【虚拟仪器技术课件】LabVIEW教程--信号.PPTVIP

信号处理与分析 1、概述 本章将介绍数字信号处理的基本知识，并介绍由上百个数字信号处理和分析的VI构成的LabVIEW分析软件库。 目前，对于实时分析系统，高速浮点运算和数字信号处理已经变得越来越重要。 通过分析和处理数字信号，可以从噪声中分离出有用的信息，并用比原始数据更全面的表格显示这些信息。下图显示的是经过处理的数据曲线。 VI的典型的测量任务有 ： 计算信号中存在的总的谐波失真。 决定系统的脉冲响应或传递函数。 估计系统的动态响应参数，例如上升时间、超调量等等。 计算信号的幅频特性和相频特性。 估计信号中含有的交流成分和直流成分。 这些用于测量的虚拟仪器是建立在数据采集和数字信号处理的基础之上 。 LabVIEW信号处理特性： 输入的时域信号被假定为实数值。 输出数据中包含大小、相位，并且用合适的单位进行了刻度，可用来直接进行图形的绘制。 计算出来的频谱是单边的（single_sided），范围从直流分量到Nyquist频率(二分之一取样频率)。（即没有负频率出现） 需要时可以使用窗函数，窗是经过刻度地，因此每个窗提供相同的频谱幅度峰值，可以精确地限制信号的幅值。 VI中常用的数字信号处理函数 Analyze-Signal Processing子模板 ①．Signal Generation（信号发生）：用于产生数字特性曲线和波形。 ②．Time Domain（时域分析）： 用于进行频域转换、频域分析等。 ③．Frequency Domain（频域分析）： ④．Measurement（测量函数）：用于执行各种测量功能，例如单边FFT、 频谱、比例加窗以及泄漏频谱、能量的估算。 ⑤．Digital Filters（数字滤波器）：用于执行IIR、FIR 和非线性滤波功能。 ⑥．Windowing（窗函数）：用于对数据加窗。 2、信号的产生 本节将介绍怎样产生标准频率的信号，以及怎样创建模拟函数发生器。参考例子见examples\analysis\sigxmpl.llb。 信号产生的应用主要有： 当无法获得实际信号时，（例如没有DAQ板卡来获得实际信号或者受限制无法访问实际信号），信号发生功能可以产生模拟信号测试程序。 产生用于D/A转换的信号 基本函数发生器 在LabVIEW 中提供了波形函数，为制作函数发生器提供了方便。以Waveform - Waveform Generation中的基本函数发生器（Basic Function Generator.vi）为例，其图标如下： 基本函数发生器示例 ３、标准频率 - 数字频率 在模拟状态下，信号频率用Hz或者每秒周期数为单位。但是在数字系统中，通常使用数字频率，它是模拟频率和采样频率的比值，表达式如下： 数字频率＝模拟频率/采样频率 这种数字频率被称为标准频率，单位是周期数/采样点。 有些信号发生VI使用输入频率控制量f，它的单位和标准频率的单位相同：周期数/每个采样点，范围从0到1，对应实际频率中的0到采样频率fs的全部频率。它还以1.0为周期，从而令标准频率中的1.1与0.1相等。例如某个信号的采样频率是奈奎斯特频率（fs/2），就表示每半个周期采样一次（也就是每个周期采样两次）。与之对应的标准频率是1/2 周期数/采样点，也就是0.5 周期数/采样点。标准频率的倒数1/f表示一个周期内采样的次数。 如果你所使用的VI需要以标准频率作为输入，就必须把频率单位转换为标准单位：周期数/采样点。 ４、数字信号处理 (1) FFT变换 信号的时域显示（采样点的幅值）可以通过离散傅立叶变换（DFT）的方法转换为频域显示。为了快速计算DFT，通常采用一种快速傅立叶变换(FFT)的方法。当信号的采样点数是2的幂时，就可以采用这种方法。 FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。 Analyze库中有两个可以进行FFT的VI，分别是 Real FFT VI 和 Complex FFT VI。这两个VI之间的区别在于，前者用于计算实数信号的FFT，而后者用于计算复数信号的FFT。它们的输出都是复数。 FFT变换 大多数实际采集的信号都是实数，因此对于多数应用都使用Real FFT VI 。当然也可以通过设置信号的虚部为0，使用Complex FFT VI 。使用Complex FFT VI 的一个实例是信号含有实部和虚部。这种信号通常出现在数据通信中，因为这时需要用复指数调制波形。 计算每个FFT显示的频率分量的能量的方法是对频率分量的幅值平方。高级分析库中Power Spectrum VI可以自动计算能量频谱。Power Spectrum VI的输出单位是