实验六Express VI——快速搭建专业测试系统

1、实验六实验六 Express VI快速搭建专业快速搭建专业测试系统测试系统6.1 初识初识Express技术技术6.2 动态数据类型动态数据类型 6.3 Express VIs简介简介6.4 基于基于Express VI的声音信号采集系统的声音信号采集系统6.1 初识初识Express技术技术l Express技术包含前面板控件和程序框图技术包含前面板控件和程序框图VI函数函数 6.1 初识初识Express技术技术l 基于配置的编程方式基于配置的编程方式仿真信号发生器Express VI 参数配置对话框6.1 初识初识Express技术技术l 利用利用Express VI搭建的信号滤波器搭建

2、的信号滤波器l 前面板的前面板的Express控件面板包括了最常用的一些控件。大部控件面板包括了最常用的一些控件。大部分实际上和普通控件一样，放在分实际上和普通控件一样，放在Express VI下只是为了方便下只是为了方便用户。只有用户。只有Express Table(文本输入控件、文本显示控件文本输入控件、文本显示控件)和和Express XY Graph控件会自动在程序框图中生成代码。控件会自动在程序框图中生成代码。p 程序框图中的函数模板上的程序框图中的函数模板上的Express VI面板包含了大量的面板包含了大量的Express VI函函数，主要分为六大类：数，主要分为六大类：l 信号

3、输入信号输入Express VIS：从仪器采集信号或产生仿真信号；：从仪器采集信号或产生仿真信号；l 信号分析信号分析Express VIS：信号分析处理；：信号分析处理；l 输出输出Express VIS：将数据存入文件，产生报表以及与仪器连接，输出真：将数据存入文件，产生报表以及与仪器连接，输出真实信号等；实信号等；l 信号操作信号操作Express VIS：对信号数据进行操作，比如类型转换、信号合并：对信号数据进行操作，比如类型转换、信号合并等；等； l 执行过程控制：基本的程序结构、时间函数；执行过程控制：基本的程序结构、时间函数；l 算术与比较：基本数学函数、比较操作符、数字、字符串

4、。算术与比较：基本数学函数、比较操作符、数字、字符串。l 仿真信号仿真信号(Simulate Signal Express VI) 可模拟正弦波、方波、三角波、锯齿波和噪声。可模拟正弦波、方波、三角波、锯齿波和噪声。 l 仿真信号仿真信号(Simulate Signal Express VI)可以使信号的的发生可以使信号的的发生变得十分简单，可以通过以下步骤找到仿真信号变得十分简单，可以通过以下步骤找到仿真信号(Simulate Signal Express VI) ：函数：函数(Function)Express输入输入(Input)仿真信号仿真信号(Simulate Signal Expre

5、ss VI)。l 仿真信号仿真信号Express VI放置在空的程序框图上时，仿真信号的放置在空的程序框图上时，仿真信号的配置对话框会自动打开，该对话框允许用户交互式的配置该配置对话框会自动打开，该对话框允许用户交互式的配置该Express VI的属性，配置结果可在的属性，配置结果可在“结果预览结果预览(Result Preview)”中查看。中查看。l 参数：信号参数：信号 、定时、定时 、时间标识、时间标识 、重置信号、重置信号 、信号名、信号名 、结、结果预览果预览 。p 信号信号 l 信号类别模拟的波形类别。可模拟正弦波、矩形波、锯齿信号类别模拟的波形类别。可模拟正弦波、矩形波、锯齿波

6、、三角波或噪声（直流）。波、三角波或噪声（直流）。 l 频率频率(Hz)以赫兹为单位的波形频率。默认值为以赫兹为单位的波形频率。默认值为10.1。 l 相位（度）以度数为单位的波形初始相位。默认值为相位（度）以度数为单位的波形初始相位。默认值为0。 l 幅值波形的幅值。默认值为幅值波形的幅值。默认值为1。 l 偏移量信号的直流偏移量。默认值为偏移量信号的直流偏移量。默认值为0。 p 占空比占空比(%)矩形波在一个周期内高位时间和低位时间的百矩形波在一个周期内高位时间和低位时间的百分比。默认值为分比。默认值为50。 p 添加噪声向模拟波形添加噪声。添加噪声向模拟波形添加噪声。p 噪声类型指定向波

7、形添加的噪声类型。只有勾选了添加噪噪声类型指定向波形添加的噪声类型。只有勾选了添加噪声复选框，才可使用该选项。可添加的噪声类型如下：声复选框，才可使用该选项。可添加的噪声类型如下：l 均匀白噪声生成一个包含均匀分布伪随机序列的信号，该序均匀白噪声生成一个包含均匀分布伪随机序列的信号，该序列值的范围是列值的范围是-a，a，其中，其中a是幅值的绝对值。是幅值的绝对值。l 高斯白噪声生成一个包含高斯分布伪随机序列的信号，该高斯白噪声生成一个包含高斯分布伪随机序列的信号，该序列的统计分布图为序列的统计分布图为(,sigma)=(0,s)，其中，其中s是标准差的绝对是标准差的绝对值。值。 l周期性随机噪

8、声生成一个包含周期性随机噪声周期性随机噪声生成一个包含周期性随机噪声(PRN)的信的信号。号。 lGamma噪声生成一个包含伪随机序列的信号，序列的值噪声生成一个包含伪随机序列的信号，序列的值是一个均值为是一个均值为1的泊松过程中发生阶数次事件的等待时间。的泊松过程中发生阶数次事件的等待时间。 l泊松噪声生成一个包含伪随机序列的信号，序列的值是泊松噪声生成一个包含伪随机序列的信号，序列的值是一个速度为一个速度为1的泊松过程在指定的时间均值中，离散事件的泊松过程在指定的时间均值中，离散事件发生的次数。发生的次数。 l二项噪声生成一个包含二项分布伪随机序列的信号，其二项噪声生成一个包含二项分布伪随

9、机序列的信号，其值即某个随机事件在重复实验中发生的次数，其中事件值即某个随机事件在重复实验中发生的次数，其中事件发生的概率和重复的次数事先给定。发生的概率和重复的次数事先给定。 l Bernoulli噪声生成一个包含噪声生成一个包含0和和1伪随机序列的信号。伪随机序列的信号。 l MLS序列生成一个包含最大长度的序列生成一个包含最大长度的0、1序列，该序列由阶数序列，该序列由阶数为多项式阶数的模为多项式阶数的模2本原多项式生成。本原多项式生成。l 逆逆F噪声生成一个包含连续噪声的波形，其频率谱密度在指噪声生成一个包含连续噪声的波形，其频率谱密度在指定的频率范围内与频率成反比。定的频率范围内与频

10、率成反比。l 噪声幅值信号可达的最大绝对值。默认值为噪声幅值信号可达的最大绝对值。默认值为0.6。只有选。只有选择噪声类型下拉菜单的均匀白噪声或逆择噪声类型下拉菜单的均匀白噪声或逆F噪声时，该选项才噪声时，该选项才可用。可用。 l 标准差生成噪声的标准差。默认值为标准差生成噪声的标准差。默认值为0.6。只有选择噪声。只有选择噪声类型下拉菜单的高斯白噪声时，该选项才可用。类型下拉菜单的高斯白噪声时，该选项才可用。l 频谱幅值指定仿真信号的频域成分的幅值。默认值为频谱幅值指定仿真信号的频域成分的幅值。默认值为0.6。只有选择噪声类型下拉菜单的周期性随机噪声时，该选项才只有选择噪声类型下拉菜单的周期

11、性随机噪声时，该选项才可用。可用。 l 阶数指定均值为阶数指定均值为1的泊松过程的事件次数。默认值为的泊松过程的事件次数。默认值为0.6。只有选择噪声类型下拉菜单的只有选择噪声类型下拉菜单的Gamma噪声时，该选项才可噪声时，该选项才可用。用。 l 均值指定单位速率的泊松过程的间隔。默认值为均值指定单位速率的泊松过程的间隔。默认值为0.6。只。只有选择噪声类型下拉菜单的泊松噪声时，该选项才可用。有选择噪声类型下拉菜单的泊松噪声时，该选项才可用。 l 试验概率某个试验为试验概率某个试验为TRUE的概率。默认值为的概率。默认值为0.6。只有选。只有选择噪声类型下拉菜单的二项分布的噪声时，该选项才可

12、用。择噪声类型下拉菜单的二项分布的噪声时，该选项才可用。l 取取1概率信号的一个给定元素为概率信号的一个给定元素为TRUE的概率。默认值为的概率。默认值为0.6。只有选择噪声类型下拉菜单的。只有选择噪声类型下拉菜单的Bernoulli噪声时，该选噪声时，该选项才可用。项才可用。 l 多项式阶数指定用于生成该信号的模多项式阶数指定用于生成该信号的模2本原项式的阶数。本原项式的阶数。默认值为默认值为0.6。只有选择噪声类型下拉菜单的。只有选择噪声类型下拉菜单的MLS序列时，序列时，该选项才可用。该选项才可用。l 种子值大于种子值大于0时，可使噪声采样发生器更换种子值。默认时，可使噪声采样发生器更换

13、种子值。默认值为值为1。LabVIEW为该重入为该重入VI的每个实例单独保存其内部的每个实例单独保存其内部的种子值状态。具体而言，如种子值小于等于的种子值状态。具体而言，如种子值小于等于0，LabVIEW将不对噪声发生器更换种子值，而噪声发生器将继续生成噪将不对噪声发生器更换种子值，而噪声发生器将继续生成噪声的采样，作为之前噪声序列的延续。声的采样，作为之前噪声序列的延续。 l 指数指定反指数指定反f频谱形状的指数。默认值为频谱形状的指数。默认值为1。只有选择噪声。只有选择噪声类型下拉菜单的逆类型下拉菜单的逆F噪声时，该选项才可用。噪声时，该选项才可用。p 定时定时 l 采样率采样率(Hz)每

14、秒采样速率。默认值为每秒采样速率。默认值为1000。 l 采样数信号的采样总数。默认值为采样数信号的采样总数。默认值为100。 l 自动将采样数设置为采样率自动将采样数设置为采样率(Hz)的十分之一。的十分之一。 l 仿真采集时钟仿真一个类似于实际采样率的采样率。仿真采集时钟仿真一个类似于实际采样率的采样率。 l 以可达到的最快速度运行在系统允许的条件下尽可能快地以可达到的最快速度运行在系统允许的条件下尽可能快地对信号进行仿真。对信号进行仿真。 l 整数周期数设置最近频率和采样数，使波形包含整数个周整数周期数设置最近频率和采样数，使波形包含整数个周期。期。 l 实际采样数表示选择整数周期数时，

15、波形中的实际采样数实际采样数表示选择整数周期数时，波形中的实际采样数量。量。 l 实际频率表示选择整数周期数时，波形的实际频率。实际频率表示选择整数周期数时，波形的实际频率。p 时间标识时间标识 l 相对于测量开始时间显示数值对象从相对于测量开始时间显示数值对象从0起经过的小时、分起经过的小时、分钟及秒数。例如，十进制钟及秒数。例如，十进制100等于相对时间等于相对时间1:40。 l 绝对（日期与时间）显示数值对象从格林尼治标准时间绝对（日期与时间）显示数值对象从格林尼治标准时间1904年年1月月1号零点至今经过的秒数。号零点至今经过的秒数。 p 重置信号重置信号l 重置相位、种子和时间标识将

16、相位重设为相位值，将时间重置相位、种子和时间标识将相位重设为相位值，将时间标识重设为标识重设为0。种子值重设为。种子值重设为-1。 l 采用连续生成对信号进行连续仿真。不重置相位、时间表采用连续生成对信号进行连续仿真。不重置相位、时间表示或种子值。示或种子值。 p 信号名信号名 l 使用信号类型名使用默认信号名。使用信号类型名使用默认信号名。 l 信号名勾选了使用信号类型名复选框后，显示默认的信号信号名勾选了使用信号类型名复选框后，显示默认的信号名。名。 结果预览结果预览 ：显示仿真信号的预览：显示仿真信号的预览 。l 该该Express VI与以下与以下VI或函数的操作类似：高斯白噪声波形、

17、或函数的操作类似：高斯白噪声波形、周期性随机噪声波形、均匀白噪声波形、基本函数发生器、周期性随机噪声波形、均匀白噪声波形、基本函数发生器、锯齿波形。正弦波形、方波波形、三角波形。锯齿波形。正弦波形、方波波形、三角波形。l 拖动该拖动该Express VI上部或底部的箭头可以来显示它的所有可上部或底部的箭头可以来显示它的所有可扩展的端口。扩展的端口。l 在对话框中选中在对话框中选中“添加噪声添加噪声(Add noise)”和整数周期数和整数周期数“”“”后观察结果预览和后观察结果预览和Express VI的图标变化。的图标变化。l 用户可以在对话框中配置的端口叫做可配置端口用户可以在对话框中配置

18、的端口叫做可配置端口(configurable terminal)，一个端口可以既是可配置的，又是，一个端口可以既是可配置的，又是可扩展的。这意味着用户可以在这两个地方对它进行配置。可扩展的。这意味着用户可以在这两个地方对它进行配置。直接连接到直接连接到Express VI端口的值相对于在配置对话框中选择端口的值相对于在配置对话框中选择的值来说，具有优先性。的值来说，具有优先性。l 一个一个Express VI在一个框图中可以有多个不同的实现在一个框图中可以有多个不同的实现(instance)。当用户把一个。当用户把一个Express VI放置到框图中后，该放置到框图中后，该Express V

19、I的一个实现就嵌入到具体的框图中去了。用户配的一个实现就嵌入到具体的框图中去了。用户配置的对话框中的选择仅仅对该置的对话框中的选择仅仅对该VI的这个实现发生作用。的这个实现发生作用。仿真信号示例前面板仿真信号示例前面板 仿真信号示例程序框图和功能函数仿真信号示例程序框图和功能函数l 当保存一个包含了当保存一个包含了Express VI的的VI时，该时，该Express VI被保存被保存到这个到这个VI的内部，当用户打开这个的内部，当用户打开这个VI时，其内部所包含的时，其内部所包含的Express VI就会被调出。于是，用户必须把所有起作用的就会被调出。于是，用户必须把所有起作用的Expres

20、s VI保存到自己的保存到自己的VI中。中。l 可以把一个可以把一个Express VI转化成一个标准的子转化成一个标准的子VI。点击鼠标右。点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单上选择打开前面板，就可以实现转化。键，在弹出的快捷菜单上选择打开前面板，就可以实现转化。但是一个但是一个Express VI转化成一个标准子转化成一个标准子VI后，就再无法访问后，就再无法访问配置对话框，也无法将这个标准子配置对话框，也无法将这个标准子VI转化为原来的转化为原来的Express VI。 Express VI转化为标准转化为标准VI时的对话时的对话框和转化后的框和转化后的VI图标图标Express VI转化为标

21、准转化为标准VI时打开的前面板时打开的前面板练习练习6-1 Express VI应用应用l 目的：使用目的：使用Express VI进行操作。进行操作。练习练习6-1的程序框图的程序框图练习练习6-1用到的功能函数和用到的功能函数和Express VI扩展练习扩展练习1.产生仿真信号：产生仿真信号： 通过函数通过函数(Function)Express输入输入(Input) 找到仿真信号找到仿真信号(Simulate Signal Express VI)，配置对话框，配，配置对话框，配置为带均匀白噪声的置为带均匀白噪声的100HZ正弦信号。正弦信号。2.放置滤波器：放置滤波器： 通过函数模板通过

22、函数模板(Function Palette) Express信号分析信号分析(Signal Analysis) 找到滤波器找到滤波器(Filter)函数，配置对话框。函数，配置对话框。3.创建波形显示图创建波形显示图 在仿真信号的输出端创建仿真信号波形图，同样在滤波器的在仿真信号的输出端创建仿真信号波形图，同样在滤波器的信号输出端也创建一个滤波后的波形图。将仿真信号的信号信号输出端也创建一个滤波后的波形图。将仿真信号的信号输出与滤波器的信号输入连接起来。输出与滤波器的信号输入连接起来。4.加上程序控制结构加上程序控制结构 通过函数模板通过函数模板(Function Palette) Expre

23、ss执行过程控制执行过程控制(Execution Control) 找到循环，将上述找到循环，将上述Express VI框住。同框住。同时，增加一个时间延迟以降低时，增加一个时间延迟以降低CPU的利用率的利用率 (执行过程控制执行过程控制(Execution Control) 时间延迟时间延迟(Time Delay) 。6.2 动态数据类型动态数据类型l 针对针对Express VI的灵活性，的灵活性，LabVIEW提供了动态数据类提供了动态数据类型（型（Dynamic Data Type, DDT）来携带）来携带Express VI的输入的输入与输出信号。与输出信号。 l 动态数据类型能够携

24、带单点，单通道（一维数组）或多通动态数据类型能够携带单点，单通道（一维数组）或多通道（二维数组）的数据或波形数据类型的数据。此外，它道（二维数组）的数据或波形数据类型的数据。此外，它还包含了一些信号的属性信息，譬如信号的名称、采集日还包含了一些信号的属性信息，譬如信号的名称、采集日期时间等。期时间等。 l 举例来说，如果从数据采集设备中获得一个正弦波，就在从举例来说，如果从数据采集设备中获得一个正弦波，就在从动态数据转换的对话框中选择单一波形动态数据转换的对话框中选择单一波形(Single waveform)选选项。将从动态数据转换项。将从动态数据转换Express VI 的的Waveform

25、（波形）输（波形）输出端与能够接受波形数据格式的函数或出端与能够接受波形数据格式的函数或VI连接。如果使用数连接。如果使用数据采集设备从不同的通道获得了温度集合，就选择据采集设备从不同的通道获得了温度集合，就选择(一维标一维标量数组最新值量数组最新值)1D array of scalars-most recent values和浮和浮点数点数(双精度双精度)Floating point numbers(double)选项。然后将选项。然后将从动态数据转换从动态数据转换Express VI 的的Array（数组）输出端与能够（数组）输出端与能够接受数组数据格式作为输入的函数或接受数组数据格式作为

26、输入的函数或VI 连线。连线。l 当动态数据类型与任何的数组显示件相连接时，当动态数据类型与任何的数组显示件相连接时，LabVIEW将将自动在程序框图中放置从动态数据转换自动在程序框图中放置从动态数据转换Express VI。双击该。双击该VI打开从动态数据转换对话框可以控制数据在数组中的形式。打开从动态数据转换对话框可以控制数据在数组中的形式。从动态数据转换从动态数据转换Express VI配置对话框配置对话框l (从其它数据类型从其它数据类型)转换为动态数据转换为动态数据 使用转换至动态数据使用转换至动态数据(Convert from Dynamic Data) Express VI将数字

27、、布尔量、波形和数组类型转换为动态数据类型。当在将数字、布尔量、波形和数组类型转换为动态数据类型。当在程序框图中放置该程序框图中放置该Express VI时，就会出现配置转换至动态数时，就会出现配置转换至动态数据对话框。据对话框。 举例来说，如果使用举例来说，如果使用Analog Input VI获取了一个正弦波，并且获取了一个正弦波，并且希望使用希望使用Signal Analysis Express VI对其进行分析，就应在转换对其进行分析，就应在转换至动态数据配置对话框中选择单一波形选项。然后将动态数据至动态数据配置对话框中选择单一波形选项。然后将动态数据输出端连线到一个输入端可接受动态数

28、据类型的输出端连线到一个输入端可接受动态数据类型的Express VI。转换至动态数据配置对话框转换至动态数据配置对话框6.2 动态数据类型动态数据类型l 由于动态数据类型能够包含单个或多个信号，因此还可以将由于动态数据类型能够包含单个或多个信号，因此还可以将多个多个DDT数据合并或者将合并后的数据合并或者将合并后的DDT数据再拆开。这可以数据再拆开。这可以通过通过Express-信号操作信号操作 面板下的合并信号（面板下的合并信号（Merge Signals）和拆分信号（和拆分信号（Split Signals）函数实现。）函数实现。 6.3 Express VIs简介简介6.3.1 信号输入

29、（信号输入（Input） Express VIs 信号输入信号输入Express VIs在在Express-Input面板下，主要用面板下，主要用来从仪器采集信号或产生仿真信号；通过这些函数，来从仪器采集信号或产生仿真信号；通过这些函数，信号可以来源于仪器，也可以来源于文件或者由计算信号可以来源于仪器，也可以来源于文件或者由计算机仿真产生机仿真产生。 6.3 Express VIs简介简介6.3 Express VIs简介简介6.3.2 信号分析（信号分析（Signal Analysis）Express VIs 信号分析信号分析Express VIs在在Express-Signal Analy

30、sis面板下。面板下。该面板下包含了最常用的信号分析函数，例如谱测量、失该面板下包含了最常用的信号分析函数，例如谱测量、失真度测量、曲线拟合、滤波器和直方图等。真度测量、曲线拟合、滤波器和直方图等。6.3 Express VIs简介简介6.3.3 输出（输出（Output）Express VIs Output Express VIs在在Express-Output面板下，用于将面板下，用于将信号数据存入文件，产生报表或向仪器输出真实信号信号数据存入文件，产生报表或向仪器输出真实信号等等6.3 Express VIs简介简介6.3 Express VIs简介简介6.3.4 信号操作（信号操作（Signal Manipulation）Express VIs 信号