基于LabVIEW的虛擬信號分析儀的軟件設(shè)計

虛擬儀器(VI)概念的提出是測控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命。由于虛擬儀器可借助PC機強大的計算及處理能力，可由用戶定義和擴展功能，且價格低廉，深受廣大用戶青睞。目前，虛擬儀器已經(jīng)逐漸走進大學(xué)實驗室，開始為實驗教學(xué)和科研服務(wù)。本文介紹一種虛擬信號分析儀的軟件設(shè)計方法，以美國NI公司的Labview6.1為開發(fā)平臺，配合NI公司的6024E采集卡，實現(xiàn)虛擬信號分析儀設(shè)計。

2 分析儀功能介紹

信號分析儀是用來對電信號進行測量、顯示、波形存儲、時域和頻域分析的儀器。虛擬信號分析儀主要由參數(shù)設(shè)置、功能選擇、信號一、信號二和互相關(guān)分析五個模塊構(gòu)成：

(1) 參數(shù)設(shè)置模塊。完成通道配置，設(shè)置掃描率、掃描數(shù)和緩沖區(qū)大小。

(2) 功能選擇模塊。實現(xiàn)波形顯示、波形存儲、讀取波形數(shù)據(jù)、更新信號和退出。

(3) 信號一。對應(yīng)采集通道一，可實現(xiàn)濾波及加窗、自相關(guān)分析、自功率譜分析、統(tǒng)計分析和幅值分析。

(4) 信號二。對應(yīng)采集通道二，功能與信號一類似。

(5) 互相關(guān)分析。對信號一和信號二進行互相關(guān)分析和功率譜分析。

程序運行時，首先通過往通道控件中輸入通道號，來控制數(shù)據(jù)采集時的通道數(shù)，同時對掃描數(shù)、掃描率和緩沖大小進行配置。配置完成以后，可以點擊波形采集，先觀察信號的具體波形，如果不滿足要求，則可以重新進行參數(shù)配置。當(dāng)所要采集的波形滿足要求后，可以點擊波形存儲，把波形數(shù)據(jù)保存到指定的文件當(dāng)中。點擊讀取波形數(shù)據(jù)，把以前存儲到文件中的數(shù)據(jù)讀出來，并把相應(yīng)的信號輸送到信號一和信號二。此時通過點擊濾波及加窗，對信號進行濾波及加窗函數(shù)處理，同時把處理之后的數(shù)據(jù)輸出到相關(guān)分析單元，對輸出信號進行相關(guān)分析。

3 波形采集

框圖程序中用到的子函數(shù)功能如下。

AI Config VI：設(shè)置采樣前的各種參數(shù)。

DAQ Occurrence Config VI：設(shè)置一個數(shù)據(jù)采集事件。

AI Start VI：指定程序中用于開始采集的參數(shù)，如設(shè)置掃描次數(shù)、采樣率等。

AI Read VI：設(shè)定從采樣緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)的那些參數(shù)，如設(shè)定每次讀取的數(shù)量。

Clear VI：把task ID廢除，從而將采樣所用的內(nèi)存緩存區(qū)和其它資源釋放。

Simple Error Handler VI：將出錯信息通知用戶。

Wait On Occurrence VI：處理事件等待。

在波形采集程序中，用上述函數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)流將它們組合起來，再對其進行一些必要的處理。第一個DAQ Occurrence Config VI設(shè)置一個數(shù)據(jù)采集事件。在While循環(huán)中，Wait On Occurrence函數(shù)在后臺休眠，也就有效地把While循環(huán)設(shè)置于休眠狀態(tài)。在設(shè)定的數(shù)據(jù)采集事件發(fā)生后，即采集到事先指定數(shù)量的數(shù)據(jù)，LabVIEW通知Wait On Occurrence函數(shù)停止等待。由于 Wait On Occurrence函數(shù)的time out(超時)輸出參數(shù)連接到包含有AI Read VI的選擇結(jié)構(gòu)的選擇端口上，就一定在 Wait On Occurrence函數(shù)停止等待后，才會用AI Read VI。

4 波形存儲

Open/Creat/Replace File VI：提示數(shù)據(jù)是以BIN(二進制)為后綴的形式存儲在文件中。

AI Config VI：設(shè)置采樣前的各種參數(shù)。

AI Start VI：指定程序中用于開始采集的參數(shù)，如設(shè)置掃描次數(shù)、采樣率等。

AI Read VI：設(shè)定從采樣緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)的那些參數(shù)，如設(shè)定每次讀取的數(shù)據(jù)點數(shù)。

AI Clear VI：把task ID作廢，從而將采樣所用的內(nèi)存緩存區(qū)和其它資源釋放。

Simple Error Handler VI：將出錯信息告訴用戶。

時間日期子VI：顯示數(shù)據(jù)存儲時的具體時間和日期。

Match Pattern VI：把輸入的字符串分成3段來表示，如年、月、日。

Scan Form String VI：把輸入的字符串轉(zhuǎn)換為相關(guān)格式的字符串。

Concatenate String VI：把輸入的字符串放在一個數(shù)組中輸出。

Format Date/Time String：把輸入的時間、日期字符串以規(guī)定的格式輸出。

Replace Array Subset VI：用其它的數(shù)據(jù)代替索引所指數(shù)組中的數(shù)據(jù)。

Search 1D Array VI：從一維數(shù)組的第一個數(shù)開始尋找指定的元素。

Seconds To Date/Time：輸出的格式為年、月、日、小時、秒。

配置頭文件子VI：把時間日期子VI中所顯示的日期和時間及通道號的配置放在一起，以字符串的形式輸出。

寫頭文件子VI：把配置頭文件子VI輸出的字符串，以頭文件的形式存入前面指定的文件中。

Write File位于Functions>>File I/O子模板，通過Open/Creat/Replace File函數(shù)中的dup refnum(文件標(biāo)識)把配置頭文件子VI輸出的字符竄以頭文件的形式存儲到指定的文件中。

Write File位于Functions>>File I/O子模板。該函數(shù)通過寫頭文件子VI中的dup refnum，把采集來的數(shù)據(jù)以二進制的形式存儲到前面指定的文件里。同時輸出dup refnum、出錯信息和已寫到文件里的字節(jié)數(shù)。

關(guān)閉文件用于關(guān)閉文件，并輸出相關(guān)的出錯信息。

在波形存儲程序中調(diào)用上述函數(shù)和子VI，根據(jù)數(shù)據(jù)流將它們組合起來，再對其進行必要的處理。

5 波形讀取

Open/Creat/Replace File VI：用于提示數(shù)據(jù)是以BIN為后綴的形式存儲于文件中的。

Simple Error Handler VI：將出錯信息告訴用戶。

讀頭文件子VI：用來讀取文件中的內(nèi)容。程序中通過前面Open/Creat/Replace File VI的dup refnum，把指定文件中的內(nèi)容讀出來，并且把文件中的相關(guān)內(nèi)容，如時間、日期等字符串的形式輸出;mark after read表示為所讀數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù);同時輸出 dup refnum和出錯信息。

顯示頭文件子VI把讀頭文件子VI輸出的相關(guān)信息，如時間、日期、通道等信息在波形讀取的前面板顯示出來。

AI Hardware Config VI：把二進制中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可讀的電壓數(shù)，以便把圖形畫出來。

Type Cast VI：該函數(shù)將輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成指定的數(shù)據(jù)。

Search/Split String：將輸出的字符串分解成兩個子字符串。

讀波形數(shù)據(jù)子VI：把文件中的波形數(shù)據(jù)讀出來，輸出到波形讀取的前面板顯示器上。

Read File：通過前面的dup refnum，把文件中的二進制數(shù)據(jù)讀出來，并把數(shù)據(jù)以16位整形的形式輸出到一個二維數(shù)組中，同時輸出文件的dup refnum、出錯信息和所讀數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。

6 結(jié)束語

本虛擬信號分析儀軟件以Labview6.1為開發(fā)平臺，在配以NI6024E采集卡，實現(xiàn)了信號分析儀的基本功能。所構(gòu)成的信號分析儀成功地用于教學(xué)實驗中，具有造價低、操作方便等特點。