基于LabVIEW的抛物线内插设计

沈阳航空航天大学课程设计论文基于LabVIEW的抛物线信号内插设计第1页LABVIEW课程设计报告基于labview的抛物线内插设计学院：自动化专业：测控技术与仪器班级：04070101学号：2010040701031姓名：张亚雄指导教师：吴星刚课程设计时间：2012年12月10日—2012年12月23日目录TOC\o"1-3"\h\z0.前言 21.总体方案设计 31.1抛物线信号恢复显示原理 42.LabVIEW下的程序设计 52.1软件层次设计 72.2程序框图的设计 73.调试及结果分析 93.1运行检验 93.2调试分析 104.结论及进一步设想 10参考文献 11课设体会 11附录基于LabVIEW的抛物线信号内插设计 121.1抛物线信号恢复显示原理整个电路的工作原理是首先设计一个信号恢复系统，信号恢复系统运用抛物线内插显示的方式。抛物线插值的基本原理是用一条通过三个已知信号点的抛物线来表示信号的函数关系，然后从抛物线上等距离取值插入相应的位置，构成新的插值序列，接着再用直线将新的插值序列连接起来。这样得到的波形就平滑多了，也更接近真实信号。抛物线的数学表达式为：（1）上式是一个二次方程，因此抛物线插值又称二次插值。抛物线通过三个已知点，和，即满足条件：，，（2）令，则，，；，，；，，。这样，含有、两个因子，令，利用确定其中的系数，得“（3）类似地可以得出（4）（5）于是（6）称为以为结点的插值基函数，称为插值数组。整体程序流程图如图2所示：信号信号恢复系统数据采样原始采样信号曲线结束仿真抛物线信号插值恢复信号曲线开始图2整体程序流程图2.LabVIEW下的程序设计在LabVIEW中，有两处地方可用来生成模拟信号，一是SignalGeneration模板，二是WaveformGeneration模板。SignalGeneration模板按照图3中（a）→（b）→（c）→（d）的顺序进入，WaveformGeneration模板按照图3中（a）→（b）→（e）的顺序进入。（b）Analyze模板（a）Functions选项板（c）SignalProcessing模板（d）SignalGeneration模板（e）WaveformGeneration模板图3信号生成模板SingalGeneration模板和WaveformGeneration模板的功能大同小异，生成的信号类型差不多，主要区别是WaveformGeneration模板包含了信号的时间信息，波形是时间的函数；而SingleGeneration模板则不包括。WaveformGeneration模板中个模块参数设置更为灵活，功能更强大，其中的许多模块是在SignalGeneration模板的基础上进一步开发的。由于并没有专门的仿真抛物线信号发生器，所以采用公式函数信号发生器如图4，.通过输入抛物线公式来实现仿真抛物线信号的产生。图4公式函数信号发生器2.1软件层次设计在本次课设中，由于整体的程序框图比较复杂，并不能用单个屏幕进行显示，所以这里采用子VI的形式。通过总VI对子VI的调度，从而实现程序册各方面应用。LabVIEW中的子VI相当于文本编程语言中的函数、过程和子程序，就是可以被其他的VI调用的VI。可以将任何一个定义了图标和连接器的VI作为另一个VI的子VI进行调用。调用的方法是在框图窗口打开时，选择Functions模板Functions→AllFunctions→SelectaVI…，然后在弹出的“ChoosetheVItoopen；”对话框中定位所要调用的子VI，将其双击打开后，就可以与LabVIEW内置VI和函数一样放在框图上。2.2程序框图的设计子VI主要是二阶抛物线内插恢复显示系统，实现的主要方式是，从信号序列开始处取三个采样点组成一个插值数组进行等距离内插，且仅仅在第一个点和第二个点之间内插。由于是等距离内插，因此插值的每个点的时间很容易算出，然后利用公式（6）计算出插值点处的值，如图5所示。一个插值数组处的内插完成后，将所有的插值连同插值数组第一个值一起放入插值序列中。接下来去掉插值数组中第一个采样点，加入一个新采样点组成一个新的插值数组继续插值，直至最终采样点结束。图5抛物线插值算法实现过程图6子VI前面板总VI由于将内插过程做成了子程序，因此程序框图相当简单，它包括波形采样、内插和显示三个步骤。如图7、8所示，是总VI的前、后面板。图7总VI前面板图8总VI后面板3.调试及结果分析3.1运行检验基于上述设计的方案，对实验的整体程序进行验证，首先更改公式函数信号发生器的公式输入端，使产生一个相对完整的仿真抛物线波形，如图9所示。键入合适的采样信号频率、采样信息和插入点数，运行该后可以观察原始采样波形和抛物线内插后的波形，如图10所示。从图中可以看出内插后的抛物线比原始波形平滑的多，达到了课程设计的要求。图9原始采样波形图10整体程序验证3.2调试分析整个实验调试过程中出现了很多问题，由于时间过长，对于LabVIEW的软件已经不太熟悉，所以在应用其函数时找不到其准确的位置，，于是通过LabVIEW中的帮助，教材上的讲解和老师同学的指导，一点点的修改最后搭成了完整的回路。另外在子VI中，由于算法的连接中x的值均采用整数进行循坏所以可能有些微的不够尽善尽美，相信通过继续的学习可以解决这个技术难题！4.结论及进一步设想本设计实现了对抛物线采样信号的内插恢复显示，对仿真抛物线信号进行采样，对采样信号进行内插，显示原始采样信号及插值后曲线。与此同时，本设计也存在着很大的设计空间，如还可以实现多种其他信号的恢复显示功能，有很高的研究价值。参考文献[1]杨乐平.虚拟仪器设计概论.北京：电子工业出版社，2003.[2]秦文虎.虚拟现实基础及可视化设计.北京：化学工业出版社，2009.[3]张毅.虚拟仪器技术分析与应用.北京：清华大学出版社，2005.[4]侯国屏.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计.北京：机械工业出版社，2004.[5]徐涛、宋崎、胡立夫.虚拟仪器技术实验指导书.沈阳.沈阳航空航天大学，2010.[6]戴鹏飞.测试工程与LabVIEW应用.北京.电子工业出版社，2006.课设体会两周的虚拟仪器课设已经结束，在这两周中，通过指导老师吴星刚老师的辅导和同学的帮助，基本上达到了课设题目的要求，这让我倍感欣慰，首先在这里感谢我的老师和同学，没有你们的帮助，我想我的课设将难上加难。课设并没有我想象的那么容易，从借阅辅导书，到复习虚拟仪器的知识，再到开始动手进行实践，设计LabVIEW程序，每一步都让我体验的困难的滋味，这不仅仅是一次编写程序的过程，更是思维、想法的磨练。每次碰到难题，参考教辅，思考问题，寻求帮助，整个过程让人异常疲惫。幸不辱命，完成了整个课设的过程，现在任何疲惫都不能影响我内心的欣喜。通过这次课设，把之前并不是很熟悉的虚拟仪器知识重拾起