labview信号发生器及其电压表实验

电子科技大学自动化学院虚拟仪器的测试信号分析与处理技术3.1测试信号分析处理的概述

一个仪器系统通常由三大部分组成：信号的获取与采集、信号的分析与处理、结果的输出与显示，其中信号分析与处理是构成测量仪器必不可少重要部分。若用硬件电路来进行分析与处理，其电路是复杂的、昂贵的，甚至是不易实现的。虚拟仪器最核心的思想是，硬件实现的功能软件化，从而降低系统成本，增强系统功能与灵活性。在同一硬件平台上，调用不同的测试软件就可构成不同功能的虚拟仪器。例如：对采集的数据通过测试软件进行标定，并在时间轴上把对应的数据点显示出来，就构成了一台数字示波器；对采集的数据利用软件进行FFT变换，并把各频率分量幅值在频率轴上显示出来，则构成一台频谱分析仪等。通过信号分析与处理可求取信号的各种特征值，如峰值、真有效值、均值、均方值、方差、标准差及频谱函数、相关函数、概率密度函数等，可构成各种测试仪器。相同的高速A/D采集电路组成的示波器、交流电压表和频谱分析仪3.1.1测试信号的基本类型

测试信号分类方式根据信号在时域的描述方式分为：

确定性信号、非确定性信号

按描述信号的数学关系式的自变量(通常是时间)取值是否连续分为：

连续信号、离散信号

信号分类2．模拟信号和数字信号

模拟信号：测试信号未经过采样前，其时间和幅值均是连续的；数字信号：模拟信号经等间隔“采样”及幅值量化两个步骤以后就成为数字信号，所以数字信号的时间和幅值均是离散的。a）模拟信号b）数字信号图3-1模拟信号与数字信号的关系

①时域分析：测量时采集到的信号是一个时域波形。②频域分析：测量时直接采集到的信号是时域波形，由于时域分析的局限性，所以往往把问题转换到频域来处理。基本方法是FFT。③相关分析：信号的相关分析是时（延）域中进行的一种信号分析处理方法。④幅值域分析：信号的幅值域分析首先是对随机信号进行统计分析，可以求得信号的均值、均方值、方差、概率密度函数等。⑤测量数据处理：利用统计分析技术求测量结果的平均值、方差，进行不确定度评定，实现最小二乘法的数据拟合算法等。⑥数字滤波：滤波（即选频）是将一部分频率范围内的信号滤除掉，而允许另一部分频率范围内的信号通过。

虚拟仪器测试功能软件的主要内容3.1.4LabVIEW中的测试信号

分析处理函数库简介LabVIEW除了它的图形化编程方式适应工程师的思维习惯以外，还提供了非常丰富的测试工程师所需的分析处理函数和Ⅵ，即所谓的“工程师的工作间”，在这个“工作间”中，LabVIEW提供了进行测试信号分析处理所需要的各种类型的数据分析和处理工具。

实现信号分析处理功能的Ⅵ分为3个层次：ExpressVI、波形Ⅵ和基本功能Ⅵ，并分别对动态数据类型、波形数据类型和数组这样3种数据进行操作。下面我们分层次来介绍这些VI。

用ExpressVI实现的信号分析和处理VI

2.对应于波形数据的信号分析和处理Ⅵ

到达路径为：函数模板中的信号处理→

波形→波形测量子模板、波形生成子模板等波形数据是专门用来表示测试信号的，它是由时间起始值t0、dt值（两个采样点的时间间隔）以及一维数组Y组合成的一个簇。波形数据的物理意义：对一个模拟信号x(t)，从时间t0开始进行采样和A/D转换，采样率为fs,对应采样时间间隔dt=1/fs，数组Y为各个时刻的采样值。可用数值型数组Y表示波形，相当于默认t0=0,Δt=1秒

图3-4表示了对频率为20Hz、幅度为1V的正弦信号进行采样，采样频率为1kHz，得到的波形数据（t0=0,dt=0.001s）进行图形显示和数据显示,Y数组实际有50个数，图中只显示了前9个。采样50点刚好1个周期。

对周期信号，1个整周期的采样点数等于采样频率除以信号频率。

信号的采样周期个数为:（采样点数*信号频率）/采样频率3.基本函数VI

其到达路径是：函数模板中的信号处理→

波形→信号生成子模板、信号运算子模板等产生的数据类型为数值型数组，在实际需要时结合帮助文档中的详细说明进行设置和调用。3.2测试信号产生3.2.1测试信号产生途径和波形数据表示1．测试信号产生途径（1）对被测的模拟信号，使用数据采集卡或其他硬件电路，进行采样和A/D变换，送入计算机。（2）在LabVIEW中的波形产生函数得到的仿真信号波形数据。（3）从文件读入以前存储的波形数据，或由其他仪器采集的波形数据。

2．测试信号在LabVIEW中的表示

在LabVIEW中测试信号已经是离散化的时域波形数据，信号表示的数据类型有数组、波形数据和动态数据3种。3.肌2.消2仿真刷信号子产生泥函数在La达bV戒IE制W中产扑生一吓个仿倍真信字号，升相当屡于通什过软童件实灶现了县一个秤信号眯发生辈器的诵功能久。针对温不同潮的数见据形皮式，La学bV联IE赖W中有3个不证同层复次的锁信号淹发生品器。数据形式信号发生器动态数据类型ExpressVI仿真信号发生器波形数据波形发生器VI数组普通信号发生器VI功能罩相同戏：都匆能产士生基谷本信软号；主要住区别驴：使肿用的朝难易石程度允和灵财活性遥不同悲。Ex哗pr浊es棉sⅥ仿真导信号沉发生堆器产代生动登态数屯据类忙型的嗽信号后，使安用起明来最蜘简单确；普通议信号蓬发生千器VI产生始数组辰类型却的信宗号，午使用龄起来嘉比较猎复杂窗；波形粉发生惕器VI产生亩波形往数据删，使投用的皇复杂并程度亭介于栽两者伞之间虽。3种信耕号发原生器惊比较3.肾2.智3仿真嘉信号拨发生今器Si赖mu威la煌te沸S单ig砖na兴l.废v改i仿真侵信号速发生崖器Si冷mu酬la竿te滤S呀ig壁na串l．vi能够距产生呀单一情的周标期信堵号和粱单一烂的随熔机信图号(噪声)信号陷相加可的波意形。图3-臣9仿真器信号彼发生Ex勿pr雁es页s久VI的参志数设例定对穷话框（1）信袖号特城性首先掏选择脉周期渣信号硬类型程和能境够附越加噪惰声信忠号的播类型产，然龄后设班定信凡号的梢频率连、幅趟值、忍初始呢相角爪和直服流偏吗置，龄噪声阔的均肉值、然标准谣偏差彻等。（2）采忽样时慨间特所性和邀时间迟标识采样匹时间衡特性睬选择蜂：以Hz为单煌位的求采样艺频率奋→垦自呢动采央样时求间或格指定迹采样稻点数帐→烫采份样周坝期数姥。采样怠频率妇至少商是最章高信上号频委率的庄两倍厦，一著般取3到5倍。时间呆标识委的设催置主吹要调对节输语出的绩动态桌数据永类型撞的时战间信邀息，时间蜓标识少有两费个选雅项：从测铜量始刚点计着算的旦时间(程序允开始悬运行拔的时坡间)绝对壳时间(计算紫机时蠢间)一般作选择夜默认挨值(起始资时间)。（3）信涛号重摘置信号致重置挠的改盯变在慌预览智窗口盛看不扣到效提果，慈这个威选项晓在该Ⅵ被放朽在循叨环等探结构达中重较复运代行时风起作爆用。它决颗定了吼该VI每次问运行瞒的起齿点是棵从对有话框倾的设才定值难开始脏，还种是从疾该VI上一兼次运安行结铃束点埋的状愤态开途始。在实病际应话用中型用其梅默认揭值(连续原产生扔信号)的机好会还违是比涉较多撇，在技这种备情况隔下，侧我们辰利用箱循环贺就能稠够产秆生一映个连证续的担波形村，而孝不至套于在芒每次忧循环捎的开埋始时笋间点拨上出仓现一伯个波诊形跳筝变。除了沉在参兵数设柔置对逮话框丙中设粗置参掘数，虏也允裤许通萍过传至统的孕端口窗方式旺设置作参数捞，这彻给在公前面蜘板上呀放置四控件咐提供喊了机滚会。堡其端家口图鹊如图3-沸12。图3-撒12仿真唤信号谅发生营器Si扰mu勾la丛te递S鼠ig箩na补l杯.v传i端口盖图仿真丝式信号蓝发生沈器Si箭mu贪la孙te倦S毁ig查na购l．vi的使斑用还圆需要沉注意秒的是口：a.由于关其本盗身只倾产生怀有限业长度归的信漆号(数据朴量不惠大，剖持续伤时间勾很短)，所速以在扮应用忌中一宏般都凤是将进其放五置在引循环缺中来拜产生叮比较裁长时底间的判信号华。b.用仿催真信改号发览生器Si拍mu紫la火te服S挺ig叮na川l．vi也可袄以产产生单架纯的阁随机召噪声硬。例：米正弦卫波加犬噪声懂发生马器程渠序2．设纽奉计一怎个简俊易的屯仿真寸多波榴形发唇生器巩，可魄产生搜频率木、幅寻值和累直流烂偏值锻可调彼的正旬弦、房诚方波谋、三谱角波坝、锯怜齿波呆信号腔，还凡可叠率加高杏斯噪颜声信特号，鱼并且帖采样侦率和美采样因点可驻选，赠显示傻波形引。分析扬：Ex午pr膛es窑s哗VI仿真胜信号乌发生桐器使请用方恩便，首在编召程时丝式用户孤可改值变各霉种参脱数，武并能煮马上汽演示庄结果兼。但龙是有统些参扭数（冷包括归波形护类型络、采典样率泊和采碌样点珍等）撒无输编入端对口，拨即运搁行程况序后伯用户平不能腰从面昂板改签变。山而波笔形发丛生器VI提供到了更熔多和弊灵活气的输屡入端旨口。遇所以译本题孝目采她用波年形发锄生器VI中的进函数谅来完彻成。Ba决si感c沈Fu铁nc肯ti振on阔G灿en伯er均at工or基本紧函数普发生妙器函愚数Ga木us怠si仙an嗓W肿hi础te臭N征oi秤se地W箱av糟ef苹or固m高斯披白噪誉声函孕数（1）前级面板被设计什：在1题的足前面吊板基娃础上阻再增列加波歪形选孤择旋烛钮kn棋ob控件宇和采闭样率随和采经样点鹅输入唐簇控荣件，债并对雹旋钮届（Kn鸣ob）控拴件的旁文本砖列表谎属性待进行辽设置鱼，正顷弦波垄、三殃角波帝、方胀波、婚锯齿漫波对割应数路值分世别为0～3。再酬选用映一些思面板延装饰荡控件绵，调参整各漆控件患的位昌置、文大小占和显退示层茧数，愧把前标面板杀设计永成较荣美观穷、实由用的姻虚拟彻仪器义面板漫，前面凉板设闲计（2）框塑图程碎序设既计：选用不波形哥发生常器VI中的Ba酒si茶c仍Fu麦nc始ti跳on遇G让en弟er竟at饮or函数扩产生腾要求绵的4种周缩慧期信链号。连接脾波形揭选择kn旗ob旋钮栗到si漆gn由al砖t延yp姻e端口农，连汽接频孙率、恢幅度尿、采雾样参碑数簇侵端口随。选用旧波形姐发生蠢器VI中的Ga絮us福si途an合W校hi畅te桑N颗oi博se洲W膨av哪ef浑or裂m函数饼产生严标准音偏差侄可调银的高东斯白问噪声浙，用2次加绞法运娃算完胀成信冰号的文直流壤偏值菜设置兴和叠苦加高傻斯白刊噪声想，因递为La熟bv丙ie牛w中的甘许多榜运算督具有突多态劫性（店即不齐同类庸型的丸数据饰可参衬与运蹈算）张。然后喷全部匪放入1个Wh煌il投e循环常中，象用开助关控狂制循兴环的懂结束仍。3.朱2.驱4多谐血信号石附加斑噪声挤的波鸡形发稀生器To严ne仆s痒an死d纪No坟is隙e蛛Wa们ve躺fo颠rm妹.寒vi在测赠试工颂程应早用中墨还有摄这样模一种阅情形扮：测隙量的捡信号唇是若杜干个旅正弦近信号枕或余纯弦信竟号的凶叠加块，每渔个正穗弦信吓号或沫余弦也信号强具有嚼不同奋的频够率、厚幅值吸和相菠位。仿真艘信号匆发生烟器Si步mu电la挣te这S袖ig播na域l．vi不能战产生酸多个造周期逢信号肃叠加胸的波双形，庄如果睬要实葵现这汽一功你能，猾需要盲在每祝个单梳一周情期信散号产就生以廊后再厘进行飞叠加累运算丑。例：镜用多融谐信叶号附盖加噪拉声的长波形冈发生幸器To信ne脏s煮an远d么No宁is尸e谷Wa捷ve徐fo挂rm稠.筑vi产生孟表达博式（3-乡丰11）的贯信号传。注意抹：该亡函数对的单肃频频轮率数结组每广个元沟素的灰信号慢采样疑周期怕数要廉求是悟正整仓数。式中亚，绍为渣均方庙值为0.工2的高湾斯白惠噪声筋。f1变=2列0H缝z,庆f绳2=仓16停Hz者,鸭f3骗=5寺0H鸽z图3-音13芳a圣)多谐葱信号瓣附加犯噪声夫的波浆形发斥生器期前面芬板图3-地13爽b维)多谐震信号款附加衰噪声寇的波趣形发颂生器丧后面膛板在La惨bV刷IE祝W中实春现信刚号幅达值特羡征值驾求取交流裕电压祸基本授参量艰定义2．测孤量方鼠法：（1）基切于AC－DC转换倚的模派拟测搁量方热法通过况检波糟电路既将交周流电柜压变衣换为患峰值决、平桶均值疾或有众效值返的直劫流电纽奉压，零再对索直流畅电压雅进行粪测量喝。（2）模乏拟运蹲算集蜂成电赤路直接狡根据晨有效梢值的玻定义哭式，诞采用茄模拟茎运算巷的集舍成电许路来傲实现锣，首鲜先是岔由模晓拟乘口法器医实现咏平方米运算决，再改是积代分和馋开方百运算股，最令后通猾过运恐算放隶大器响的比泊例运杂算，拢得到阴有效把值输否出。（3)热电劳偶有吼效值片检波（4）采谅样-计算肌法直接墨采用戚高速A/题D转换你器，蜻将被冬测交辛流电榴压波喊形以者奈奎申斯特追采样妈频率毕实时柔采样扫，然脆后，元对采啊样数批据进稻行处洞理，苗根据冷定义器计算旱出被捕测交融流电恭压的私有效凉值、预峰值它和平誓均值庆。虚拟供仪器橡采用窜本原悬理计呀算。用Ex鉴pr距es势s御VI中的Am竭pl慰it笑ud职e铜an罪d梦Le婶ve情l参Me肠as杀ur预em惯en告ts．VI路径扬是Fu纷nc今ti卖on抬s→Si腐gn碑al回A片na射ly先si睡s或Al远l港Fu削nc接ti滚on缴s→An围al畜yz捷e→Wa哪ve坦fo盾rm凭M谜ea立su烛re忌me潜nt吸s。幅值特征值求取的项目当前信号幅值特征值求取的结果输入信号预览窗口加窗后信号预览窗口表3-早5蹲Am舍pl嫂it镇ud巧e优An容d筒Le巨ve脱l捉Me需as她ur携em闭en盲ts．vi幅值禾特征秃值求惩取项鉴目参数参数含义参数参数含义DC信号均值Peaktopeak峰-峰值RMS信号均方根值Cycleaverage一个周期的平均值Maximumpeak信号最大值CycleRMS一个周期的均方根值Minimumpeak信号最小值现在食看一陡个用Am巷pl哲it级ud椒e饿an设d键Le科ve摆l鄙Me壶as篇ur耐em兰en村ts．vi进行膜特征币值求革取的阁例子言。用Ex逐pr零es山s信号港发生度器产伟生一虎个