基于LabVIEW語言的信號采集與處理

摘要：基于虛擬儀器技術(shù)， 利用LabVIEW 語言進(jìn)行信號采集系統(tǒng)的研制具有重要意義。文章介紹信號采集與處理系統(tǒng)的主要流程。詳細(xì)介紹PCI-1714 數(shù)據(jù)采集卡的原理及功能，通過數(shù)據(jù)采集程序?qū)嵗榻B基于LabVIEW 語言實(shí)現(xiàn)PCI-1714 采集卡的全過程，利用LabVIEW 語言編寫的程序用于將存儲數(shù)據(jù)調(diào)出，并對信號波形特點(diǎn)進(jìn)行分析。

　　1 概述

　　實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺（LabVIEW）是一種專門用于數(shù)據(jù)采集、分析及儀器控制的圖形化軟件，它所開發(fā)的虛擬儀器將計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力與儀器的硬件測試控制能力很好地結(jié)合在一起。

　　LabVIEW 的圖形化開發(fā)環(huán)境具有精確、高效、功能強(qiáng)大、開發(fā)簡易、實(shí)時性強(qiáng)、界面友好等優(yōu)點(diǎn)，為用戶提供了強(qiáng)大功能和使用的靈活性， 非常適合用于進(jìn)行仿真、實(shí)時檢測和控制。目前，LabVIEW 已經(jīng)成為測試領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛和最有前途的軟件開發(fā)平臺之一，也是應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境之一。

　　虛擬儀器可以利用高性能的模塊化硬件， 結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化應(yīng)用，與傳統(tǒng)的測量儀器相比，具有成本低、功能強(qiáng)大、集成度高、質(zhì)量可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，能很方便地組建測試系統(tǒng)，滿足多種測量要求。因此，基于虛擬儀器技術(shù)， 利用LabVIEW 語言進(jìn)行信號采集系統(tǒng)的研制具有重要意義。

　　LabVIEW 虛擬儀器主要包括前面板、框圖和圖標(biāo)/ 接口部件三部分。

　　前面板是VI 的交互式用戶界面， 即用戶與程序代碼發(fā)生聯(lián)系的窗口。VI 前面板是控件和指示器的組合，控件仿真常規(guī)儀器上的輸入輸出設(shè)備類型，如旋鈕和開關(guān)，并提供一種機(jī)制，將輸入從前面板傳送到基本框圖。

　　信號采集與處理系統(tǒng)主要應(yīng)用的是數(shù)據(jù)采集卡的A / D（模/ 數(shù)）轉(zhuǎn)換功能，通過數(shù)據(jù)采集卡將采集端采集到的模擬電信號利用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡板載緩存，最后利用計算機(jī)中的程序不斷從緩存中提取數(shù)據(jù)， 存入計算機(jī)中，并進(jìn)行相關(guān)處理，提取有用數(shù)據(jù)進(jìn)行硬盤存儲。

　　利用LabVIEW 語言編寫數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動程序，對信號分析處理及存儲流程如圖1 所示。

圖1 信號采集與處理系統(tǒng)總流程圖。

　　2 PCI-1714 數(shù)據(jù)采集卡

　　Advantech 公司的PCI-1714 是一款PCI 接口的高速4 通道同步數(shù)據(jù)采集卡， 可用于高速數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，性價比較高，適用于儀器測試、圖像處理、視頻數(shù)字化處理及聲音與振動測試等領(lǐng)域。

　　PCI-1714 是高速、高分辨力、高容量的PCI 數(shù)據(jù)采集卡， 配備4 組模擬輸入端， 具備同步采集功能。其特性可歸納為：a）內(nèi)含4 個獨(dú)立ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），可使4 個信道同步取樣，當(dāng)4 組模擬輸入同時使用時，采樣頻率理論最高可達(dá)30 MS/s。b）每路ADC 內(nèi)建32 K FIFO 內(nèi)存，使用者在高速采樣時有足夠緩沖區(qū)可供暫存， 以維持?jǐn)?shù)據(jù)采集速度及完整性。c）提供多種輸入范圍，包含±5 V、±2.5 V、±1 V、±0.5 V 等， 使用者通過工具程序即可輕松完成設(shè)定。d） 高達(dá)6 種觸發(fā)模式， 包含軟件觸發(fā)、Pacer、Post-Trigger、Pre-Trigger、Delay-Trigger 及About-Trigger 觸發(fā)方式，方便客戶按需求自行設(shè)定。