LABVIEW的数字信号处理分析的介绍

南京工业大学

学院：自动化与电气工程学院

课题：LABVIEW的数字信号的分析处理介绍学号：612081101033

姓名：周衍

导师：张兴华

2011 年12 月 2 日

0 引言

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是由美国国家仪器公司所开发的图形化程序编译平台，发明者为杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky），程序最初于1986年在苹果电脑上发表。LabVIEW早期是为了仪器自动控制所设计，至今转变成为一种逐渐成熟的高级编程语言。图形化程序与传统编程语言之不同点在于程序流程采用"数据流"之概念打破传统之思维模式，使得程序设计者在流程图构思完毕的同时也完成了程序的撰写。

LabVIEW率先引入了特别的虚拟仪表的概念，用户可通过人机界面直接控制自行开发之仪器。此外LabVIEW提供的库包含：信号截取、信号分析、机器视觉、数值运算、逻辑运算、声音震动分析、数据存储...等。目前可支持Windows，UNIX，Linux，Mac OS等操作系统。由于LabVIEW特殊的图形程序简单易懂的开发接口，缩短了开发原型的速度以及方便日后的软件维护，因此逐渐受到系统开发及研究人员的喜爱。目前广泛的被应用于工业自动化之领域上。LabVIEW默认以多线程运行程序，对于程序设计者更是一大利器。此外LabVIEW通信接口方面支持：GPIB，USB，IEEE1394，MODBUS，串行接口，并发端口，IrDA，TCP，UDP，Bluetooth，.NET，ActiveX，SMTP...等接口。

本文旨在综合实际应用时对原始数据的处理，简单地介绍此软件在对信号方面的的分析方式，剖析其中的优点。（待改）

1 LABVIEW数据处理

原始数据并不总能即刻传递有用、正确的信息。通常，用户必须变换信号来去除噪声干扰、纠正因设备故障损坏的数据或补偿环境的影响（如：温度与湿度）。为此，信号处理，作为对信号的分析、解释和操作，是几乎各类工程应用中的基本需求。借助LABVIEW软件完整的分析功能，无需浪费时间去移动不相容工具之间的数据，无需编写自己的分析规程，就能处理各类信号。

2 LABVIEW数据分析方式

用户在实际操作中可根据不同情况选择在线分析或离线分析。

2.1 在线分析

用户可借助在线分析, 加快决策，及时得到数据结果。

在线分析表明：数据接受相同应用程序的分析和采集。若应用程序可根据进入数据的特征监测信号并作改变，用户就需要在采集数据时加以分析。通过测量和分析信号的某些方面，用户能让应用数据适合某些情况并启用合适的执行参数，并可以将数据保存至磁盘来提高采样率。尽管这只是一个范例，但有数千种应用程序都需要一定的智能（根据不同的条件作出相应决定的能力）；适应性也是必需的，只能将分析算法在数据处理之前添加到应用程序中才有实现的可能。

通常，作出决定基于自动化数据处理。这意味着：逻辑在应用程序中已经建立，用来进行某些行为操作。例如，当温度越过阈值或振动水平过高时，工厂监控系统会点亮1个LED来给出提示。然而，并非所有基于采获的数据的决定都是自动作出的。为确定系统是否按预期运行，用户往往必须时刻监测执行。您不需要记录数据、从文件或数据库中提取数据，再对它进行离线分析只为发现采集中的问题，而应在采集数据时当时就可辨识分析问题。这时候，应用程序必须处理采获的数据，再用一种最适用的方式对数据进行处理、简化、规范化和显示。LABVIEW中对话的内置套件，可令创建的应用程序向操作人员或用户提供选件。例如，若温度过高，对话可以提示操作人员采用指定操作，然后按“确定(OK)”

或“继续(Continue)”按钮，继续应用程序。

无论决策是否由内置逻辑还是用户做出，LABVIEW均提供分析和数学规程，从而完美结合数据采集函数和显示功能。这就简化了构建各类应用程序；用户无需按照各种工具的需要繁琐地为数据赋予不同格式。此外，LABVIEW提供用于逐点执行的分析规程；这些规程的设计可专门满足实时应用程序中在线分析的这一需求。

在线分析采用的是逐点分析，这样可以实现智能化，使信号更贴近真实。

逐点分析是在线分析的主要方式；其结果在单个而非一组样本获取后计算得到。在处理能提供高速、确定单点数据采集的控制过程中，此类分析是必须的。逐点的方法简化了设计、实施和测试过程，因为应用程序流和应用程序所监视和控制的现实情况十分相似。

图1. 基于数组的分析较之逐点分析

借助精简式逐点分析，采集和分析过程能够趋近控制点，因为采集和决策之间的延迟被最大程度缩减了。如需进一步缩减这类采集延时，可将分析部署至现场可编程门阵列(FPGA)芯片、数字信号处理(DSP)芯片、嵌入式控制器、专用CPU、ASIC。

将强大的算法与规程添加至应用程序后，能减少不确定性并能实现智能处理，从而在运行时分析结果、提高效率并且能够反复地将实验或处理性能与输入变量相关联。

2.2 离线分析

采用分析规程时，在线分析不总是最有效的方法。若用户无需在采集数据时做决定，可选择进行离线分析。

通常，离线分析应用的目的是：通过多个数据集的相互关联，识别变量的成因和影响。由于此类分析在数据采集后做出，用户不受数据采集的定时和内存限制；进行此类分析只需获得足够用的计算资源。这为分析提供了几项优势。首先，离线分析提供强大许多的数据交互性，令您能够真正探究原始数据和分析实现结果。直方图、趋势分析和曲线拟合都是常见的离线分析任务。另外，考虑到处理大数据量数据时，信号处理算法所耗用的大量时间，在线采集所考虑的困难不再是关注的焦点。

3 较之传统数据处理方式的优势

LABVIEW较之以往的软件的数据处理全面、可靠。

将分析与数据采集和数据显示结合在单个应用程序中，这在以往大多数软件