目基于LabVIEW的语音信号采集系统设计 说明：主要记录答辩时所提的问题及答辩人对所提问题的回答
目录 1．任务书 (1) 2．基于LABVIEW的数据采集系统概述 (3) 2.1虚拟仪器概念与传统仪器概念主要区别 (3) 2.1.1LabVIEW虚拟仪器简介 (3) 2.1.2LabVIEW虚拟仪器特点 (3) 2.2 LabVIEW图形化程序的组成与特点 (4) 2.2.1前面版 (4) 2.2.2程序框图 (4) 2.2.3图标和连接器 (5) 3．语音信号采集总体设计方案与硬件配置 (6) 3.1语音信号采集系统的功能分析 (6) 3.2语音信号采集系统的总体构成 (6) 3.3语音信号采集系统的硬件配置 (6) 4．语音信号采集系统的软件设计与功能实现 (11) 4.1语音信号采集系统的软件前面板设计 (11) 4.1.1语音信号采样信息界面 (11) 4.1.2语音采集控制按钮界面 (11) 4.1.3时域波形和频域波形显示界面 (11) 4.2语音信号采集系统的软件程序框图设计 (12) 5．语音信号采集系统的运行与分析 (18) 6．收获与体会 (21) 参考文献 (23)
实验一 LabVIEW中的信号分析与处理 一、实验目的： 1、熟悉各类频谱分析VI的操作方法； 2、熟悉数字滤波器的使用方法； 3、熟悉谐波失真分析VI的使用方法。 二、实验原理： 1、信号的频谱分析是指用独立的频率分量来表示信号；将时域信号变换到频域，以显示在时域无法观察到的信号特征，主要是信号的频率成分以及各频率成分幅值和相位的大小，LabVIEW中的信号都是数字信号，对其进行频谱分析主要使用快速傅立叶变换(FFT)算法：·“FFT Spectrum(Mag-Phase).vi”主要用于分析波形信号的幅频特性和相频特性，其输出为单边幅频图和相频图。 ·“FFT.vi”以一维数组的形式返回时间信号的快速傅里叶运算结果，其输出为双边频谱图，在使用时注意设置FFT Size为2的幂。 ·“Amplitude and Phase Spectrum .vi”也输出单边频谱，主要用于对一维数组进行频谱分析，需要注意的是，需要设置其dt（输入信号的采样周期）端口的数据。 2、数字滤波器的作用是对信号进行滤波，只允许特定频率成份的信号通过。滤波器的主要类型分为低通、高通、带通、带阻等，在使用LabVIEW中的数字滤波器时，需要正确设置滤波器的截止频率（注意区分模拟频率和数字频率）和阶数。 3、“Harmonic Distortion Analyzer .vi”用于分析输入的波形数据的谐波失真度（THD），该vi还可分析出被测波形的基波频率和各阶次谐波的电平值。 三、实验容： (1) 时域信号的频谱分析 设计一个VI，使用4个Sine Waveform.vi（正弦波形）生成频率分别为10Hz、30Hz、50Hz、100Hz，幅值分别为1V、2V、3V、4V的4个正弦信号（采样频率都设置为1kHz，采样点数都设置为1000点），将这4个正弦信号相加并观察其时域波形，然后使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi对这4个正弦信号相加得出的信号进行FFT频谱分析，观察其幅频和相频图，并截图保存。
基于L a b V I E W 的数据采集与信号处理系统的设计 杜 娟1,邱晓晖1,赵 阳2,颜 伟2,缪 飞1 (1.南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003;2.南京师范大学电气与自动化工程学院,江苏南京210042) [摘要] 介绍了虚拟仪器领域中最具代表性的图形化编程开发平台L a b V I E W,并对基于L a b V I E W 编程环境实现数据采集进 行了研究,设计实现了一种基于L a b V I E W 8.5环境,以E M I 噪声分析仪为下位机的数据采集与信号处理系统的设计方法.该设 计方法主要实现了以R S 232为代表的串口通讯,数组转换及频谱分析等功能,结果表明应用该设计方法设计出的系统具有简 洁友好的人机界面,可直接在前面板上完成各种操作与观测.该设计方案较之目前大多数的设计方法相比有效地降低了程序的 运算量,节省了运算时间,成功实现了实时无差错的采集到由下位机发来的完整数据. [关键词] L a b V I E W,串口通讯,数组转换 [中图分类号]T M 461;T N 713+.7 [文献标识码]A [文章编号]1672-1292(2010)03-0007-04 D a t a A c q u i s i t i o n a n dS i g n a l P r o c e s s i n g S y s t e m B a s e do nL a b V I E W D u J u a n 1,Q i u X i a o h u i 1,Z h a o Y a n g 2,Y a n We i 2,Mi a o F e i 1 (1.C o l l e g e o f C o m m u n i c a t i o na n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ,N a n j i n g U n i v e r s i t y o f P o s t a n dC o m m u n i c a t i o n s ,N a n j i n g 210003,C h i n a ; 2.S c h o o l o f E l e c t r i c a l a n dA u t o m a t i o nE n g i n e e r i n g ,N a n j i n g N o r m a l U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210042,C h i n a )A b s t r a c t :L a b V I E W i s i n t r o d u c e di n t h i s p a p e r a s a k i n d o f m o s t r e p r e s e n t a t i v e g r a p h i c a l p r o g r a m m i n g p l a t f o r m s i n V i r - t u a l i n s t r u m e n t f i e l d ,a n dr e a l i z i n g d a t a a c q u i s i t i o n b a s e do n L a b V I E W p r o g r a m m i n g e n v i r o n m e n t i s s t u d i e d ,t h e n a d e - s i r e m e t h o d o f D a t a a c q u i s i t i o n a n dS i g n a l p r o c e s s i n g s y s t e m u s e dE M I n o i s e a n a l y z e r a s t h en e x t b i t m a c h i n e b a s e d o n l a b v i e w 8.5i s i n t r o d u c e d .T h es y s t e m r e a l i z e dR S 232s e r i a l c o m m u n i c a t i o n ,a r r a yc o n v e r s i o na n ds p e c t r a l a n a l y s i s f u n c t i o n s .T h e r e s u l t s h o w s t h a t t h e s y s t e m d e s i g n e d b y t h i s m e t h o d h a s a s i m p l e a n df r i e n d l y i n t e r f a c e ,a n d t h a t u s e r s c a n d o e v e r y o p e r a t i o na n do b s e r v a t i o n i n t h e f r o n t p a n e l d i r e c t l y .T h i s s c h e m e r e d u c e s t h e c a l c u l a t i o n p r o c e d u r e e f f e c - t i v e l y a n d s a v e t i m e ,a c h i e v e s t h e r e a l -t i m e a n d e r r o r -f r e e c o l l e c t e d t h e d a t a i n t e g r i t i l y . K e yw o r d s :l a b v i e w ,s e r i a l c o m m u n i c a t i o n ,a r r a y c o n v e r s i o n 收稿日期:2010-06-02. 基金项目:中国博士后基金(20080431126)、毫米波国家重点实验室开放基金(K 200903)、江苏省博士后基金(0702033B )、江苏省自然科 学基金(B K 2008429). 通讯联系人:邱晓晖,博士,副教授,研究方向:现代信号处理.E -m a i l :q i u x h @n j u p t .e d u .c n L a b V I E W (L a b o r a t o r y V i r t u a l I n s t r u m e n t E n g i n e e r i n g W o r k b e n c h )是基于图形编译G (G r a p h i c s )语言的虚拟仪器软件开发平台,具有数据采集、数据分析、信号发生、信号处理、输入输出控制等功能,是公认的标准数据采集和仪器控制软件.在L a b v i e w 环境下开发的应用程序称为V I (V i r t u a l I n s t r u m e n t ).一个完整的L a b V I E W 程序主要由前面板、程序框图和图标/连接端口3部分组成[1],前面板是交互式图形化用户界面,用于设置输入数值和观察输出量;程序框图是定义V I 功能的图形化源代码,包括前面板上没有但编程必须有的对象,如函数、结构和连线等,利用图形语言对前面板的控制量和指示量进行控制;图标/连接端口是用于把程序定义成一个子程序,以便在其他程序中加以调用.L a b V I E W 中自带450多个内置函数,专门用于从采集到的数据中挖掘有用的信息,用于分析测量数据及处理信号. 1 系统硬件结构部分 传导电磁干扰综合测量与分析系统可以对被测设备进行噪声诊断与抑制,包括硬件部分和软件部分[2,3].硬件部分的原理图如图1所示.系统硬件又分为模拟部分和数字部分,模拟部分由中心控制模块、第10卷第3期2010年9月 南京师范大学学报(工程技术版)J O U R N A LO FN A N J I N GN O R M A LU N I V E R S I T Y (E N G I N E E R I N GA N DT E C H N O L O G YE D I T I O N ) V o l .10N o .3S e p t ,2010
学号：14112203211 毕业设计(论文) 题目: 基于LabVIEW的语音信号分析系统的设计 作者贾邦稳届别2015 届 院别信息与通信工程学院专业电子信息工程 指导教师彭仕玉职称副教授 完成时间2015 年 5 月
摘要 虚拟仪器与传统仪器相比，实现了仪器的智能化、模块化、多样化等功能，体现出多功能、低成本等操作优点，应用前景广阔。随着计算机的出现及计算机技术的快速发展，语音信号处理技术更是得到了飞速发展，得到了广泛的应用，如语音合成技术、语音压缩编码和语音识别技术。 本设计利用虚拟仪器软件平台LabVIEW 设计了一个语音信号分析系统。先介绍了四种采集语音信号的方法，并选择采用录音机录制的方法采集语音信号，然后设计基于LabVIEW的时域信号的FFT分析模块，接着设计截止频率为3000Hz的Butterworth低通滤波器对语音信号进行滤波去噪，最后根据以上设计进行语音信号的时频分析、特性分析等。 关键词：虚拟仪器；LabVIEW；语音信号；时频分析；数字滤波器
Abstract Compared with traditional instruments, virtual instruments achieve the intelligent, modularity, diversity and other functions of the instrument, and reflect the operating advantages, such as multi-purpose, low cost, etc. So it has broad application prospect. With the advent of computers and the rapid development of computer technology, speech signal processing technology has been develop rapidly, and used widely, such as speech synthesis technology, speech coding and speech recognition technology. This design projects a speech signal analysis system based on the virtual instrument software platform LabVIEW. The first step is to introduce the methods of four kinds of voice signal acquisition, and select the method of recording voice signal by recorder . The second step is to design FFT analysis of time-domain signals which based on LabVIEW. Then design Butterworth low pass filter to realize the filtration of speech signals which cutoff frequency is 3000hz. Finally it is to achieve time-frequency analysis and characteristic analysis according to the the above designs. Key words：Virtual instruments；LabVIEW；Speech signal；time-frequency analysis；digital filter.
2012年第05期 吉林省教育学院学报 No.05，2012 第28卷JOURNAL OF EDUCATIONAL INSTITUTE OF JILIN PROVINCE Vol .28（总305期） Total No .305 收稿日期：2012—03—01 作者简介：满江红（1971—），男，吉林长春人。中国网通集团有限公司长春分公司网络建设部，技术主管，研究方向：综合通信技术。 基于LabVIEW 的信号与系统实验平台的设计 满江红 （中国网通集团有限公司长春分公司，吉林长春130000） 摘要：近年来，随着电子、计算机和网络技术的发展及其在测量仪器上的应用，产生了一种新的测试理论和方法———虚拟仪器（VirtualInstrument ，VI ）。所谓虚拟仪器，就是指用户通过计算机平台，根据自己的需求设计仪器的测试功能。虚拟仪器的出现打破了人们对仪器的传统观念，在测试系统和仪器设计中用户可以尽量用软件代替硬件，而无需购买大量的、昂贵的实验仪器设备。 关键词：LabVIEW ；信号与系统实验平台；设计中图分类号：TN911．6 文献标识码：A 文章编号：1671—1580（2012）05—0153—02 基于Lab VIEW 构建虚拟实验室正逐渐被越来越多的高校所采用， 本课题能避开硬件系统的不足，巧妙地运用软件来仿真硬件才能实现的实验结果， 大大降低了实验设备要求，节约了人力和财力，而且有很多的库函数可以在实验时直接调用，避免了用硬件做实验的局限性，可以更方便地做信号系统实验。 一、 LabVIEW 简介LabVIEW 是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。LabVIEW 提供很多外观与传统仪器（如示波器、信号发生器等）类似的控件，可以方便地创建用户界面。通过使用图标和连线编程对前面板上的对象进行控制，这就是图形化源代码，又称“G 代码”或 “程序框图代码”。LabVIEW 的核心是VI 。VI 有一个人机对话的用户界面— ——前面板（FrontPanel ）和相当于源代码功能的框图程序（Diagram ），前面板接受来自框图程序的指令。LabVIEW 还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等 二、整体设计该信号与系统实验台的整体设计方案是：根据LabVIEW 自上而下的设计思想，构建出整个实验平台的系统结构框图，先设计系统的主界面，再设计各 个实验子界面和实验模块，最后通过调用子VI 程序 来实现链接。主界面包括运行按钮， 停止按钮和三个实验模块选项栏，实验模块包括初级实验、中级实 验和高级实验。 （一 ） 平台系统结构图平台系统结构图如下所示： 图1平台系统结构图 （二）人机界面 点击运行按钮就出现操作界面，界面上包括初级实验、中级实验、高级实验等三部分，当点击相应实验就会出现各个实验题目，然后点击进入就可以进行相应实验了，实验完成点击停止按钮就可以结束本次实验。人机界面如下图所示： 3 51
第一章系统开发平台 1.1硬件平台 硬件平台是虚拟仪器的物理基础，所以为了完成虚拟仪器的设计，首先必须要选择合适的硬件平台。本文设计的系统，硬件平台主要由两部分组成：数据采集卡（DAQ）、PC机。硬件平台的结构如图1-1所示。 图1-1 硬件结构平台 1.1.1数据采集卡的选取 由于计算机所能识别的信号是数字信号，振动、温度、湿度等信号经过传感器和放大器可以输出为模拟电信号，必须经过离散化和数字化才能被计算机所识别，数据采集卡就是实现这一转换功能，为整个后续对信号处理中起到了乘前启后的关键作用。一般常用的数据采集卡（DAQ）的结构如图1-2 所示。 图1-2（a）共用一个A/D
图1-2（b）多个A/D 一般数据采集设备的两个主要指标： 1.采样率 对数据采集设备来说，采样率是A/D芯片转换的速率，不同的设备具有不同 的采样率，进行测试系统设计时应该根据测试信号的类型选择适当的采样率，盲 目提高采样率，会增加测试系统的成本。 2.分辨率 分辨率是数据采集设备的精度指标，用A/D转换的数字位数表示。如果把数 据采集设备的分辨率看作尺子上的刻度，同样长度的尺子上刻度线越多，测量就 越精确。同样的，数据采集设备A/D转换的位数越多，把模拟信号划分得就越细， 可以检测到的信号变化量也就越小。在图1-3所示中用一3位的A/D转换芯片去转换振幅为5V的正弦信号，它将峰—峰为10V的电压分成32=8段，则每次采样的模拟信号转换为其中的一个数字段，用000~111之间的码来表示。而用它得到 正弦波的数字图象是非常粗糙的。若改用16位的A/D转换芯片，则将10V电压2=65536段，经过A/D转换之后的数字图象是相当精细，完全能反映出原分成16 始的模拟信号。 图1-3 A/D芯片的位数对反映原始信号的影响
基于LabVIEW的数据处理和信号分析 Liu Y an Y ancheng Institute of Technology, Y ancheng, 224003, China E-mail: yanchengliu@https://www.doczj.com/doc/682491274.html, ·【摘要】虚拟仪器技术是一种数据采集和信号分析的方法，它包括有关硬件，软件和它的函数库。用虚拟仪器技术进行数据采集和信号分析包括数据采集，仪器控制，以及数据处理和网络服务器。本文介绍了关于它的原则，并给出了一个采集数据和信号分析的例子。结果表明，它在远程数据交流方面有很好的表现。 【关键词】虚拟仪器，信号处理，数据采集。 ·Ⅰ.引言 虚拟仪器是一种基于测试软硬件的计算机工作系统。它的功能是由用户设计的，因为它灵活性和较低的硬件冗余，被广泛应用于测试及控制仪器领域，。与传统仪器相比，LabVIEW 广泛应用于虚拟仪器与图形编程平台，并且是数据收集和控制领域的开发平台。它主要应用于仪器控制，数据采集，数据分析和数据显示。不同于传统的编程，它是一种图形化编程类程序，具有操作方便，界面友好，强大的数据分析可视化和工具控制等优点。用户在LabVIEW 中可以创建32位编译程序，所以运行速度比以前更快。执行文件与LabVIEW编译是独立分开的，并且可以独立于开发环境而单独运行。 虚拟仪器有以下优点： A：虚拟仪表板布局使用方便且设计灵活。 B：硬件功能由软件实现。 C：仪器的扩展功能是通过软件来更新，无需购买硬件设备。 D：大大缩短研究周期。 E：随着计算机技术的发展，设备可以连接并网络监控。 这里讨论的是该系统与计算机，数据采集卡和LabVIEW组成。它可以分析的时间收集信号，频率范围：时域分析包括显示实时波形，测量电压，频率和期刊。频域分析包括幅值谱，相位谱，功率谱，FFT变换和过滤器。另外，自相关工艺和参数提取是实现信号的采集。 ·II.系统的设计步骤 软件是使用LabVIEW的AC6010Shared.dll。包中的三个功能被使用。分别用AC6010- AD.VI，与AC6010- DI.VI和AC0610- DO.VI实现数据采集，数据输入和数据输出。测试范围的选择，对测试通道和测试时间的设置是由与AC6010- AD.VI完成的。在这里，测试范围为3-5V电压。由于LabVIEW的强大，一些额外的功能可以被添加到系统中。用户必须做几个步骤：
实验一LabVIEW中的信号分析与处理 一、实验目的： 1、熟悉各类频谱分析VI的操作方法； 2、熟悉数字滤波器的使用方法； 3、熟悉谐波失真分析VI的使用方法。 二、实验原理： 1、信号的频谱分析是指用独立的频率分量来表示信号；将时域信号变换到频域，以显示在时域无法观察到的信号特征，主要是信号的频率成分以及各频率成分幅值和相位的大小，LabVIEW中的信号都是数字信号，对其进行频谱分析主要使用快速傅立叶变换(FFT)算法： ·“FFT Spectrum(Mag-Phase).vi”主要用于分析波形信号的幅频特性和相频特性，其输出为单边幅频图和相频图。 ·“FFT.vi”以一维数组的形式返回时间信号的快速傅里叶运算结果，其输出为双边频谱图，在使用时注意设置FFT Size为2的幂。 ·“Amplitude and Phase Spectrum .vi”也输出单边频谱，主要用于对一维数组进行频谱分析，需要注意的是，需要设置其dt（输入信号的采样周期）端口的数据。 2、数字滤波器的作用是对信号进行滤波，只允许特定频率成份的信号通过。滤波器的主要类型分为低通、高通、带通、带阻等，在使用LabVIEW中的数字滤波器时，需要正确设置滤波器的截止频率（注意区分模拟频率和数字频率）和阶数。 3、“Harmonic Distortion Analyzer .vi”用于分析输入的波形数据的谐波失真度（THD），该vi还可分析出被测波形的基波频率和各阶次谐波的电平值。 三、实验内容： (1) 时域信号的频谱分析 设计一个VI，使用4个Sine Waveform.vi（正弦波形）生成频率分别为10Hz、30Hz、50Hz、100Hz，幅值分别为1V、2V、3V、4V的4个正弦信号（采样频率都设置为1kHz，采样点数都设置为1000点），将这4个正弦信号相加并观察其时域波形，然后使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi对这4个正弦信号相加得出的信号进行FFT频谱分析，观察其幅频和相频图，并截图保存。
课题名称基于LabVIEW8.0的虚拟函数信号发生器的设计 指导教师姓名肖俊生 学生姓名刘增辉 专业自动化 学号 0967106205
基于LabVIEW的虚拟函数信号发生器的设计 摘要 本文实现了基于LabVIEW8.5的虚拟正弦波、方波、三角波、锯齿波以及任意信号波形的信号发生。操作人员可以根据需要,改变波形的频率、幅值、相位、偏移量等参数，并可保存波形的分析参数到指定文件。本论文首先简介了虚拟函数信号发生器的开发平台，及虚拟信号发生器的设计思路，并且给出了基于LabVIEW的虚拟信号发生器的前面板和程序设计流程图，讲述了功能模块的设计步骤，提供了虚拟发生器的前面板。本仪器系统操作简便，设计灵活，具有很强的适应性。 【关键词】：虚拟仪器，LabVIEW，信号发生器 第一章虚拟仪器（Virtual Instrument） 1.1 虚拟仪器概念 虚拟仪器的起源可追溯到20世纪70年代。“虚拟”的含义主要是强调了软件在这类仪器中的作用，体现了虚拟仪器与主要通过硬件实现各种功能的传统仪器的不同。由于虚拟仪器结构形式的多样性和适用领域的广泛性，目前对于虚拟仪器的概念还没有统一的定义。美国国家仪器公司（National Instruments Corporation，NI）认为，虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种计算机操纵的模块化仪器系统。 虚拟仪器主要由通用的计算机资源（例如微处理器、内存、消声器）、应用软件和仪器硬件（例如A/D\、D/A、数字I/O、定时器、信号调理等）等构成。使用者利用应用软件将计算机资源和仪器硬件结合起来，通过友好的图形界面来操作计算机，完成对测试信号的采集、分析、判断、显示和数据处理等功能。虚拟仪器中的硬件主要用于解决信号的调理以及输入、输出问题。而软件主要用于实现对数据的提取、分析处理、显示以及对硬件的控制等功能，这些功能在传统电子仪器中往往通过硬件来实现。图1-1给出了一种利用数据采集卡实现的虚拟
信号与系统课程设计周期三角波的合成设计与实现
目录 引言 (3) 2虚拟仪器开发软件LabVIEW8.6入门 (4) 2.1LabVIEW8.6介绍 (4) 2.1.1LabVIEW的定义： (4) 2.1.2LabVIEW的用途： (4) 2.1.3LabVIEW的发展历程： (4) 2.2利用LabVIEW8.6编程完成的一些习题设计 (5) 3利用LabVIEW8.6实现周期性三角波信号的叠加的设计 (22) 3.1 周期性三角波信号的叠加的基本原理 (22) 3.2 周期性三角波信号的叠加的编程设计及实现 (23) 结论 (28) 参考文献 (29)
引言 “最初只存在机器语言，计算机的世界里一片黑暗。可是不久，汇编语言问世了，给计算机的世界投下了一缕曙光。后来，Fortran 的出现带来了光明。”LabVIEW 图形化编程语言的出现终于把人们——尤其是工程师和科学家们从繁杂的编程工作中解放出来，使他们能够真正专心于自己所关注的事情。 虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件三大要素构成的。计算机与仪器硬件又称为VI 的通用仪器硬件平台。 传统仪器 虚拟仪器 能厂商定义功能 用户定义功能 关键字：虚拟仪器 LabVIEW 图形化 计算机 P R O C E S S O R B U S C o n d i t i o n i n g T i m i n g A / D D /A D I /O T I /O DISPLAY AND CONTROL 488 P O R T 礟 M a t h M E M O R Y 礟R O M
2虚拟仪器开发软件LabVIEW8.6入门 2.1LabVIEW8.6介绍 2.1.1LabVIEW的定义： LabVIEW（Lab oratory V irtual I nstrument E ngineering W orkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。 LabVIEW程序被称为VI（Virtual Instrument），即虚拟仪器。 LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。 LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等。 2.1.2LabVIEW的用途： LabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域。LabVIEW不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统 2.1.3LabVIEW的发展历程：
信号与线性系统课程设计 报告 课题名称：基于LABVIEW的心电信号的分 析 班级:通信102班 姓名：杨成方 学号：102140 成绩： 指导教师：王宝珠 日期：2012.12.30
基于LABVIEW的心电信号的分析 摘要： 心电信号分析系统是读取心电信号文件，并对其做一定的数字信号处理，以及进行频谱分析等。 Labview是一种带有图形控制流结构的数据流模式,程序执行是由数据驱动，同时也是一种图形化的编程语言。本设计采用Labview综合运用其丰富的VI库来实现心电信号的读取、线性插值、滤波、谱分析。该课题利用VI库中索引数组、数组子集、字符串--数值转换、While循环、For循环、chebyshev滤波器等，得到了简单的读取、插值、滤波、谱分析等功能，对心电信号做简单的数字信号处理。 关键词：Labview,心电信号，VI库，谱分析 1课程设计的目的、意义 本课题主要研究基于Labview的数字心电信号初步分析及其各种滤波器的应用。通过完成本课题的设计，了解基于LabVIEW虚拟仪器的特点和使用方法，熟悉并掌握LabVIEW的使用及练习使用其不同的功能，了解人体心电信号的时域特征和频谱特征，通过对心电信号的滤波处理、频谱分析，进一步了解数字信号的分析方法，进一步加深对各种滤波器（巴特沃斯、切比雪夫、反切比雪夫)的理解。此外，通过本课题的设计，培养运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 心电信号分析是一门比较实用的电子工程的专业课程。当今社会，心血管疾病是发病率和死亡率最高、对人类生命威胁最大的疾病。心电信号预处理就是对心电信号的时域特征、频域特征进行了解，以便以后对心电信号的自动识别起到一定的基础作用。另外，Labview具有强大的虚拟仪器功能和软件开发功能，运行速度快、兼容性和移植性好、方便易用，适合于课程设计短期内完成。 2 设计任务及技术指标 课题所用信号是美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库（一个权威性的国际心电图检测标准库），近年来应用广泛，为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH 数据库共有48个病例，每个病例数据长30min，总计约有116000多个心拍，包含有正常心拍和各种异常心拍，内容丰富完整。 为了读取简单方便，采用其txt格式的数据文件作为我们的源心电信号数据。利用labvIEW提供的文件I/O函数，读取txt数据文件中的信号，并且还原实际波形。 2.1设计任务 设计一个基于虚拟仪器的简单的心电信号分析系统，对原始心电信号做输入
第七章信号分析与处理 7．１概述 LabVIEW 6i版本中，有两个子模板涉及信号处理和数学，分别是Analyze子模板和Methematics子模板。这里主要涉及前者。 进入Functions模板Analyze》Signal Processing子模板。 其中共有6个分析VI库。其中包括： ①．Signal Generation（信号发生）：用于产生数字特性曲线和波形。 ②．Time Domain（时域分析）：用于进行频域转换、频域分析等。 ③．Frequency Domain（频域分析）： ④．Measurement（测量函数）：用于执行各种测量功能，例如单边FFT、频谱、比例加窗以及泄漏频谱、能量的估算。 ⑤．Digital Filters（数字滤波器）：用于执行IIR、FIR 和非线性滤波功能。 ⑥．Windowing（窗函数）：用于对数据加窗。 在labview\examples\analysis目录中可找到一些演示程序。 7．２信号的产生 本节将介绍怎样产生标准频率的信号，以及怎样创建模拟函数发生器。参考例子见examples\analysis\sigxmpl.llb。 信号产生的应用主要有： ●当无法获得实际信号时，（例如没有DAQ板卡来获得实际信号或者受限制无法访 问实际信号），信号发生功能可以产生模拟信号测试程序。 ●产生用于D/A转换的信号 在LabVIEW 6i中提供了波形函数，为制作函数发生器提供了方便。以Waveform>>Waveform Generation中的基本函数发生器（Basic Function Generator.vi）为例，其图标如下： 其功能是建立一个输出波形，该波形类型有：正弦波、三角波、锯齿波和方波。这个VI会
利用LabVIEW实现信号处理 摘要 信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域，而频谱分析正是信号处理中的一个非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成，价格昂贵，体积庞大，不便于工程技术人员携带。而基于LabVIEW设计的虚拟频谱分析仪，用软件代替硬件，价格低，便于工程技术人员完成现场信号的采集、处理及频谱分析。 现今最有代表性的图形化编辑软件——LabVIEW，用之模拟从DAQ板卡中采集到一路带有均匀白噪声的正弦信号，显示其波形，并分析、显示其幅频特性曲线以及相频特性曲线。另外本文还根据LabVIEW中的子程序，实现了语音信号的录音与播放。 关键词虚拟仪器数据采集总线 LabVIEW 1.1 LabVIEW简介 LabVIEW (laboratory virtual instrument engineering wokbench——实验室虚拟仪器工程平台)的概念,是直观的前面板与流程图式的编程方法的结合,是构建虚拟仪器的理想工具。LabVIEW和仪器系统的数据采集、分析、显示部分一起协调工作, 是简化了而又更易于使用的基于图形化编程语言G的开发环境。 LabVIEW集成了很多仪器硬件库,如GPIB/VXI/PXI/基于计算机的仪器、RS232/485协议、插入式数据采集、模拟/数字/计数器Ｉ/Ｏ、信号调理、分布式数据采集、图像获取和机器视觉、运动控制、PLC/数据日志等。 与传统的编程方式相比,使用LabVIEW设计虚拟仪器,可以提高效率4～10倍。同时,利用其模块化和递归方式,用户可以在很短的时间构建、设计和更改自己的虚拟仪器系统。1.2用LabVIEW设计虚拟仪器的步骤 LabVIEW编程一般要经过以下几个步骤。 1、总体设计：根据用户需求，进行VI总体结构设计，确定面板布局与程序流程，并保证所使用的虚拟仪器硬件在LabVIEW函数库中有相应的驱动程序。 2、前面板设计：在LabVIEW的前面板编辑窗口，利用工具模板和控件模板进行VI前面板的设计。 3、方框图编程：在LabVIEW的方框图编辑窗口，利用工具模板和函数模板进行方框
第５期（总第１７４期） ２０１２年１０月机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．５ Ｏｃｔ． 文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０５－００４０－０ ２基于ＬａｂＶＩＥＷ的振动信号测试与分析系统的开发 何政军，王晓龙，庞尔军 （华北电力大学机械工程系，河北 保定 ０７１００３ ）摘要：以图形化编程语言ＬａｂＶＩＥＷ作为开发平台，设计并搭建了虚拟振动测试分析系统，介绍了各功能模块可以实现的功能，配合必要的硬件设备，实现了对简支梁振动信号的采集、处理和分析。关键词：ＬａｂＶＩＥＷ；振动测试；信号中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 收稿日期：２０１２－０５－１４；修回日期：２０１２－０５－２ ５作者简介：何政军（１９８８－） ，男，浙江衢州人，在读硕士研究生，研究方向：数字化设计制造与虚拟仪器。０ 引言 虚拟仪器是由美国国家仪器公司（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＮＩ）最早提出的概念，由于其具有开发周期短、 可扩展、性价比高等优点，使得虚拟仪器逐渐取代了传统仪器［１ ］。本文充分利用虚拟仪器技术、数据采集和信号分析处理技术，搭建了振动测试分析系统。１ 振动测试分析系统硬件构成 振动测试分析系统硬件结构框图如图１所示。系统硬件由９１０１压电式加速度传感器、ＹＥ５８５２电荷放大器和ＮＩ９２３４数据采集卡及装有ＬａｂＶＩＥＷ软件的计算机组成。 图１ 振动测试分析系统硬件结构框图 ＮＩ９２３４采集卡有４个模拟信号输入通道和１个 模拟信号输出通道，精度均为２４位， 并且其增益可由软件控制，采样速率最高可达５１．２ｋＳ／ｓ ，对于双极性信号，输入电压信号范围在±５Ｖ之间。ＹＥ５８５２电荷放大器增益为０．０１ｍＶ／ｐＣ～１ ０００ｍＶ／ｐＣ，精度为±１％。９１０１压电式加速度传感器为通用型宽频带传感 器，其电荷灵敏度为３０ｐＣ／ｍｓ２ ，频率范围为０．２ｋＨｚ～ １０ｋＨｚ，谐振频率为２７ｋＨｚ，输出电压为±１０Ｖ。２ 振动测试分析系统软件设计由于ＬａｂＶＩＥＷ基于模块化程序设计思想，因此在振动测试系统的开发过程中也基本上遵循这一思 想， 在总体方案确定后，根据所需的不同功能分别组建各种功能模块，最后再进行集成和调试。 根据振动测试的需要和层次化及面向对象的编程思想，把整个系统分成数据采集、信号预处理、时域分 析、频域分析和频响分析５个模块。系统软件设计的总体方案如图２所示。 测试分析系统的前面板包括数据分析处理结果显示、 模块选择和数据采集参数设置３部分。在前面板中可以通过点击右侧下拉列表和转动旋钮来设置数据采集过程的采样点数、采样频率、采样电压和保存实测数据的文件路径；点击左侧的模块选择标签可以切换 不同的分析处理结果， 包括激励信号、响应信号和滤波信号的显示以及信号的相关性分析、功率谱分析、ＦＦＴ 变换、频响分析和统计分析的结果。 图２ 系统软件设计的总体方案 程序框图是完成程序功能的图形化原代码，包括 前面板上控件的连线端子以及连线编写程序等。通过指定程序框图中输入、输出的信号数据，可以完成对虚拟仪器的操作与控制，实现其具有的信号采集、数据分析处理等功能。 ３ 实际振动信号的采集与分析 配合测试系统所需的必要硬件，利用搭建的振动测试分析系统采集由ＬＣ１３０力锤激励简支梁（固有频率５０Ｈｚ左右） 产生的振动信号，其中采样频率为２ ０４８Ｈｚ，对采集的振动信号进行分析处理，并进一步说明各模块可实现功能的划分。
LabVIEW的数据采集与信号处理 摘要: 针对虚拟仪器技术具有性能高, 易于实现硬件和软件集成等特点, 将虚拟仪器技术和LabvIEW 应用于测试领域。以计算机和NI 9201 数据采集卡为硬件, 以LabVIEW8. 6 软件作为开发平台, 构建了数据采集与信号处理的虚拟测试系统。系统由信号源和信号处理模块组成。 关键词:虚拟仪器; LabVIEW; 数据采集; 信号处理 虚拟仪器是指以通用计算机作为系统控制器, 由软件来实现人机交互和大部分仪器功能的一种计算机仪器系统。NI 公司开发的LabVIEW 是目前最为成功的虚拟仪器软件之一, 它是一种基于G 语言的32 位编译型图形化编程语言, 其图形化界面可以方便地进行虚拟仪器的开发, 并在测试测量、数据采集、仪器控制、数字信号处理等领域得到了广泛的应用。 1虚拟仪器测试系统的结构 以美国国家仪器公司N I 的LabV IEW8. 6 作为开发平台, 配合NI 公司的N I 9201 数据采集卡作为硬件实现该测试系统的设计。该系统可实现单、双通道的模拟信号的采集、虚拟信号的产生, 同时完成对信号的分析与处理, 测试系统的核心是前端数据采集和后续信号处理。虚拟仪器测试系统的结构框图如图1 所示。 图1 虚拟仪器测试系统的结构框图 2 程序设计模块 该测试系统体现了NI公司提出的软件即是仪器的思想, 以LabVIEW8.6为平台, 设计的虚拟仪器能够完成对数据采集卡采集的模拟信号进行分析与处理, 同时, 利用LabVIEW 的强大功能, 开发了虚拟信号发生器模块, 使得该虚拟仪器对仿真信号进行分析与处理。也即该测试系统的信号源包括: 数据采集卡采集的模拟信号; 虚拟信号发生器模块产生的仿真信号。据采集与信号处理系统的结构框图如图2 所示。 图2数据采集及信号处理系统的结构框图 2. 1. 1 数据采集卡采集的模拟信号 以NI 公司的NI 9201 数据采集卡作为硬件, 实现该数据采集系统的设计。NI 9201 提供8 个