第4章基于LabVIEW的信号发生、分析与处理
LabVIEW分析与信号处理
LabVIEW基本分析与处理VI
• 数学
– – – – – – – – – – – – – – – Numeric Elementary and Special Functions BLAS/LAPAC-based Linear Algebra Curve Fitting Interpolation / Extrapolation Probability and Statistics Optimization Ordinary Differential Equations Geometry Polynomial Formula Parsing 1D & 2D Evaluation Calculus Zeros …
声音与振动 阶次分析 图像处理 机器视觉 时间序列
• • • •
数字滤波器设计 系统仿真 控制器设计 系统识别
LabVIEW 开发信号处理应用
麦克风阵列声源定位系统
设计与仿真
配置与调试
数据采集
分析与验证
试验系统配置
测试结果
1.67kHz
4.0kHz
R&D工程师们
麦克风阵列声源定位应用
LabVIEW中的数字滤波器设计
应用实例— — 谱估计
应用实例— — 汽车引擎故障检测
异常工作点
Demo
应用实例— — 脑磁场MEG信号分离
应用实例— — Fetal ECG信号分离
应用实例 — — 多元信号频谱分析
时变信号的典型处理方法
类型 I
信号特征：
类型 II
信号特征：
频率
频率
时间
分析方法： 分析方法：
时间
联合时频分析
2. 定点实现的量化模型建立
基于LabVIEW的信号相关分析的研究
大众科技 DA ZHONG KE JI
No.3，2008 (Cumulatively No.103)
基于 LabVIEW 的信号相关分析的研究
丁硕
（渤海大学信息科学与工程学院，辽宁 锦州 121000）
【摘 要】简要地介绍了 LabVIEW 的结构和特点，阐述了相关分析的基本原理，提出了基于 LabVIEW 环境下相关测量分
（2）
Rx(τ
=0)=E[x(t)x(t +τ)]=E[x(t)x(t)] =E[x2(t)]=ψ2
（3） 并且
有： Rx (τ = 0) =ψ 2 = σ 2 + m2 = Rx (0)
即τ=0时的自相关值为自相关函数的最大值，且等于均方值。
设已知一个正弦函数信号 x(t) = A sin(ωt + ϕ)，该正弦波
∫ Rxy
(τ
)
=
E[ x(t )
y(t
+
τ
)]
=
lim
T →∞
1 T
T x(t) y(t + τ ) dt
0
（6）
它描述了两个不同的随机信号在间隔τ的两个不同时刻
的相关程度。
时移为τ的两信号x(t)和y(t)的互相关系数为：
【收稿日期】2008-01-10 【作者简介】丁硕，男，天津人，渤海大学信息科学与工程学院助教，硕士。
（一）信号相关分析概述
在测试技术领域，相关是个非常重要的概念。相关是指 两个变量之间的线性关系。相关分析是分析两个信号或一个 信号在一定时移前后之间关系的重要工具。两个随机变量x 和y 之间的相关程度常用相关系数ρxy 来描述:
ρ = = { σxy xy σxσ y
基于LabVIEW的数据处理和信号分析
基于LabVIEW的数据处理和信号分析Liu Y anY ancheng Institute of Technology, Y ancheng, 224003, ChinaE-mail: yanchengliu@·【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。
基于LabVIEW的数据处理和信号分析
基于LabVIEW的数据处理和信号分析Liu Y anY ancheng Institute of Technology, Y ancheng, 224003, ChinaE-mail: yanchengliu@·【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。
Labview的应用-数学分析和信号处理
y (3 2 x)2 x
因此利用一元函数最小值Vi函数即可找到该一维函数在[0,1.5]上的最小值。
常微分方程
解常微分方程在工程计算中经常用到，通过解常微分方程可以解决很多 几何、力学和物理学等领域的各种问题。Labview提供了多个Vi函数用于解 常微分方程。
常微分方程函数列表
常微分方程数值解举例
数字信号处理函数面板
信号处理子面板列表
信号发生
在很多情况下需要在没有硬件的情况下对系统进行仿真实验或验证系统 是否正确，在某些情况下可能还需要通过D/A变换向硬件输出波形。这时候就 需要波形发生函数来模拟产生需要的波形。 LabVIEW有两个信号发生函数面板，其中Waveform Generation用于产生 波形数据类型表示的波形信号，Signal Generation用于产生一维数组表示的 波形信号。
导致繁杂的连线，反而由于采取了图形化编程和文本编程相结合的方式，它比单 纯的文本编程语言具有更大的优势。
Labview提供的数学分析函数如下：
数学分析VI函数面板
按不同的数学功能，数学分析VI函数库被分为12个子面板分为12类：三角函数、指数函数、双曲线函数、门函 数、离散数学函数、贝塞尔函数、γ 函数、超几何分布函数、椭圆积分、 指数函数、误差函数和椭圆抛物函数。
数字信号处理
作为自动化测量领域的专业软件，数字信号处理是Labview的重要组成部分之 一。高效、灵活、强大的数字信号处理功能也是Labview的重要优势之一。它将信 号处理所要的各种功能封装为一个个的VI函数，用户利用这些现成的信号处理VI 函数可以迅速地实现所需功能，而无须再为复杂的数字信号处理算法花费精力。
Waveform Generation
第4章 基于LabVIEW的信号发生、分析与处理
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
4.2.2平均直流-均方根
“平均直流-均方根.vi”同样也是用于计算信号的平均直流 DC及均方根RMS值，只是Averaged DC-RMS.vi的输出是一 个波形数据。其图标和端口如图4-18所示。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
4.2.3 周期平均值和均方根
“周期平均值和均方根.vi”可以测量信号在一个周期中的 均值及均方根值。其图标和端口如图所示。
• LabVIEW 2011中“谐波失真分析.vi”、“SINAD分析.vi”、 “失真测量Express VI”能够实现输入信号的谐波分析，输出 THD、SINAD和各次谐波分量幅值的信息。 • 本节介绍失真测量Express VI，将Express VI放置在框图中， 会自动弹出属性对话框，如图所示。
Hilbert变换是一种重要的变换，它常用于通信系统和数 字信号处理系统中，如提取瞬时频率和相位信息，计算单边 频谱，获取振荡信号的包络，进行回声检测和降低采样速率 等。
快速希尔伯特变换.vi图标和端口如图所示。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
4.3.3 功率谱分析
LabVIEW 2011提供了非常多的用于功率谱分析与计算 的VI，如自功率谱、互功率谱、单边互功率谱、非平均采样 信号频谱等。“自功率谱.vi”用于计算时域信号的单边且已缩 放的自功率谱。“功率谱.vi”用于计算信号的双边功率谱，其 图标和端口如图所示。
4.2.6 幅值和电平测量
“幅值和电平测量”Express VI用于测量信号的电压。将 Express VI放置在框图中，会自动弹出一个初始化配置窗口， 如图所示。
周鹏 安徽工程大学电气工程学院
4.2.7 提取单频信息
“提取单频信息.vi”用于提取信号的频率、幅值和相位等信 息。其图标和端口如图所示。
基于LabVIEW的信号处理技术研究
基于LabVIEW的信号处理技术研究第一章：引言信号处理是一门重要的学科，广泛应用于通信、电子、医学和其他领域。
随着科学技术的发展，对信号处理技术的要求也越来越高。
本文将通过对基于LabVIEW的信号处理技术的研究，探讨其在实践中的应用和发展。
第二章：LabVIEW简介2.1 LabVIEW的特点LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的图形化编程语言和开发环境。
其主要特点包括直观的可视化编程界面、庞大的函数库以及强大的数据分析和处理功能。
2.2 LabVIEW的应用领域LabVIEW广泛应用于工程、科研和教育领域，尤其在信号处理方面具有独特的优势。
通过LabVIEW，我们可以快速搭建信号采集系统、实现实时信号处理、进行数据分析和仿真等。
第三章：信号处理基础3.1 信号与系统信号可以是连续的或离散的，我们需要对信号进行采样与量化，并通过系统进行滤波、变换等操作，以提取其中的有用信息。
3.2 傅里叶变换傅里叶变换是一种重要的信号处理技术，可以将一个信号从时域变换到频域。
通过傅里叶变换，我们可以对信号的频谱进行分析，进而实现滤波、频域特征提取等操作。
3.3 小波变换小波变换是一种多尺度的信号处理技术，在时域和频域上都具有较好的分析性能。
通过小波变换，我们可以对信号进行局部分析，捕捉信号中的瞬态特征，并实现信号压缩和降噪等操作。
第四章：基于LabVIEW的信号处理技术4.1 信号采集与显示LabVIEW提供丰富的工具和函数，可以实现多种数据采集方式。
通过使用合适的硬件设备，我们可以将外部信号以模拟或数字形式输入到计算机中，并通过LabVIEW进行可视化显示。
4.2 实时信号处理LabVIEW具有强大的实时处理功能，能够在短时间内对信号进行采集、分析和处理，并实时显示结果。
基于LABVIEW信号发生系统
基于LABVIEW的信号发生系统1、LABVIEW概述1.1 Labview简介LabVIEW[2]〔Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench〕是一种用图标代替文本行创立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 [2]那么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VI及函数的执行顺序。
VI指虚拟仪器，是 LabVIEW [2]的程序模块。
LabVIEW [2]提供很多外观与传统仪器〔如示波器、万用表〕类似的控件，可用来方便地创立用户界面。
用户界面在 LabVIEW [2]中被称为前面板。
使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进展控制。
这就是图形化源代码，又称G代码。
LabVIEW [2]的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。
1.2 LABVIEW的应用LABVIEW有很多优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。
测试测量：LABVIEW最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。
经过多年的开展，LABVIEW在测试测量领域获得了广泛的成认。
至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。
同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。
这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的根底上再开发程序就容易多了。
有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。
控制：控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的LabVIEW自然而然地首先拓展至控制领域。
LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块----LabVIEWDSC。
除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。
论文-基于NIELVIS电子实验设计
基于NI ELVIS的电子实验设计摘要随着低本钱高性能的计算机资源普及运用，数字化仪器平台逐渐取代传统电子仪器已成为一种趋势。
我国理工科学校的教学、科研需要大量的测量分析仪器设备，特别是电子类实验教学，每种仪器都必须配置多套，而且有些仪器设备价格十分昂贵。
因此购置仪器设备的巨大投入经费，一般学校难以承受，造成仪器设备缺乏和过时旧等现象，严重影响教学科研效果。
另外，由于传统电子学实验室教学模式存在的弊端，造成实验室设备利用率低，实验信息管理混乱，实验教师工作繁杂，最终不仅仅浪费了学校大量的人力物力，而且学生还不能真正地掌握实验，培养过关的动手能力〔学校实验室仪器配备不全，一些必要的实验无法展开〕。
如果把虚拟仪器运用到实验教学和科研中，不但可以节约大量仪器设备的经费投入，而且能够提高实验教学和科研的质量与效率。
尤其是NI ELVIS在数字电路实验教学中的应用，效果更为明显。
关键词:电子技术实验教学虚拟仪器LabVIEW 优势Based on the NI ELVIS electronic experimental designAbstractWith popularization using low-cost high-performance puter resources, digital instrument platform is gradually replacing traditional electronic instrument has bee a trend.School teaching and scientific research in science and engineering in our country needs a lot of measurement analysis instruments, especially the electronic experimental teaching, each instrument must be configured more sets, and some equipment is very expensive. Therefore buy equipment investment funds, general school unbearable, causing the phenomenon such as lack of obsolete and outdated equipment, seriously affect the effect of teaching and research. In addition, due to the insufficiency of the traditional electronics laboratory teaching mode, lab equipment utilization rate is low, the experiment information management chaos, the experiment teachers work multifarious, in the end not just wasted a lot of school resources, and students can't really control experiment, train pass ability (school laboratory instrumentequipped with is not plete, some necessary experiments can not open).If the virtual instrument is applied to the experiment teaching and scientific research, not only can save a lot of instruments and equipment of funds investment, but also can improve the quality and efficiency of experiment teaching and scientific research. Especially the virtual instrument in the digital circuit experiment teaching, the application of effect is more obvious.Keywords: electronic technology experiment teaching advantages of virtual instrumentLabVIEW目录摘要I引言- 1 -1. 1传统电子学实验室教学模式的弊端- 1 -1. 1.1 实验室设备利用率低- 1 -1. 1.2实验信息管理混乱- 1 -1. 1.3 实验教师工作繁杂- 1 -1. 2 虚拟仪器在电子实验教学中的应用- 1 -1. 2.1 虚拟仪器概述- 2 -1. 2.2 LabVIEW的编程简介- 2 -1. 2.3 虚拟仪器中的数字电子技术- 2 -第一章数字电路教学实验的设计- 5 - 1.1平台的构建- 5 -1.2半加器的设计- 6 -1.3全加器的设计- 7 -1.4比拟器的设计- 8 -1.5双向同步计数器的设计- 9 -1.6与非门的设计- 10 -1.7 D触发器的设计- 11 -1.8 JK触发器的设计- 12 -1.9 译码器的设计- 13 -第二章虚拟数字示波器的设计与实现- 15 - 2.1虚拟示波器的介绍- 15 -2.2软件设计思想- 16 -2.3 前面板设计- 17 -2．4信号采集模块- 19 -2.5信号测量和分析控制模块- 19 -2.6虚拟示波器的具体软件设计- 20 -第三章基于虚拟仪器的实验室设计方案- 23 - 3．1虚拟仪器实验室的硬件平台- 24 -3．1．1 DAQ虚拟仪器系统- 24 -3．1．2 GPIB虚拟仪器系统- 27 -3．1．3 VXI虚拟仪器系统- 28 -3．1．4 PXI虚拟仪器系统- 29 -3．1．5 USB和IEEEl394虚拟仪器系统- 30 -3．1．6 RS一232虚拟仪器系统- 30 -3．2虚拟仪器实验室的软件平台- 31 -3．2．1虚拟仪器软件体系构造(VISA)- 32 -3．2．2仪器驱动程序- 33 -3．2．3应用软件- 33 -第四章论文总结- 34 -参考文献- 39 -引言实验室是教学、科研的重要基地,实验室的建立也反映了学校的教学体系、学科建立和管理体制的水平。
基于labview的声音信号观察和处理
图 2.4 “呼呼塞拉”频率分布图
图 2.4 所示的是 2010 年南非世界杯上的典型噪音“呼呼塞拉”的频率分布。从图中可 以看出，该声音实际是由多个频率的信号叠加而成。将图中前 5 个峰所对应的频率 f 对峰序 数 n 作 n~f 直线拟合，如图 2.5 所示。
图 2.5 n~f 直线拟合图
直线的线性相关系数 R2 = 0.9998，直线方程为 f / Hz 232.8n 0.4 亦即两个相邻峰所对应的频率间隔约为 233Hz。由于纵截距非常小，可以认为“呼呼塞拉” 峰值频率出现在
3 实验结论
利用 LabVIEW 编写的“观察和处理声音信号”程序可以很好的观测任意时刻音频信号 的强度和频率分布，进而对音频信号进行分析处理，发现其中规律并加以利用。利用滤波功 能可以去除声音信号中的噪音信号， 或者将不同频率分布的声音信号加以分离； 但是该种滤 波方法需要一定的条件： 待分离信号和保留信号的频率分布间隔比较大， 或者待分离信号的 频率分布比较窄。事实上本程序不仅仅对声波有效，对于光波、电流信号等各种可以接收的
f (243n)Hz (n 1,2,3 )
这与测量结果还是比较一致的。一般情况下，将 n = 1 的频率称为基波频率；将 n > 1 的频 率称为谐波频率。于是“呼呼塞拉”某一时刻的声音强度满足傅里叶展开的形式 1 F (t ) a0 [an cos(nt ) bn sin(nt )] 2 n 1 其中，ω = 2πf = 1.46× 103s-1，an、bn 可以通过实验测定。 需要说明的是，从图 2.4 中可以看出，声音信号在峰频率处并非很好的线形，而是有一 个展宽。这可能是因为不同的“呜呜塞拉”规格（即管长 L）不同，所对应的驻波频率也就 有所不同。管长 L 不同导致的峰频率展宽可以用下式来表示： 1 1 1 1 L f nv( ) nv 2 (n 1, 2,3 ) 2 Lmin Lmax 2 L L2 其中，Δf 表示峰频率展宽；v 表示空气中的声速；Lmax、Lmin 分别表示最大和最小管长；ΔL = Lmax－Lmin 为管长间隔；L 为信号强度最大所在频率对应的管长，或者平均管长。从上式可 以看出，随着峰序数的增加，峰频率展宽会加大；这与图 2.4 基本是一致的。 2.2.2 滤波信号的分析 滤波事实上是利用 LabVIEW 的“滤波器”函数将相应频率的信号去除或保留，可以用 于信号分离和降噪。图 2.6 左显示的是一段声音信号在某一时刻的频率分布。该段声音信号
基于LabVIEW的信号分析
基于 LabVIEW 的信号分析院系班级姓名学号时间目录1 虚拟仪器的概述 ........................................................... 错误!未定义书签。
1.1 虚拟仪器的产生 ..................................................... 错误!未定义书签。
1.2 虚拟仪器的构成 ..................................................... 错误!未定义书签。
1.3 虚拟仪器的发展趋势 ............................................. 错误!未定义书签。
2 设计方案 ....................................................................... 错误!未定义书签。
2.1 总体设计方案 ......................................................... 错误!未定义书签。
2.2 具体设计方案 ......................................................... 错误!未定义书签。
2.2 1.频域分析的实现............................................. 错误!未定义书签。
2.2 2 .FFT转换.......................................................... 错误!未定义书签。
2.2 3时域分析的方法 ............................................ 错误!未定义书签。
2.2 4电压、电流的检测......................................... 错误!未定义书签。
基于labview的数字信号处理实验报告
现代信号处理实验报告题目：小波降噪学号：学生姓名：专业：学院：2019 年05月15日1、实验目的（1）掌握小波降噪的原理，比较不同滤波方式处理效果；（2）熟练掌握Labview 编程，实现小波降噪；2、实验器材及软件环境（1）实验器材：PC（2）软件环境：Labview3、实验原理、程序框图（一）实验原理：小波去噪是小波变换较为成功的一类应用，是一个信号滤波的问题，而且尽管在很大程度上小波去噪可以看成是低通滤波，但是由于在去噪后还能成功地保留信号特征，所以在这一点上又优于传统的低通滤波器。
由此可见，小波去噪实际上是特征提取和低通滤波功能的综合。
其去噪的基本思路可概括为：首先对含噪信号进行预处理，其次再使用小波变换把信号分解到各个尺度；然后在每一个尺度下把归属于噪声的小波系数去除并且保留及适当增强属于信号的小波系数；最后再使用小波逆变换恢复信号。
含有噪声的一维信号可以表示成如下形式：s(i)= f (i)+ e(i)式中f (i)为真实的低频缓变信号；e(i)为高斯白噪声或其他高频变化信号；s(i)中同时含有待提取的有用低频信号及高频信号。
对信号s(i)进行提取的目的简而言之就是要将有用的缓变低频信号从含有噪声信号中提取出来，从而s(i)在中恢复真实有用的缓变信号f (i)。
在实际的工程中有用的信号通常以一些平稳信号及频率较低的信号的形式表现而表现为频率较高的信号就可确定为噪声信号或其他类型的高频信号。
（二）程序框图：4、实验步骤、程序调试方法（一）创建新VI，命名为 test1.vi。
（二）在前面板上，选择“控件新式图形波形图”，放置 3 个波形图控件，分别改名为“移动平均降噪”、“低通滤波降噪”和“小波分析降噪”。
（三）在程序框图中，在设计区放置 1 个“WA Online Samples.vi” 函数节点，1 个“高斯白噪声vi”、“小波滤波vi”、“DFD Filtering.vi”、“Mean PtPy.vi” 和“Elliptic Lowpass Filter.vi”，移动光标至“WA Online Samples.vi”函数节点的信号输出, 单机鼠标右键，从弹出的快捷菜单中执行“波形获取波形成分”命令，创建与其端口相连的“获取波形成分”函数。
基于LabVIEW的信号分析
基于 LabVIEW 的信号分析院系班级姓名学号时间目录1 虚拟仪器的概述 ........................................................... 错误!未定义书签。
1.1 虚拟仪器的产生 ..................................................... 错误!未定义书签。
1.2 虚拟仪器的构成 ..................................................... 错误!未定义书签。
1.3 虚拟仪器的发展趋势 ............................................. 错误!未定义书签。
2 设计方案 ....................................................................... 错误!未定义书签。
2.1 总体设计方案 ......................................................... 错误!未定义书签。
2.2 具体设计方案 ......................................................... 错误!未定义书签。
2.2 1.频域分析的实现............................................. 错误!未定义书签。
2.2 2 .FFT转换.......................................................... 错误!未定义书签。
2.2 3时域分析的方法 ............................................ 错误!未定义书签。
2.2 4电压、电流的检测......................................... 错误!未定义书签。
一种基于Labview的信号发生及分析系统的设计
一种基于Labview的信号发生及分析系统的设计作者：益朋来源：《科技与创新》2014年第15期摘要：应用虚拟仪器技术可设计一种基于Labview的可添加噪声和窗函数的虚拟信号发生器及信号分析系统。
虚拟信号发生系统能够灵活控制信号的频率、幅值和相位，较快捷地实现多种虚拟信号波形的产生、读取和存储功能，并结合计算机自带的声卡，对虚拟信号发生器所产生的信号进行模拟输出。
信号的时域分析和频域分析系统可以完成时域统计、相关分析、加窗分析和频谱分析等功能，软件的性能可通过后续编程进行扩展。
关键词：虚拟仪器；Labview；信号；模拟中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）15-0129-03虚拟仪器（Virtual Instruments，VI）是计算机技术和仪器深层结合的产物，它是在以计算机为核心的硬件平台上，由用户设计和定义仪器功能，具有虚拟面板，且具体功能由所编写的软件程序来实现的一种计算机系统。
与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程度、处理能力、性价比、可操作性等方面都具有明显的技术优势，“软件即仪器”（Software is Instrument）反映了虚拟仪器的基本特征。
传统的信号发生及分析仪器是基于硬件系统结合电路来实现的，存在技术更新周期长、仪器功能无法自定义、与其他设备连接困难、开发维护费用高等问题。
传统的信号发生器一般只提供正弦波、方波、三角波等几种波形，而在实际的教学和实验过程中，工作者往往需要一些特殊信号、任意信号波形的输出，传统的信号发生器已经不能很好地满足这样的需求。
目前，测控领域的工作者已经开始借助虚拟仪器以软件为核心的技术优势，将信号发生器作为虚拟仪器的一个模块来实现，用来弥补传统仪器的不足。
通过利用虚拟仪器技术，已经有一部分具体的测试和分析系统被投用，这些系统大多用于完成某些具体的信号测试及信号分析，但是，对测试信号进行较为全面分析的虚拟仪器还不多见。
利用LabVIEW实现信号处理
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LabVIEW1.1 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内构建、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的前面板编辑窗口内，利用工具模板和控件模板进行VI 前面板的设计。
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周鹏 安徽工程大学电气工程学院
4.3.6 LabVIEW中其他频域分析处理VI
• LabVIEW 2011中，除了信号处理子选板下变换、谱分析选板 中的各种频域分析及处理VI，在波形测量选板下也有大量对 信号进行谱分析的基本VI。
• 当然，LabVIEW中还有其它一些用于特定场合的频域分析处 理VI，例如变换子选板下用于将时域实数序列变换为频域实 数序列的Hartley变换FHT.vi，谱分析子选板下用于估计未知 长度正弦信号频率的Buneman频率估计Buneman Frequency Estimator.vi，这些VI虽然不是非常广泛地被使用，但对于某 些特定的处理对象，使用恰当的VI能够更好地分析出被测量 信号或系统的特性。
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4.2.9 卷积积分
• LabVIEW 2011提供实现卷积运算的VI有“卷积.vi”、“反卷 积.vi”、以及卷积和相关Express VI。它们位于“函数选板→ 信号处理→信号运算”子选板中。
• 本节以“卷积.vi”为例进行介绍，卷积VI计算输入序列X和Y 的卷积，连接到输入端的数据类型决定了卷积的数据类型， 能实现对一维信号和二维信号的卷积运算。其图标和端口如 图所示。
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4.1.4 高斯白噪声信号发生器
“高斯白噪声波形.vi”用来产生一定标准差高斯分布的白 噪声信号，标准差数据端口决定了其偏差值，且输入为绝对 值。其图标和端口如图所示。
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4.1.5周期随机噪声信号发生器
“周期随机噪声信波形.vi”用来产生周期性的随机噪声信号， 频谱幅值数据端口决定了噪声信号的功率谱幅值。其图标和 端口如图所示。
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4.2.10 相关分析
相关分析在信号处理中有着广泛的应用，如信号的时延 估计、信号识别、故障诊断等。LabVIEW 2011提供了“自相 关.vi”与“互相关.vi”分别用于求解输入信号的自相关和互相 关序列。其图标和端口如图所示。
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4.2.11 谐波失真分析
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4.2.7 提取单频信息
“提取单频信息.vi”用于提取信号的频率、幅值和相位等信 息。其图标和端口如图所示。
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4.2.8 提取混合单频信息
“提取混合单频信息.vi”用于提取幅值超过指定阈值的单频
信号的频率、幅值和相位等信息。其图标和端口如图所示。
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4.4 波形测量与信号调理 4.4.1波形测量
波形测量VI位于“函数选板”→“信号处理”→“波形 测量”子函数选板中，如4.2节中图所示。该函数选板提供了 18个普通VI和6个Express VI，主要用于对波形的各种信息进 行测量，包括直流交流分析、振幅测量、瞬态特性测量、脉 冲测量、傅里叶变换、功率谱测量、谐波失真分析、频率响 应、SINAD分析等。一些VI可以计算多次测量的平均值，它 们可以将上次分析的结果保存下来，以供下次使用，这一优 点在处理大规模数据时是非常有用的。另外如果用户处理地 数据规模较大，也可以将数据分成若干小块，每次分析一小 块，通过VI的记忆功能得到整个数据的分析结果。
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4.2.5 脉冲测量
“脉冲测量.vi”用于测量信号的周期、脉冲宽度以及信号 的占空比。其图标和端口如图所示。
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4.2.6 幅值和电平测量
“幅值和电平测量”Express VI用于测量信号的电压。将 Express VI放置在框图中，会自动弹出一个初始化配置窗口， 如图所示。
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4.3.4 联合时频分析
LabVIEW 2011提供了两个用于时频分析的VI：“STFT 时频图.vi”，依据短时傅里叶变换（STFT）算法计算联合时 频域中信号的能量分布；“WVD时频图.vi”，依据WignerVille分布（WVD）算法计算输入信号在联合时频域中的能量 分布。其图标和端口分别如图所示。
• 逐点分析函数VI提供了与数组分析相应的分析功能，它位于 “函数选板”→“信号处理”→“逐点”子函数选板中，如 图所示。
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人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
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4.2 信号的时域分析与处理
• 对信号的分析与处理可分为在时域和频域中完成，它们从
不同的角度和方面对信号进行分析、反映信号的不同特征。
本节介绍对信号进行时域分析与处理的方法。
•
以时间为自变量描述物理量的变化是信号最基本、最直观
的表达形式。在时域内对信号进行波形变换、缩放、统计特
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4.2.3 周期平均值和均方根
“周期平均值和均方根.vi”可以测量信号在一个周期中的 均值及均方根值。其图标和端口如图所示。
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4.2.4 瞬态特性测量
“瞬态特性测量.vi”用于测量信号的过渡态量：上升时间 以及其超调量。其图标和端口如图所示。
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周鹏 安徽工输入序列X的快速傅立叶变换（FFT）。 通过连线数据至X输入端，可确定要转换的数据类型。其图标 和端口如图所示。
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4.3.2 Hilbert变换
4.1.2 基本多频信号发生器
多频信号是由多种频率成分的正弦波叠加而成的波形信 号，LabVIEW 2011提供了基本混合单频.vi、基本带幅值混 合单频.vi、混合单频信号发生器.vi三个VI专门用来产生多频 信号，它们位于波形生成子选板中。本节介绍基本混合单 频.vi，也称为基本多频信号发生器，可生成整数个周期的单 频正弦之和的波形。其图标和端口如图所示。
征计算、相关性分析等处理，统称为信号的时域分析。通过
时域分析方法，可以有效提高信噪比，求取信号波形在不同
时刻的相似性和关联性，获得反映系统运行状态的特征参数，
为系统动态分析和故障诊断提供有效地信息。
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4.2.1 基本平均直流-均方根
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4.1.1 基本函数发生器
“基本函数发生器.vi”是LabVIEW中一种常用的用以产生 波形数据的VI，它可以产生4种基本信号，即正弦波、方波、 三角波和锯齿波，可以控制信号的频率、幅值及相位等信息， 其图标和端口如图所示。
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• LabVIEW 2011中“谐波失真分析.vi”、“SINAD分析.vi”、 “失真测量Express VI”能够实现输入信号的谐波分析，输出 THD、SINAD和各次谐波分量幅值的信息。
• 本节介绍失真测量Express VI，将Express VI放置在框图中， 会自动弹出属性对话框，如图所示。
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4.3 信号的频域分析与处理
LabVIEW 2011中提供了丰富的信号频域分析处理节点， 主要分布在信号处理选板中的两个子选板：一个是“变换” 子选板，其实现的函数功能主要有傅里叶变换、希尔伯特变 换、小波变换、拉普拉斯变换等；另一个是“谱分析”子选 板，所包含的函数主要包括功率谱分析、联合时频分析等。
“基本平均直流-均方根.vi”是从信号输入端输入一个波形 或数组，对其加窗，根据平均类型输入端口的值计算加窗后 信号的平均直流DC及均方根RMS值。此函数对于每个输入的 波形只返回一个直流值和一个均方根值。其图标和端口如图 所示。
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4.2.2平均直流-均方根
“平均直流-均方根.vi”同样也是用于计算信号的平均直流 DC及均方根RMS值，只是Averaged DC-RMS.vi的输出是一 个波形数据。其图标和端口如图4-18所示。
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4.1.3 白噪声信号发生器
LabVIEW 2011提供了白噪声、高斯噪声、周期随机噪 声信号等多种常用的噪声信号发生器，这几种噪声信号分布 于波形生成和信号生成两个子选板中。“均匀白噪声发生器 波形.vi”能够产生一定幅值均匀分布的的白噪声信号，其中， 幅值为信号输出的最大绝对值，默认值为1.0。其图标和端口 如图所示。
在 “波形测量”子函数选板中，有一个“波形监测”子 函数选板，点击后就可以看到LabVIEW 2011提供的波形监测 的函数节点，如图所示。
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4.5.2 逐点信号分析
• 实时数据采集与处理系统需要连续稳定的运行系统。逐点分 析函数VI由于把数据采集与分析连接在一起，因此逐点分析 是高效和连续稳定的，它与数据采集与分析是紧密相连的， 这使得它能够广泛应用于FPGA、DSP芯片、ARM、专用 CPU和专用集成电路ASIC等控制领域。
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4.4.2 信号调理
LabVIEW 2011提供的信号调理功能的是波形调理函数选 板，位于“函数选板”→“信号处理”→“波形调理”子函 数选板中，如图所示。该函数选板提供了数字FIR滤波器、数 字IIR滤波器、按窗函数缩放等函数节点。
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