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图2-1 NI USB6251
信号采样
数据采集卡上的（DAQ ）传感器上的接收到的模拟信号， 当被采集之后经过采样、量化、编码之后变为数字信号输送到 上位计算机中进行设定、分析、处理。数据采集主要包括传感 器、数据采集、调理以及测量系统、输入信号的分析。 数据采集技术的应用十分广泛对在数字信号处理中是相当 重要的部分，如图3-1所示为m(t)信号的时域波形图。经过如图 3-2的抽样信号的抽样，可以得到抽样之后的ms(t)信号的波形图 3-3。从图3-1、图3-2和图3-3。可以得到一个信号从采样开始的 变化。
传统仪器与虚拟仪器比较
传统仪器 以硬件为核心 系统更新复杂，硬件更换麻烦 价格昂贵 设备由厂家设置，不方便更改 开发周期非常漫长 与周边设备连接麻烦 系统开放性弱
虚拟仪器 以软件虚拟为核心 非常容易开发和更新 价格低廉 用户自定义设备功能，随意更改 开发周期短 与周边设备连接简易 系统开放性强大
设计目的
三角波方波叠加实例
现在将三角波与方波（ 50Hz ）进 行叠加处理。如图4-11所示的程序原 理图所示。同时得到叠加后的波形如 图4-12所示。
方波信号与三角波信号叠加程序图
巴特沃斯滤波器设计
本设计以巴特沃斯滤波器为核心，将巴特沃斯滤波器函数至于条件结构之 中，以数值输控件filter type控制巴特沃斯滤波器的滤波器类别 ,Labview软件 的巴特沃斯滤波器有如表所示
在使用数据采集卡之前需要先核对数据采集卡的针脚逻 辑定义，确认针脚定义后按实验所需的信号数实际链接针 脚，针脚连接需要注意好不同信号的输入不可混淆，将设 备与电脑连接如图所示。
信号采集
将PC机与数据采集卡（DAQ）相连接需要对Labview进行一定的设置。具 体步骤如下：在函数板上的测量I/O中选中DAQ-mx，之后通过Labview 自带的驱动程序设置好我们所要测量的数据类型之后生成VI。应用如 图5-5,与5-6的程序图，为对正弦波与三角波进行采样。
白噪声发生器模块
白噪声发生器的设计程序图如图所示。这个 程序图是以均匀白噪声发生器为核心，以一个输 入控件控制白噪声的采样频率，最后以波形图输 出白噪声信号。其中的白噪声采样控制的是均匀 白噪声的采样数（必须大于 0 ，且默认值为 128 ）。 我们直接取白噪声幅度值默认为1。我们可以设定 不同的均匀白噪声幅度。
分割
数据采集卡
1.1.1 数据采集卡 NI USB 6351 数据采集卡NI USB 6351 如图2-1所示。其技术指如下所示： 16路模拟输入通道, 1.25 MS/s (单通道), 1 MS/s (多通 道); 16位分辨率, ±10 V。2路模拟输出, 2.86 MS/s, 16 位分辨率 , ± 10 V 。 24 条数字 I/O 线 ( 其中 8 条为 10 MHz硬件定时线)。4路32位计数器/定时器, 针对PWM、 编码器、频率、事件计数。高级定时和触发 , 配有 NISTC3定时和同步技术。支持Windows 7/Vista/XP操作系 统。
信号叠加模块设计
将原始正弦波信号与白噪声信号两信号通过一个加法 器，最后波形显示出叠加之后的波形其程序图如图4-8 所 示。所以根据图4-6与图4-7所示的程序图与波形图的噪声 信号，原始信号进行叠加处理得到如图4-9所示波形,图49 中原始信号频率为 20Hz 。在原始信号相同条件下改变 均匀白噪声幅度设为10得到叠加后波形如图4-10所示。我 们可以发现噪声的幅度越大，叠加后的失真也越明显。
图3-1 m(t)信号时域 波形图
图3-2 抽样信号波 形
图3-3 ms(t)信号波形
采集系统构成
数据采集和数据处理的结构图如图所示 . 要对数据采集板进行初始化， 之后才能进行采样处理。外界的信号通过DAQ板卡采集外界的信息，之后 经过A/D模数转换器转换后使模拟信号变为数字信号，数字信号进入缓存器 中,然后输入计算机当中之后通过 Labview 对得到的信号进行再次处理，处 理完的数据结果通过计算机可显示出来。
信号采集
将上述采集的方波与三角波 （50Hz）进行叠加处理，如图5-10所示为两种波 形叠加的程序图。
信号叠加
将上述正弦波信号通过巴特沃斯带通滤波器，带通滤波器的技术指标 为：高截止频率为20Hz、低截止频率为1Hz、采样频率为500Hz、阶数为 10。用图的滤波器的程序图，得到的滤波后的波形如波形图图所示。因为 此处的均与白噪声较大幅度值较高所以影响到了滤波后的波号发生器产生的信号值作为信号源（为模拟 信号），然后经过数据采集之后转换为数字信号，之后进入 Labview中进行与均匀白噪声互相叠加，得到的叠加信对其 进行数字信号处理，通过滤波器得到滤波后的信号并对其进 行频谱分析。同时实际应用部分的程序图如图5-1所示。
数据采集卡驱动及任务设置
虚拟仪器部分
计算机作为虚拟仪器的基础，这个基础一般被分为硬件部分与软 件部分。详细的对其进行划分可以分为三部分：传感器部分、数据采 集模块部分（组成虚拟仪器的硬件部分）和计算机（实现软件操作部 分）。下面介绍上述功能：传感器:外界环境中的状态变化可以利用传 感器测量出来，电信号有如下特征，因为垫子测量仪器只能够识别出 电压信号与电流信号对于光强、温度、压力等等信号无法进行测量， 而对于非电信号的外界信号我们必须先将其转换为电信号在进行测量。 采集模块：将外界的物理信号转换为测量的电信号的仪器是传感器。 但是单单的电信号并不能用计算机对其进行数字信号处理，计算机无 法进行识别，所以对于转化而来的电信号还要将其进行模数转换，将 模拟的电信号转换为计算机可识别的数字信号。一般可以利用模数转 换器（ADC）完成。计算机:很明显，在虚拟仪器的结构中，计算机是 一个极其重要的模块。因为它是虚拟仪器应用程序的运行环境。
1
数据卡采集过程
2
信号叠加与变换过程
项目背景
20世纪80年代中期，软件就是仪器这一虚拟仪器概念由美国国 家仪器公司（National Instrument简称NI）提出。将计算机硬件与仪 器硬件通关计算机软件有机且合理的组成，大大缩小了一起硬件成 本与体积大小，并且可以通过软件对数据进行显示、存储、处理等 等。我们将计算机 的强大的计算处理能力与仪器的对外界环境的测 量能力的结合是一大进步。纵观历史，电子测量仪器从模拟测量仪 器发展到智能测量仪器最后发展到虚拟测量仪器，当硬件平台I／O 接口设备与计算机确定后，我们通过软件编程从而能实现硬件功能 软件可以实现。计算机技术的发展的过程中虚拟仪器的发展也有很 大的提升，且与互联网及周边其他设备的联系，我们只需通过改变 部分软件程序就可以不断地改变、提升和扩展仪器的测量能力和功 能，虚拟仪器的设计可以靠用户自己设计创造，给仪器的使用者带 来数不尽的便利与收益，对虚拟仪器技术的推广有深远的影响。
Labview构成介绍
前面板
后面板
各类模块介绍
原始信号发生器设计 原始信号发生器的程序图如图所示。以正弦波信号发生器为核心以 输入数值VI分别用来控制正弦波发生器的采样频率和频率大小，最后 以波形图输出正弦波信号。采样是正弦波的采样数。（默认值为128）。 频率旋钮控制的是信号的频率大小，单位为周期/采样数的归一化频率。 归一化频率等于模拟频率*采样数值。
本次课题设计建立在 Labview 开发平台之上， 用数据采集卡（ DAQ ）对数据进行采样、量化和 编码将模拟信号转换为数字信号，然后通过数据采 集卡的 USB 接口送入 PC 机，最后通过 Labview 软 件平台后检出数据处理系统进而对数据进行波形显 示、数据储存、滤波、数据分析及处理等功能。
傅里变换模块设计
在Labview 的信号产生模板提供的常用的信号发生器中找到均匀 白噪声发生器，使其产生一个均匀白噪声，再将均匀白噪声输入到一 个巴特沃斯高通滤波器，使其产生一个高频噪声，将此高频噪声与一 正弦信号合并从而产生一个混合信号。再将混合信号输入到一个低通 滤波器进行低通滤波，滤掉高频噪声。将滤波后的信号输入到实数 FFT.vi中的X端进行快速傅里叶变换处理，使时域信号转换为频域信号。 然后经过复数至极坐标转换后将其显示出来。
导师： 刘 艳
10通信A班 邱振建 邝兆赫 张炘
目录
Contents
1
选题背景 仿真程序设计 数据采集与研究
2 3
4
数据处理与总结
选题背景
1 2
项目背景
设计目的
仿真程序设计
1
实现信号叠加和处理的程序结构
2
Labview程序设计
数据采集与研究
1
数据采集的设计
2
3
信号叠加
滤波与傅里叶变换
数据处理与总结
0 1 2 3 Lowpass Highpass Bandpass Bandstop
对于Labview软件中的巴特沃斯滤波器采样频率默认值为1HZ,由一个 输入值VI控件控制.滤波器中的高截止频率fh，以Hz为单位。当滤波器类型选 为0 (lowpass)或1 (highpass)时，改滤波器的VI忽略该参数。当滤波器的类型 选为2 (Bandpass)或3 (Bandstop)时，高截止频率fh必须大于低截止频率. 低 截止频率:fl是低截止频率(Hz)。滤波器类型为2 (Bandpass) 或3 (Bandstop) 时，低截止频率:fl必须小于高截止频率fh。
研究结论与未来展望
Thank you