基于LabVIEW的虛擬信號(hào)分析儀的軟件設(shè)計(jì)

虛擬儀器(VI)概念的提出是測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命。由于虛擬儀器可借助PC機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算及處理能力，可由用戶定義和擴(kuò)展功能，且價(jià)格低廉，深受廣大用戶青睞。目前，虛擬儀器已經(jīng)逐漸走進(jìn)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研服務(wù)。本文介紹一種虛擬信號(hào)分析儀的軟件設(shè)計(jì)方法，以美國(guó)NI公司的Labview6.1為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，配合NI公司的6024E采集卡，實(shí)現(xiàn)虛擬信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)。

2 分析儀功能介紹

信號(hào)分析儀是用來(lái)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量、顯示、波形存儲(chǔ)、時(shí)域和頻域分析的儀器。虛擬信號(hào)分析儀主要由參數(shù)設(shè)置、功能選擇、信號(hào)一、信號(hào)二和互相關(guān)分析五個(gè)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(shí)現(xiàn)波形顯示、波形存儲(chǔ)、讀取波形數(shù)據(jù)、更新信號(hào)和退出。

(3) 信號(hào)一。對(duì)應(yīng)采集通道一，可實(shí)現(xiàn)濾波及加窗、自相關(guān)分析、自功率譜分析、統(tǒng)計(jì)分析和幅值分析。

(4) 信號(hào)二。對(duì)應(yīng)采集通道二，功能與信號(hào)一類似。

(5) 互相關(guān)分析。對(duì)信號(hào)一和信號(hào)二進(jìn)行互相關(guān)分析和功率譜分析。

程序運(yùn)行時(shí)，首先通過(guò)往通道控件中輸入通道號(hào)，來(lái)控制數(shù)據(jù)采集時(shí)的通道數(shù)，同時(shí)對(duì)掃描數(shù)、掃描率和緩沖大小進(jìn)行配置。配置完成以后，可以點(diǎn)擊波形采集，先觀察信號(hào)的具體波形，如果不滿足要求，則可以重新進(jìn)行參數(shù)配置。當(dāng)所要采集的波形滿足要求后，可以點(diǎn)擊波形存儲(chǔ)，把波形數(shù)據(jù)保存到指定的文件當(dāng)中。點(diǎn)擊讀取波形數(shù)據(jù)，把以前存儲(chǔ)到文件中的數(shù)據(jù)讀出來(lái)，并把相應(yīng)的信號(hào)輸送到信號(hào)一和信號(hào)二。此時(shí)通過(guò)點(diǎn)擊濾波及加窗，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波及加窗函數(shù)處理，同時(shí)把處理之后的數(shù)據(jù)輸出到相關(guān)分析單元，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)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(gè)數(shù)據(jù)采集事件。

AI Start VI：指定程序中用于開(kāi)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(cuò)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(lái)，再對(duì)其進(jìn)行一些必要的處理。第一個(gè)DAQ Occurrence Config VI設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)采集事件。在While循環(huán)中，Wait On Occurrence函數(shù)在后臺(tái)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(shí))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(huì)用AI Read VI。

4 波形存儲(chǔ)

Open/Creat/Replace File VI：提示數(shù)據(jù)是以BIN(二進(jìn)制)為后綴的形式存儲(chǔ)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(kāi)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(diǎn)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(cuò)信息告訴用戶。

時(shí)間日期子VI：顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)的具體時(shí)間和日期。

Match Pattern VI：把輸入的字符串分成3段來(lái)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(gè)數(shù)組中輸出。

Format Date/Time String：把輸入的時(shí)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(gè)數(shù)開(kāi)始尋找指定的元素。

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

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

寫(xiě)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(guò)Open/Creat/Replace File函數(shù)中的dup refnum(文件標(biāo)識(shí))把配置頭文件子VI輸出的字符竄以頭文件的形式存儲(chǔ)到指定的文件中。

Write File位于Functions>>File I/O子模板。該函數(shù)通過(guò)寫(xiě)頭文件子VI中的dup refnum，把采集來(lái)的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)到前面指定的文件里。同時(shí)輸出dup refnum、出錯(cuò)信息和已寫(xiě)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(cuò)信息。

在波形存儲(chǔ)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(lái)，再對(duì)其進(jìn)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(chǔ)于文件中的。

Simple Error Handler VI：將出錯(cuò)信息告訴用戶。

讀頭文件子VI：用來(lái)讀取文件中的內(nèi)容。程序中通過(guò)前面Open/Creat/Replace File VI的dup refnum，把指定文件中的內(nèi)容讀出來(lái)，并且把文件中的相關(guān)內(nèi)容，如時(shí)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(shí)輸出 dup refnum和出錯(cuò)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(shí)間、日期、通道等信息在波形讀取的前面板顯示出來(lái)。

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

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(gè)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(lái)，輸出到波形讀取的前面板顯示器上。

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

6 結(jié)束語(yǔ)

本虛擬信號(hào)分析儀軟件以Labview6.1為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在配以NI6024E采集卡，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)分析儀的基本功能。所構(gòu)成的信號(hào)分析儀成功地用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，具有造價(jià)低、操作方便等特點(diǎn)。