课程设计报告----电压信号采集、滤波与综合分析.doc

虚拟仪器课程设计电压信号采集、滤波与综合分析姓名：徐珊珊班级：机0804专业：测控技术与仪器指导教师：马怀祥电压信号采集、滤波与综合分析1、虚拟仪器的概念与特点随着计算机技术的飞速发展,计算机与传统的仪器仪表结合成为一种趋势,其强大的功能是传统仪器所无法比拟的.虚拟仪器是在通用计算机平台上,用户根据自己的需求来定义和设计测试功能的仪器系统.也就是说虚拟仪器是由用户利用一些基本硬件及软件编程技术组成的各种各样的仪器系统.概括来说,它主要由以下特点:软件是虚拟仪器的核心虚拟仪器的硬件确立后,它的功能,如抗混淆滤波、小波分析等，主要是通过软件来实现的，软件在虚拟仪器中具有重要的地位。美国国家仪器公司（ni）就曾提出一个著名的口号：软件就是仪器。虚拟仪器的性价比高一方面，虚拟仪器能同时对多个参数进行实施高效的测量，同时，由于信号的传送和数据的处理几乎都是靠数字信号或软件，所以还大大降低了环境干扰和系统误差的影响。此外，用户也可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能，大大缩短了仪器在改变测量对象时的更新周期；另一方面，采用虚拟仪器还可以减少测试系统的硬件环节，从而降低系统的开发成本和维护成本，因此使用虚拟仪器比传统仪器经济。虚拟仪器具有良好的人机界面在虚拟仪器中，测量结果是通过由软件在计算机屏幕上生成的、与传统仪器面板相似的图形界面由软面板来实现的。虚拟仪器具有与其它设备的互联能力如和vxi总线或现场总线等的接口能力，此外，还可以将虚拟仪器接入网络，如in-tranet等，以实现对现场生产的监控和管理。作为新型仪器，它有许多传统仪器无法比拟的地方。这使得虚拟仪器的应用领域非常广泛，据估计，到下个世纪初中叶，我国将有60%的仪器为虚拟仪器。2、虚拟仪器的组成原理虚拟仪器充分利用了当代先进的科技产品和技术，如计算机、模块化的数据采集调理电路及总线技术等。从图1可以看出它主要有硬件和软件两大部分组成。图1虚拟仪器的硬件硬件是虚拟仪器工作的基础，它的主要功能是完成对被测信号的采集、传输和显示测量的结果。虚拟仪器的硬件主要是由计算机和信号采集调理部件组成的，其中计算机包括微处理器、存储器和显示器等，它主要用来提供实时高效的数据处理性能。而信号采集调理部件可以是gpib仪器模块、vxi仪器模块、pxi仪器模块或数据采集卡，它主要用来传输和采集信号。目前用的比较多的是数据采集卡和vxi仪器模块，尤其是数据采集卡特别为广大科技人员所钟爱。另外，虚拟仪器还有一个优秀的硬件平台vxi总线系统，它是一种在世界范围内开放的、适于多供货商的32位高速模块化仪器总线。虚拟仪器的软件软件在虚拟仪器中地位非常重要，它肩负着对数据进行分析处理的重压，如数字滤波、小波分析或频谱变换等。在很大程度上，虚拟仪器系统能否成功的运行，就取决于虚拟仪器的软件。虚拟仪器可以分为几个层次，其中包括仪器驱动程序、应用程序和软面板程序。仪器驱动程序主要用来初始化虚拟仪器，设置特定的参数和工作方式，使虚拟仪器保持正常的工作状态。应用程序主要用来对输入计算机的数据进行分析和处理，用户就是通过编制应用程序来定义虚拟仪器的功能。软面板程序用来提供虚拟仪器与用户的接口，他可以在计算机屏幕上生成一个与传统仪器面板相似的图形界面，用于显示测量的结果等。同时，用户还可以通过软面板上的开关和按钮，模拟传统仪器的各种操作，通过键盘或鼠标实现对虚拟仪器的操作。通常在编制虚拟仪器的软件时可以采用两种编程方法：一种是传统的编程方法，采用高级语言，如vc+、vb等编写虚拟仪器的软件；另一种是采用现在流行的图形化编程方法，如用ni公司的labview或hp公司的vee等编程。采用图形化编程的优势是软件开发周期短、编程容易，特别适合不具有专业编程水平的工程技术人员使用。3、虚拟仪器的软件开发平台labviewlabview是一个搞笑的图形化程序设计环境，它结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的c编程语言。提供了一个直觉式的环境，与测量紧密结合。在这个平台上，各种领域的专业工程师和科学家们通过定义和连接代表各种功能模块的图标来方便迅速地建立高水平的应用程序。针对测试测量和过程控制领域，提供了大量的仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、图标等。通过控制编辑器可将现有的控制对象修改成适合自己工作领域的控制对象。使用图标表示功能模块，使用图标间的连线表示在各功能模块间传递的数据，这样使得编程过程与思维过程非常近似。提供程序调试功能。可以在源代码中设置断点，单步执行源代码，在源代码的数据流连线上设置探针，在程序运行工程中观察数据流的变化。继承传统的编程语言中的结构化和模块化编程的优点，采用编译方式运行32位应用程序，提高了运行程序的速度。支持多种系统平台。在任何一个平台上开发的labview应用程序可直接一直到其他平台上。提供了大量的函数库供调用。具有实时性，支持数据采集板和gpib、串口设备、vxi仪器、pci、工业现场总线以及用户特制的板卡，免费提供世界各大厂商的600多种gpib、串口设备、vxi仪器、cammac设备的驱动程序。它提供dll库接口和cin代码调用来使用户有能力在labview平台上使用其他软件平台编译的模块。4、labview特点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。与其他基于文本的程序设计语言相比，labview具有如下特点。（l）直观、易学易用。与visual c、visual basic等计算机编程语言相比，图形化编程工具labview有一个重要的不同点：不采用基于文本的语言产生代码行，而使用图形化编程语言g编写程序；产生的程序是框图的形式，用框图代替了传统的程序代码。因而可在很短的时间内被掌握并应用到实践中去，特别适合硬件工程师、实验室扶术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用。（2）通用编程系统。 labview的功能并没有因图形化编程而受到限制，依然具有通用编程系统的特点。labview有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。该函数库包括数据采集、gpib、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。 labview也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其通过程序的结果、单步执行等，便于程序的调试。labview的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其他语言的开发环境更方便、更有效。（3）模块化。 labview还有一个特点是模块化，体现在两个方面。首先，labview中使用的基本节点和函数等就是一个个小的模块，可以直接使用；另外，由labview编写的程序即虚拟仪器模块（virtrual instrument，vi），除了作为独立程序运行外，还可作为另一个虚拟仪器模块的子模块（即子vi）供其他模块程序使用。5、设计简介本设计以共有三大部分组成：数据采集与滤波、时域分析和频域分析。数据采集与滤波该部分由daq助手产生仿真的电压信号，模拟了数据采集卡6320某一通道的输出情况。其设置情况如图图2daq助手6320数据采集卡产生一个仿真的正弦信号，但是该信号有一定的噪声，因此采用了滤波器进行滤波，尽量消除噪声。前面板设计如图3图3后面板设计如图4图4时域分析在该模块对滤波信号进行了时域的各项分析，包括卷积、自相关和互相关。卷积前面板设计如图5图5卷积后面板设计如图6图6自相关前面板设计如图7图7自相关后面板设计如图8图8互相关前面板设计如图9图9互相关后面板设计如图10图10频域分析该模块对滤波信号进行频域的各项分析，包括频谱、幅度谱和相位谱、实部和虚部谱以及功率谱。频谱前面板设计如图11图11频谱后面板设计如图12图12幅度谱和相位谱前面板设计如图13图13幅度谱和相位谱后面板设计如图14图14实部和虚部谱前面板设计如图15图15图14实部和虚部谱后面板设计如图