基于LABVIEW信号处理器的设计

基于LABVIEW的信号处理器

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摘 要

利用LabVIEW建立更加简洁方便的虚拟示波仪,频谱分析仪等,产生原始信号并组成了对信号的分析处理系统。首先是对原始信号进行时域波形显示,频域频谱显示。最后再对滤波后的信号进行相关分析,除掉谐波干扰信号。最终完成对所有干扰信号的过滤。

虚拟仪器的出现是测量仪器发展历史上的一场革命。它充分利用最新的计算机技术来实现和扩展仪器的功能，用计算机屏幕可以简单地模拟大多数仪器的调节控制面板，以各种需要的形式表达并且输出检测结果，用计算机软件实现大部分信号的分析和处理,完成大多数控制和检测功能。用户通过应用程序将一般的通用计算机与功能化模块硬件结合起来,通过友好的界面来操作计算机,就像在操作自己定义，自己设计的单个仪器,可完成对被测量的采集，分析，判断，控制，显示，数据存储等。

虚拟仪器是一种高效用于构建数据采集与监测系统图形化编程语言。使用虚拟仪器，您快速创建用户界面，让您交互控制您的软件系统。要指定您系统的功能，您只需装配块关系图—一种自然的设计表示科学家和工程师。测量硬件紧密集成方便了数据采集、分析与演示文稿解决方案的快速发展。

关键词： LabVIEW 虚拟仪器 前面板 后面板

基于LABVIEW的信号处理器

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ABSTRACT

Using LabVIEW to establish a more concise and convenient

virtual

oscilloscope, spectrum analyzer and so on, to produce the original signal and

the

composition of the signal analysis and processing system. The first is on the original

signal time-domain waveform display, frequency spectrum display. Finally,

the

filtered signal correlation analysis, remove the harmonic interference signal.

The

final completion of all interference signal filtering.

The emergence of virtual instrumentation is a revolution in the history of the

development of measuring instruments. It fully utilizes the latest computer

technology to implement and extend the instrument function. Using the image of a

computer screen can be easily simulate a variety of equipment control panels to the

needs expressed in the form of the output of test results. Using computer software to

achieve most of the signal of the analysis and processing to complete a variety of

control and test function. The user through the application of general-purpose

computer program modules and features of the hardware together. Through friendly

graphical interface to operate this computer. As in operating their own definition of

individual instruments of their own design can be measured to complete the

acquisition, analysis, determine, control, display, data storage and so on.

LabVIEW is a highly productive graphical programming language for

building data acquisition an instrumentation systems.With LabVIEW, you quickly

create user interfaces that give you interactive control of your software system. To

specify your system functionality,you simply assemble block diagrams - a natural

design notation for scientists and engineers. Tis tight integration with measurement 基于LABVIEW的信号处理器

3 hardware facilitates rapid development of data acquisition ,analysis,and presentation

solutions.

Key words：LabVIEW ;virtual ; front panel ;back panel

第一章 引言

1.1虚拟仪器

所谓虚拟仪器,就是在以计算机为核心的硬件平台上,其功能由用户定义和设计,具有虚拟面板,其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。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实现信号数据的运算、分析和处理;利用I/ O 接口设备完成信号的采集、测量与调试,从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。

1.1.1 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。而软件主要基于LABVIEW的信号处理器

4 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仪器。

与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下优点。

（1）虚拟仪器的软件和硬件具有开放性、模块化、互换性以及可重复使用等优点。例如，为了提高仪器的性能，可加入一个通用的仪器模块，或者更换一个仪器模板，而不必重新购买整个仪器。

（2）在通用硬件平台搭建后，由软件来实现仪器的具体功能，即软件在虚拟仪器中具有重要的作用。

（3)虚拟仪器的功能是由用户根据实际需要通过软件来定义的，而不是事先由仪器商定义的。

（4）虚拟仪器研制的周期较传统仪器大为缩短。

（5）虚拟仪器的性价比较高。

（6）由于虚拟仪器技术是建立在计算机技术和数据采集技术基础上的，因而技术更新较快、成本较低、测试自动化程度较高，而且可与网络及其他设备互联。

（7）虚拟仪器具有友好、灵活的人机界面，传统仪器的界面较呆板。

1.1.2虚拟仪器的分类

虚拟仪器随着计算机的发展和采用总线方式的不同，一般可分为六种类型。

（1）PC总线插卡型虚拟仪器

这种方式借助插入计算机内的数据采集卡与专用的软件构成测试系统。PC-DAQ/PCI插卡是最廉价的形式，从数据采集的前向通道到后向通道的各个环节都有对应的产品。它充分利用了PC的机箱、总线、电源及软件资源，因而也受PC机箱环境和计算机总线的限制，存在诸多的不足。美国NI公司提出的PXI总线，是PCI总线计算机在仪器领域的扩展，由它形成了具有性能价格比优势的最新虚拟仪器测试系统，但由于技术新、成本高，目前使用还不普及。

（2）GPIB总线方式的虚拟仪器

GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电

传感器

信号调理

数据采集卡

数据处理 虚拟仪器面板 基于LABVIEW的信号处理器

5 子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台BPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。用GPIB通用仪器总线，可替代传统的人工操作方式，在计算机的控制下完成复杂的测量。我国几百家厂商的数以万计的仪器都配置了GPIB总线，应用遍及科学研究、工程开发、医药卫生、自动测试设备、射频、微波等各个领域。

（3）VXI总线方式虚拟仪器

VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。经过多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。

（4）PXI总线方式虚拟仪器

PXI总线方式是PCI总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局总线。PXI的高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统只有3~4个扩展槽，通过使用PCI—PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。

（5）并行总线方式虚拟仪器

最新发展的一系列可连接到计算机并行接口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内，完成各种测量功能。