第4章虚拟仪器数据采集与信号处理课件

第4章虚拟仪器数据采集与信号处理第4章虚拟仪器数据采集与信号处理第4章虚拟仪器数据采集与信号处理教学重点数据采集信号产生信号的时域分析信号的频域分析数字滤波器曲线拟合第4章虚拟仪器数据采集与信号处理教学重点4.1数据采集组建一个基于LabVIEW的虚拟仪器系统，传感器、信号调理和数据采集模块是最基本的硬件。其中，传感器是将被测试的物理量转换为电量的基本环节，数据采集则将模拟信号转换成数据信号供计算机进行分析处理，信号调理是两者之间的桥梁，负责将传感器的输出信号和数据采集模块可以接受的信号类型联系起来。

4.1数据采集组建一个基于LabVIEW的虚拟仪器系统，传4.1.1数据采集系统结构数据采集（DataAcquisition，DAQ），就是将被测对象的各种参量（物理量、化学量、生物量等）通过各种传感器作适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤送到控制器进行数据处理或记录的过程。4.1.1数据采集系统结构数据采集（DataAcquis一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计时器等，这些功能分别由相应的电路来实现。数据采集卡模拟输入/输出数字输入/输出时钟输入/输出OnOff1-0ADCcntr/timerdigitalDAQBoard一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、选用数据采集卡的基本原则（1）数据分辨率和精度（2）最高采样速度（3）通道数（4）数据总线接口类型（5）是否有隔离（6）支持的软件驱动程序及其软件平台选用数据采集卡的基本原则（1）数据分辨率和精度采集卡类型NI的数据采集卡PCI总线的通用数据采集卡采集卡类型NI的数据采集卡PCI总线的通用数据采集卡4.1.2LabVIEW中的数据采集VI及应用数据采集系统结构4.1.2LabVIEW中的数据采集VI及应用数据采集系统基于NI的USB-6009数据采集卡的数据采集USB-6009的主要特性：8模拟输入通道（14位、48KS/s采样速度)2路14位模拟输出通道12个I/O通道1个32位计数器/定时器USB-6009的外型基于NI的USB-6009数据采集卡的数据采集USB-600NIUSB-6009的接线端子分配模拟输入：AI0~AI7模拟输出：AO0,AO1数字I/O：P0.0~P0.7,P1.0~P1.3定时/计数器：PFI0NIUSB-6009的接线端子分配模拟输入：AI0~AI7NI数据采集卡的应用例4.1

利用USB-6009数据采集卡实现单通道数据采集分析：利用LabVIEW8.5的DAQmx-DataAcquisition子选板中的数据采集函数构建一个单通道的数据采集系统。硬件-选用NIUSB-6009采集卡软件-选用DAQmx-DataAcquisition子选板中的数据采集函数实现NI数据采集卡的应用例4.1利用USB-6009数据采集卡

单通道数据采集VI设计前面板程序框图

单通道数据采集VI设计前面板程序框图构建多通道数据采集例4.2

多通道数据采集分析：利用LabVIEW8.5的DAQmx-DataAcquisition子选板中的数据采集函数构建一个多通道的数据采集系统。硬件-选用NIUSB-6009采集卡软件-选用DAQmx-DataAcquisition子选板中的数据采集函数实现构建多通道数据采集例4.2多通道数据采集图7–4多参量多通道PC–DAQ/PCI虚拟仪器测量系统图7–4多参量多通道PC–DAQ/PCI虚拟仪器测量系统

多通道数据采集系统的前面板

多通道数据采集系统的前面板

多通道数据采集系统的程序框图

多通道数据采集系统的程序框图1模拟信号输入部分

①

模拟输入通道数。该参数表明数据采集卡所能够采集的最多的信号路数。②

信号的输入方式。一般待采集信号的输入方式有：l

单端输入：即信号的其中一个端子接地。l

差动输入：即信号两端均浮地。l

单极性：信号幅值范围为[0，A]，A为信号最大幅值。l

双极性：信号幅值范围为[–A，A]。1模拟信号输入部分

一般的数据采集卡都设有信号输入方式的选择设置，设计者可根据实际需要进行选择。③

模拟信号的输入范围(量程)一般根据信号输入特性的不同(单极性输入还是双极性输入)有不同的输入范围。如对单极性输入，典型值为0～10V，对双极性输入，典型值为–5V~5V。④

放大器增益。⑤

模拟输入阻抗。采集卡固有参数，一般不由用户设置。一般的数据采集卡都设有信号输入方式的选择设置到此到此4.1.3NI-DAQmx数据采集简介NI-DAQmx是LabVIEW7.0以来新增的DAQ软件。它包括支持200多种NI数据采集设备的驱动，并提供相应的VI函数。此外它还包括Measurement&AutomationExplorer(MAX)、数据采集助理(DAQAssistant)以及VILogger数据记录软件。通过这些工具并结合LabVIEW可以节省大量的系统配置、开发和记录数据的时间。4.1.3NI-DAQmx数据采集简介NI-DAQmx是NI-DAQmx1.Measurement&AutomationExplorer(MAX)测量与自动化软件快速检测及配置所有硬件通过测试面板验证硬件的运作状况实施简便、交互式的测量给Ι/Ο通道命名NI-DAQmx1.Measurement&Autom举例：通过MAX配置串口属性

举例：通过MAX配置串口属性2.DAQ助手DAQAssistant

DAQ助手提供了一个对话框式的向导用于测量任务的配置、测试和自动代码生成。配合ExpressVI，通过DAQAssistant可以在数分钟内搭建一个专业的数据获取系统。2.DAQ助手DAQAssistant数据采集模板数据采集模板DAQmx—数据采集模板DAQmx—数据采集模板（1）模拟输入通道参数设置1）被测量选取3数据输入输出设置（1）模拟输入通道参数设置3数据输入输出设置2）测量通道选择2）测量通道选择（2）模拟输出通道参数设置

1）被测量选择（2）模拟输出通道参数设置

1）被测量选择2）测量通道选择2）测量通道选择3）命名3）命名4）测量通道设置好的示意图4）测量通道设置好的示意图5）自行测试演示5）自行测试演示（3）外部信号输入的设置（3）外部信号输入的设置自我测试结果外部加入到ai11端子的电压3.45v自我测试结果外部加入到ai11端子的电压3.45v（4）外部信号输入的子函数调用—读出（4）外部信号输入的子函数调用—读出外部信号输入的子函数调用测试结果外部信号输入的子函数调用测试结果（5）外部信号--输入端读出—写给输出端（5）外部信号--输入端读出—写给输出端读出—写入模式设置读出—写入模式设置运行运行4.1.4通用数据采集卡的LabVIEW控制实现1．数据采集卡驱动程序的开发方式

直接端口读写方式（I/O方式）

调用C语言源代码的方式（CIN方式）

调用动态连接库的方式（CLF方式）

4.1.4通用数据采集卡的LabVIEW控制实现1．数据采（1）直接端口读写方式（I/O方式）I/O端口子选板

InPort.vi

OutPort.vi

（1）直接端口读写方式（I/O方式）I/O端口子选板I（2）调用C语言源代码的方式LabVIEW8.2函数选板的【互连接口】→【库可执行程序】子选板中有一个CodeInterfaceNode节点，用来在LabVIEW程序框图中直接调用其他编程语言（如VC）写的代码。这样就可以通过使用CIN图标来调用由C语言编写的采集卡驱动程序方法实现虚拟仪器的数据采集。（2）调用C语言源代码的方式LabVIEW8.2函数选板的【（3）调用动态连接库的方式动态链接库通常由数据采集卡生产厂商提供，通过LabVIEW的CallLibraryFunctionNode来调用。

（3）调用动态连接库的方式动态链接库通常由数据采集卡生产厂商2．数据采集卡驱动程序设计举例

例4.3

用端口读/写函数驱动数据采集卡。

要求通过端口读/写函数实现数据采集卡PC-6310的数据采集PC-6310简介

PC-6310适用于具有ISA总线的PC系列微机卡上的A/D转换器ADS774为12位分辨率转换速率为10μS

模拟输入信号范围为0V～10V或-5V～+5V

模拟输入通道为32个通道的单端或16个通道的双端

2．数据采集卡驱动程序设计举例例4.3用端口读/写函数驱

控制端口的地址与功能

A/D转换状态数据格式A／D转换结果数据格式控制端口的地址与功能A/D转换状态数据格式A／D转换结数据采集VI的前面板数据采集VI的前面板数据采集VI的程序框图数据采集VI的程序框图数据采集VI的程序框图数据采集VI的程序框图讲到此了—3.11讲到此了—3.114.2信号产生信号产生是仪器系统的重要组成部分，要评价任意一个网络或系统的特性，必须外加一定的测试信号，其性能方能显示出来。最常用的测试信号有正弦波、三角波、方波、锯齿波、噪声波及多频波（由不同频率的正弦波叠加而形成的波形）等。

4.2信号产生信号产生是仪器系统的重要组成部分，要评价任4.2.1数字信号的产生与数字化频率的概念

正弦波信号：u(t)=Asin(ωt+θ0)ΔT为采样间隔，T为信号周期，设一个周期内的采样点数为n，则T=nΔT

采样频率：fs=1/ΔT

信号频率：fx=1/T=1/(nΔT)=fS/nu(iΔT)=Asin(2πi/n+θ0)

设f=fx/fS=1/n,将2π弧度用360º表示，并省略，则得

数字化频率f=模拟频率/采样频率4.2.1数字信号的产生与数字化频率的概念正弦波信号：u4.2.2信号产生函数及应用信号生成子选板

4.2.2信号产生函数及应用信号生成子选板1.正弦波生成SineWave.vi

正弦波函数的等效数学运算式如下：SineWave[i]=amplitude×sin（360×f×i+phase0）

1.正弦波生成SineWave.vi正弦波函数的等效数SineWave.vi应用举例例4.5利用SineWave.vi产生正弦波前面板程序框图

SineWave.vi应用举例例4.5利用Sine数字频率的认识

调节信号频率、采样频率、采样点数，观察这些参数的变化对显示正弦波结果的影响。若以Hz作为频率单位，则

数字频率单位（Hz）=fx/fs=信号频率/采样频率若以周期作为频率单位，则

数字频率单位

(T)=周期数/采样点数数字频率的认识调节信号频率、采样频率、采样点数，观察这些参均匀白噪声的生成例4.6

利用UnifomWhiteNoise.vi产生均匀分布的白噪声。前面板程序框图

均匀白噪声的生成例4.6利用UnifomWhiteNo简单函数发生器例4.7创建一个可以产生正弦波、三角波、方波和锯齿波的函数发生器。简单函数发生器例4.7创建一个可以产生正弦波、三角波、方波4.2.3波形生成在波形生成子选板中的所有函数不仅输出包含指定波形图形的数字型数组，而且包含时间参数，这种数据类型在LabVIEW中称为波形数据4.2.3波形生成在波形生成子选板中的所有函数不仅输出包含波形生成函数的应用举例例4.8

使用基本函数发生器创建函数发生器前面板

程序框图

波形生成函数的应用举例例4.8使用基本函数发生器创建函数多频信号的产生与应用多频信号是指一个离散频率的正弦波集合，其模拟信号数学表达式为：式中，Ai：第i个正弦波的幅值

ωi：基频角频率

hi：第i个正弦波的角频倍数

θi：第i个正弦波的初相角多频信号的产生与应用多频信号是指一个离散频率的正弦波集合，例4.9多频信号发生器前面板

程序框图

例4.9多频信号发生器前面板程序框图例4.10信号合成信号合成的前面板和程序框图例4.10信号合成信号合成的前面板和程序框图4.3信号的时域分析时域分析是指在时间域内研究系统在一定输入信号的作用下，其输出信号随时间的变化情况。由于时域分析是直接在时间域中对系统进行分析的方法，所以时域分析具有直观和准确的优点。4.3信号的时域分析时域分析是指在时间域内研究系统在一定4.3.1卷积运算卷积是电路分析的一个重要概念。它可以求线性系统对任何激励信号的零状态响应。对离散时间信号的卷积称为卷积和，定义为Convolution.vi4.3.1卷积运算卷积是电路分析的一个重要概念。它可以求线例4.11求卷积运算卷积运算的前面板和程序框图例4.11求卷积运算卷积运算的前面板和程序框图4.3.2相关分析所谓“相关”是指变量之间的线性关系。相关分析利用相关系数或相关函数来描述两个信号间的相互关系或其相似程度，还可以用来描述同一信号的现在值与过去值的关系，或者根据过去值、现在值来估计未来值。相关函数定义为

4.3.2相关分析所谓“相关”是指变量之间的线性关系。相

LabVIEW中的相关分析函数AutoCorrelation.viCrossCorrelation.viLabVIEW中的相关分析函数AutoCorrelati例4.12互相关运算前面板程序框图

例4.12互相关运算前面板程序框图4.3.3微积分运算

在工程应用领域，经常要对整个过程进行测量和控制，往往涉及到信号的采集，而采样获得是离散的数据，若要考虑整个过程的动态情况或者获得多个参数，就要用到数值积分和数值微分运算。

LabVIEW提供了积分和微分函数4.3.3微积分运算在工程应用领域，经常要对例4.13对方波信号进行微积分运算前面板

程序框图

例4.13对方波信号进行微积分运算前面板程序框图4.4信号的频域分析信号的频谱代表了信号在不同频率分量处信号成分的大小，它能够提供比时域信号波形更直观、更丰富的信息。LabVIEW8.2提供了丰富的频域分析函数，包括傅里叶变换、hilbert变换、功率谱分析、谐波分析等。

4.4信号的频域分析信号的频谱代表了信号在不同频率分量处信4.4.1快速傅立叶变换（FFT）傅里叶变换是信号处理与数据处理中一个重要分析工具，其意义在于将时域与频域信号联系起来，通过频域分析将复杂的信号分解为各个单一的频率成分。FFT.vi4.4.1快速傅立叶变换（FFT）傅里叶变换是信号处理与数例4.15双边傅里叶变换前面板程序框图频率间隔与采样频率和采样点数的关系例4.15双边傅里叶变换前面板程序框图频率间隔与采样频率例4.16单边傅里叶变换前面板程序框图例4.16单边傅里叶变换前面板程序框图4.4.2频谱分析频谱分析是指把时间域的各种动态信号通过傅里叶变换转换到频率域进行分析。频谱分析中应注意的问题（1）频谱混叠（2）泄漏效应和栅栏效应4.4.2频谱分析频谱分析是指把时间域的各种动态信号通过频谱分析前面板程序框图

例4.17使用AmplitudeandPhaseSpectrum.vi进行频谱分析频谱分析前面板程序框图例4.17使用Amplitude功率谱例4.16使用AutoPowerSpectrum.vi进行自功率谱分析前面板程序框图功率谱例4.16使用AutoPowerSpectru4.4.3频率响应分析频率响应表述了一个测试系统输入和输出的频域关系，它是描述测试系统频域动态特性的重要关系。

常常用其模和相位角来表示，称为测试系统的幅频特性和相频特性。

4.4.3频率响应分析频率响应表述了一个测试系统输入和输例4.19求频率响应的幅频特性与相频特性前面板程序框图例4.19求频率响应的幅频特性与相频特性前面板程序框图频率响应例4.20使用FrequenceResponseFunction(Real-Im).vi求频率响应的实部和虚部前面板程序框图频率响应例4.20使用FrequenceResponse4.4.4谐波分析谐波和基波是一个相对的概念，它是一个周期电气量中的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称为高次谐波。在频域分析中以电压为例，将畸变的周期性电压分解成傅里叶级数畸变波形因谐波引起的偏离正弦波形的程度用总谐波畸变量THD表示

4.4.4谐波分析谐波和基波是一个相对的概念，它是一个周例4.21谐波分析前面板程序框图

例4.21谐波分析前面板程序框图4.5数字滤波器数字滤波器即是以数值计算的方法来实现对离散化信号的处理，以减少干扰信号在有用信号中所占的比例，从而改变信号的质量，达到滤波或加工信号的目的。

数字滤波器分为无限冲激响应滤波器IIR

有限冲激响应滤波器FIR

特点：精度高、稳定性好、灵活性强、处理功能强

4.5数字滤波器数字滤波器即是以数值计算的方法来实现对调用数字滤波器子程序应注意的问题滤波器类型选择:在低通、高通、带通或带阻滤波器中选择一个类型。截止频率确定:对低通只需确定上截止频率，高通滤波器只需确定下截止频率，对带通及带阻滤波器应确定上、下限截止频率。采样频率设定滤波器的阶数:滤波器阶数越高，其幅频特性曲线过渡带衰减越快纹波幅度

调用数字滤波器子程序应注意的问题滤波器类型选择:在低通、高通

窗函数LabVIEW8.2在【窗】子选板中提供了20种窗函数，包括矩形窗、汉宁窗、海明窗等窗函数LabVIEW8.2在【窗】子选板中提供了20种窗函数字滤波器应用举例例4.22

使用巴特沃斯滤波器提出正弦信号前面板程序框图

数字滤波器应用举例例4.22使用巴特沃斯滤波器提出正弦信例4.23信号分离(多频率)前面板程序框图

例4.23信号分离(多频率)前面板程序框图4.6曲线拟合概述相关物理量近似函数表达式描述y=f(x，a，b，…)

曲线拟合的目的：是找出一系列参数的最佳估值，通过这些最佳参数，可使拟合曲线与实际数据之间的误差为最小。曲线拟合的算法称为最小平方法。误差被定义为：

e(a)=[f(x,a)-y(x)]2令a={a0,a1}y(x)是实测数据，f(x，a)是由一组实验数据估计出来的回归方程式，a是使误差平方和为最小的最佳系数或参数。离散系统：

f表示拟合数据，y表示实测数据，n表示采样点数。4.6曲线拟合概述1.LabVIEW中曲线拟合类型LabVIEW的分析软件库提供了多种线性和非线性的曲线拟合算法，如：线性拟合－把实验数据拟合为y=mx+c直线形式：

y[i]=a0+a1*x[i]指数拟合－把数据拟合为y=aexp(bx)指数曲线:y[i]=a0*exp(a1*X[i])多项式拟合－把数据拟合为y=a+bx+cx^2+…多项式曲线：

y[i]=a0+a1*X[i]+a2*x[i]^2…通用线性拟合－将数据拟合为下述形式：

y[i]=a0+a1*f1(X[i])+a2*f2(X[i])…

非线性Lev–Mar拟合—

将数据拟合为

y[i]=f(X[i],a0,a1,a2…)1.LabVIEW中曲线拟合类型LabVIEW的分析软件库2.曲线拟合应用

曲线拟合的实际应用很广泛，例如：消除测量噪声填充丢失的采样点（例如，如果一个或者多个采样点丢失或者记录不正确）插值（对采样点之间的数据的估计；例如在采样点之间的时间差距不够大时）外推（对采样范围之外的数据进行估计，例如在需要在试验以后或者以后的数值时）数据的合成（例如在需要找出曲线下面的区域，同时又只知道这个曲线的若干个离散采样点的时候）求解某个基于离散数据的对象的速度轨迹（一阶导数）和加速度轨迹（二阶导数）2.曲线拟合应用曲线拟合的实际应用很广泛，例如：3.曲线拟合VILabVIEW8.2曲线拟合子选板位于函数选板的【数学】子选板中

3.曲线拟合VILabVIEW8.2曲线拟合子选板位于函数选4.曲线拟合应用实例例4.24线性拟合

线性拟合算法公式a0是截距，a1是斜率

4.曲线拟合应用实例例4.24线性拟合线性拟合算法公例4.25多项式拟合要求使用GeneralPolynomialFit.vi对热电偶测温系统测得的一组实验数据进行多项式拟合，计算出多项式拟合曲线的系数和对应于输入温度值的拟合值。热电偶测温系统的实验数据如下：输入温度（ºC）：0，50，100，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600，650，700，750，800。热电势（mV）：0.00，3.35，4.96，10.69，14.66，18.76，22.90，27.15，31.48，35.81，40.15，44.05，49.01，53.39，57.74，62.06，66.36。

例4.25多项式拟合要求使用GeneralPolynom多项式拟合VI的前面板和程序框图选择拟合阶数为2，多项式关系为多项式拟合VI的前面板和程序框图选择拟合阶数为2，多项式关系

本章结束ThankYou!

本章结束ThankYou!第4章虚拟仪器数据采集与信号处理第4章虚拟仪器数据采集与信号处理第4章虚拟仪器数据采集与信号处理教学重点数据采集信号产生信号的时域分析信号的频域分析数字滤波器曲线拟合第4章虚拟仪器数据采集与信号处理教学重点4.1数据采集组建一个基于LabVIEW的虚拟仪器系统，传感器、信号调理和数据采集模块是最基本的硬件。其中，传感器是将被测试的物理量转换为电量的基本环节，数据采集则将模拟信号转换成数据信号供计算机进行分析处理，信号调理是两者之间的桥梁，负责将传感器的输出信号和数据采集模块可以接受的信号类型联系起来。

4.1数据采集组建一个基于LabVIEW的虚拟仪器系统，传4.1.1数据采集系统结构数据采集（DataAcquisition，DAQ），就是将被测对象的各种参量（物理量、化学量、生物量等）通过各种传感器作适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤送到控制器进行数据处理或记录的过程。4.1.1数据采集系统结构数据采集（DataAcquis一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计时器等，这些功能分别由相应的电路来实现。数据采集卡模拟输入/输出数字输入/输出时钟输入/输出OnOff1-0ADCcntr/timerdigitalDAQBoard一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、选用数据采集卡的基本原则（1）数据分辨率和精度（2）最高采样速度（3）通道数（4）数据总线接口类型（5）是否有隔离（6）支持的软件驱动程序及其软件平台选用数据采集卡的基本原则（1）数据分辨率和精度采集卡类型NI的数据采集卡PCI总线的通用数据采集卡采集卡类型NI的数据采集卡PCI总线的通用数据采集卡4.1.2LabVIEW中的数据采集VI及应用数据采集系统结构4.1.2LabVIEW中的数据采集VI及应用数据采集系统基于NI的USB-6009数据采集卡的数据采集USB-6009的主要特性：8模拟输入通道（14位、48KS/s采样速度)2路14位模拟输出通道12个I/O通道1个32位计数器/定时器USB-6009的外型基于NI的USB-6009数据采集卡的数据采集USB-600NIUSB-6009的接线端子分配模拟输入：AI0~AI7模拟输出：AO0,AO1数字I/O：P0.0~P0.7,P1.0~P1.3定时/计数器：PFI0NIUSB-6009的接线端子分配模拟输入：AI0~AI7NI数据采集卡的应用例4.1

利用USB-6009数据采集卡实现单通道数据采集分析：利用LabVIEW8.5的DAQmx-DataAcquisition子选板中的数据采集函数构建一个单通道的数据采集系统。硬件-选用NIUSB-6009采集卡软件-选用DAQmx-DataAcquisition子选板中的数据采集函数实现NI数据采集卡的应用例4.1利用USB-6009数据采集卡

单通道数据采集VI设计前面板程序框图

单通道数据采集VI设计前面板程序框图构建多通道数据采集例4.2

多通道数据采集分析：利用LabVIEW8.5的DAQmx-DataAcquisition子选板中的数据采集函数构建一个多通道的数据采集系统。硬件-选用NIUSB-6009采集卡软件-选用DAQmx-DataAcquisition子选板中的数据采集函数实现构建多通道数据采集例4.2多通道数据采集图7–4多参量多通道PC–DAQ/PCI虚拟仪器测量系统图7–4多参量多通道PC–DAQ/PCI虚拟仪器测量系统

多通道数据采集系统的前面板

多通道数据采集系统的前面板

多通道数据采集系统的程序框图

多通道数据采集系统的程序框图1模拟信号输入部分

①

模拟输入通道数。该参数表明数据采集卡所能够采集的最多的信号路数。②

信号的输入方式。一般待采集信号的输入方式有：l

单端输入：即信号的其中一个端子接地。l

差动输入：即信号两端均浮地。l

单极性：信号幅值范围为[0，A]，A为信号最大幅值。l

双极性：信号幅值范围为[–A，A]。1模拟信号输入部分

一般的数据采集卡都设有信号输入方式的选择设置，设计者可根据实际需要进行选择。③

模拟信号的输入范围(量程)一般根据信号输入特性的不同(单极性输入还是双极性输入)有不同的输入范围。如对单极性输入，典型值为0～10V，对双极性输入，典型值为–5V~5V。④

放大器增益。⑤

模拟输入阻抗。采集卡固有参数，一般不由用户设置。一般的数据采集卡都设有信号输入方式的选择设置到此到此4.1.3NI-DAQmx数据采集简介NI-DAQmx是LabVIEW7.0以来新增的DAQ软件。它包括支持200多种NI数据采集设备的驱动，并提供相应的VI函数。此外它还包括Measurement&AutomationExplorer(MAX)、数据采集助理(DAQAssistant)以及VILogger数据记录软件。通过这些工具并结合LabVIEW可以节省大量的系统配置、开发和记录数据的时间。4.1.3NI-DAQmx数据采集简介NI-DAQmx是NI-DAQmx1.Measurement&AutomationExplorer(MAX)测量与自动化软件快速检测及配置所有硬件通过测试面板验证硬件的运作状况实施简便、交互式的测量给Ι/Ο通道命名NI-DAQmx1.Measurement&Autom举例：通过MAX配置串口属性

举例：通过MAX配置串口属性2.DAQ助手DAQAssistant

DAQ助手提供了一个对话框式的向导用于测量任务的配置、测试和自动代码生成。配合ExpressVI，通过DAQAssistant可以在数分钟内搭建一个专业的数据获取系统。2.DAQ助手DAQAssistant数据采集模板数据采集模板DAQmx—数据采集模板DAQmx—数据采集模板（1）模拟输入通道参数设置1）被测量选取3数据输入输出设置（1）模拟输入通道参数设置3数据输入输出设置2）测量通道选择2）测量通道选择（2）模拟输出通道参数设置

1）被测量选择（2）模拟输出通道参数设置

1）被测量选择2）测量通道选择2）测量通道选择3）命名3）命名4）测量通道设置好的示意图4）测量通道设置好的示意图5）自行测试演示5）自行测试演示（3）外部信号输入的设置（3）外部信号输入的设置自我测试结果外部加入到ai11端子的电压3.45v自我测试结果外部加入到ai11端子的电压3.45v（4）外部信号输入的子函数调用—读出（4）外部信号输入的子函数调用—读出外部信号输入的子函数调用测试结果外部信号输入的子函数调用测试结果（5）外部信号--输入端读出—写给输出端（5）外部信号--输入端读出—写给输出端读出—写入模式设置读出—写入模式设置运行运行4.1.4通用数据采集卡的LabVIEW控制实现1．数据采集卡驱动程序的开发方式

直接端口读写方式（I/O方式）

调用C语言源代码的方式（CIN方式）

调用动态连接库的方式（CLF方式）

4.1.4通用数据采集卡的LabVIEW控制实现1．数据采（1）直接端口读写方式（I/O方式）I/O端口子选板

InPort.vi

OutPort.vi

（1）直接端口读写方式（I/O方式）I/O端口子选板I（2）调用C语言源代码的方式LabVIEW8.2函数选板的【互连接口】→【库可执行程序】子选板中有一个CodeInterfaceNode节点，用来在LabVIEW程序框图中直接调用其他编程语言（如VC）写的代码。这样就可以通过使用CIN图标来调用由C语言编写的采集卡驱动程序方法实现虚拟仪器的数据采集。（2）调用C语言源代码的方式LabVIEW8.2函数选板的【（3）调用动态连接库的方式动态链接库通常由数据采集卡生产厂商提供，通过LabVIEW的CallLibraryFunctionNode来调用。

（3）调用动态连接库的方式动态链接库通常由数据采集卡生产厂商2．数据采集卡驱动程序设计举例

例4.3

用端口读/写函数驱动数据采集卡。

要求通过端口读/写函数实现数据采集卡PC-6310的数据采集PC-6310简介

PC-6310适用于具有ISA总线的PC系列微机卡上的A/D转换器ADS774为12位分辨率转换速率为10μS

模拟输入信号范围为0V～10V或-5V～+5V

模拟输入通道为32个通道的单端或16个通道的双端

2．数据采集卡驱动程序设计举例例4.3用端口读/写函数驱

控制端口的地址与功能

A/D转换状态数据格式A／D转换结果数据格式控制端口的地址与功能A/D转换状态数据格式A／D转换结数据采集VI的前面板数据采集VI的前面板数据采集VI的程序框图数据采集VI的程序框图数据采集VI的程序框图数据采集VI的程序框图讲到此了—3.11讲到此了—3.114.2信号产生信号产生是仪器系统的重要组成部分，要评价任意一个网络或系统的特性，必须外加一定的测试信号，其性能方能显示出来。最常用的测试信号有正弦波、三角波、方波、锯齿波、噪声波及多频波（由不同频率的正弦波叠加而形成的波形）等。

4.2信号产生信号产生是仪器系统的重要组成部分，要评价任4.2.1数字信号的产生与数字化频率的概念

正弦波信号：u(t)=Asin(ωt+θ0)ΔT为采样间隔，T为信号周期，设一个周期内的采样点数为n，则T=nΔT

采样频率：fs=1/ΔT

信号频率：fx=1/T=1/(nΔT)=fS/nu(iΔT)=Asin(2πi/n+θ0)

设f=fx/fS=1/n,将2π弧度用360º表示，并省略，则得

数字化频率f=模拟频率/采样频率4.2.1数字信号的产生与数字化频率的概念正弦波信号：u4.2.2信号产生函数及应用信号生成子选板

4.2.2信号产生函数及应用信号生成子选板1.正弦波生成SineWave.vi

正弦波函数的等效数学运算式如下：SineWave[i]=amplitude×sin（360×f×i+phase0）

1.正弦波生成SineWave.vi正弦波函数的等效数SineWave.vi应用举例例4.5利用SineWave.vi产生正弦波前面板程序框图

SineWave.vi应用举例例4.5利用Sine数字频率的认识

调节信号频率、采样频率、采样点数，观察这些参数的变化对显示正弦波结果的影响。若以Hz作为频率单位，则

数字频率单位（Hz）=fx/fs=信号频率/采样频率若以周期作为频率单位，则

数字频率单位

(T)=周期数/采样点数数字频率的认识调节信号频率、采样频率、采样点数，观察这些参均匀白噪声的生成例4.6

利用UnifomWhiteNoise.vi产生均匀分布的白噪声。前面板程序框图

均匀白噪声的生成例4.6利用UnifomWhiteNo简单函数发生器例4.7创建一个可以产生正弦波、三角波、方波和锯齿波的函数发生器。简单函数发生器例4.7创建一个可以产生正弦波、三角波、方波4.2.3波形生成在波形生成子选板中的所有函数不仅输出包含指定波形图形的数字型数组，而且包含时间参数，这种数据类型在LabVIEW中称为波形数据4.2.3波形生成在波形生成子选板中的所有函数不仅输出包含波形生成函数的应用举例例4.8

使用基本函数发生器创建函数发生器前面板

程序框图

波形生成函数的应用举例例4.8使用基本函数发生器创建函数多频信号的产生与应用多频信号是指一个离散频率的正弦波集合，其模拟信号数学表达式为：式中，Ai：第i个正弦波的幅值

ωi：基频角频率

hi：第i个正弦波的角频倍数

θi：第i个正弦波的初相角多频信号的产生与应用多频信号是指一个离散频率的正弦波集合，例4.9多频信号发生器前面板

程序框图

例4.9多频信号发生器前面板程序框图例4.10信号合成信号合成的前面板和程序框图例4.10信号合成信号合成的前面板和程序框图4.3信号的时域分析时域分析是指在时间域内研究系统在一定输入信号的作用下，其输出信号随时间的变化情况。由于时域分析是直接在时间域中对系统进行分析的方法，所以时域分析具有直观和准确的优点。4.3信号的时域分析时域分析是指在时间域内研究系统在一定4.3.1卷积运算卷积是电路分析的一个重要概念。它可以求线性系统对任何激励信号的零状态响应。对离散时间信号的卷积称为卷积和，定义为Convolution.vi4.3.1卷积运算卷积是电路分析的一个重要概念。它可以求线例4.11求卷积运算卷积运算的前面板和程序框图例4.11求卷积运算卷积运算的前面板和程序框图4.3.2相关分析所谓“相关”是指变量之间的线性关系。相关分析利用相关系数或相关函数来描述两个信号间的相互关系或其相似程度，还可以用来描述同一信号的现在值与过去值的关系，或者根据过去值、现在值来估计未来值。相关函数定义为

4.3.2相关分析所谓“相关”是指变量之间的线性关系。相

LabVIEW中的相关分析函数AutoCorrelation.viCrossCorrelation.viLabVIEW中的相关分析函数AutoCorrelati例4.12互相关运算前面板程序框图

例4.12互相关运算前面板程序框图4.3.3微积分运算

在工程应用领域，经常要对整个过程进行测量和控制，往往涉及到信号的采集，而采样获得是离散的数据，若要考虑整个过程的动态情况或者获得多个参数，就要用到数值积分和数值微分运算。

LabVIEW提供了积分和微分函数4.3.3微积分运算在工程应用领域，经常要对例4.13对方波信号进行微积分运算前面板

程序框图

例4.13对方波信号进行微积分运算前面板程序框图4.4信号的频域分析信号的频谱代表了信号在不同频率分量处信号成分的大小，它能够提供比时域信号波形更直观、更丰富的信息。LabVIEW8.2提供了丰富的频域分析函数，包括傅里叶变换、hilbert变换、功率谱分析、谐波分析等。

4.4信号的频域分析信号的频谱代表了信号在不同频率分量处信4.4.1快速傅立叶变换（FFT）傅里叶变换是信号处理与数据处理中一个重要分析工具，其意义在于将时域与频域信号联系起来，通过频域分析将复杂的信号分解为各个单一的频率成分。FFT.vi4.4.1快速傅立叶变换（FFT）傅里叶变换是信号处理与数例4.15双边傅里叶变换前面板程序框图频率间隔与采样频率和采样点数的关系例4.15双边傅里叶变换前面板程序框图频率间隔与采样频率例4.16单边傅里叶变换前面板程序框图例4.16单边傅里叶变换前面板程序框图4.4.2频谱分析频谱分析是指把时间域的各种动态信号通过傅里叶变换转换到频率域进行分析。频谱分析中应注意的问题（1）频谱混叠（2）泄漏效应和栅栏效应4.4.2频谱分析频谱分析是指把时间域的各种动态信号通过频谱分析前面板程序框图

例4.17使用AmplitudeandPhaseSpectrum.vi进行频谱分析频谱分析前面板程序框图例4.17使用Amplitude功率谱例4.16使用AutoPowerSpectrum.vi进行自功率谱分析前面板程序框图功率谱例4.16使用AutoPowerSpectru4.4.3频率响应分析频率响应表述了一个测试系统输入和输出的频域关系，它是描述测试系统频域动态特性的重要关系。

常常用其模和相位角来表示，称为测试系统的幅频特性和相频特性。

4.4.3频率响应分析频率响应表述了一个测试系统输入和输例4.19求频率响应的幅频特性与相频特性前面板程序框图例4.19求频率响应的幅频特性与相频特性前面板程序框图频率响应例4.20使用FrequenceResponseFunction(Real-Im).vi求频率响应的实部和虚部前面板程序框图频率响应例4.20使用FrequenceResponse4.4.4谐波分析谐波和基波是一个相对的概念，它是一个周期电气量中的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称为高次谐波。在频域分析中以电压为例，将畸变的周期性电压分解成傅里叶级数畸变波形因谐波引起的偏离正弦波形的程度用总谐波畸变量THD表示

4.4.4谐波分析谐波和基波是一个相对的概念，它是一个周例4.21谐波分析前面板程序框图

例4.21谐波分析前面板程序框图4.5数字滤波器数字滤波器即是以数值计算的方法来实现对离散化信号的处理，以减少干扰信号在有用信号中所占的比例，从而改变信号的质量，达到滤波或加工信号的目的。

数字滤波器分为无限冲激响应滤波器IIR

有限冲激响应滤波器FIR

特点：精度高、稳定性好、灵活性强、处理功能强

4.5数字滤波器数字滤波器即是以数值计算的方法来实现对调用数字滤波器子程序应注意的问题滤波器类型选择:在