基于LabVIEW的虛擬信號分析儀的軟件設計

虛擬儀器(VI)概念的提出是測控技術領域的一次革命。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，虛擬儀器已經逐漸走進大學實驗室，開始為實驗教學和科研服務。本文介紹一種虛擬信號分析儀的軟件設計方法，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，實現虛擬信號分析儀設計。

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設置、功能選擇、信號一、信號二和互相關分析五個模塊構成：

(1) 參數設置模塊。完成通道配置，設置掃描率、掃描數和緩沖區(qū)大小。

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

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

(4) 信號二。對應采集通道二，功能與信號一類似。

(5) 互相關分析。對信號一和信號二進行互相關分析和功率譜分析。

程序運行時，首先通過往通道控件中輸入通道號，來控制數據采集時的通道數，同時對掃描數、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配置。當所要采集的波形滿足要求后，可以點擊波形存儲，把波形數據保存到指定的文件當中。點擊讀取波形數據，把以前存儲到文件中的數據讀出來，并把相應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處理，同時把處理之后的數據輸出到相關分析單元，對輸出信號進行相關分析。

3 波形采集

框圖程序中用到的子函數功能如下。

AI Config VI：設置采樣前的各種參數。

DAQ Occurrence Config VI：設置一個數據采集事件。

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

AI Read VI：設定從采樣緩存區(qū)讀取數據的那些參數，如設定每次讀取的數量。

Clear VI：把task ID廢除，從而將采樣所用的內存緩存區(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，根據數據流將它們組合起來，再對其進行一些必要的處理。第一個DAQ Occurrence Config VI設置一個數據采集事件。在While循環(huán)中，Wait On Occurrence函數在后臺休眠，也就有效地把While循環(huán)設置于休眠狀態(tài)。在設定的數據采集事件發(fā)生后，即采集到事先指定數量的數據，LabVIEW通知Wait On Occurrence函數停止等待。由于 Wait On Occurrence函數的time out(超時)輸出參數連接到包含有AI Read VI的選擇結構的選擇端口上，就一定在 Wait On Occurrence函數停止等待后，才會用AI Read VI。

4 波形存儲

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

AI Config VI：設置采樣前的各種參數。

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

AI Read VI：設定從采樣緩存區(qū)讀取數據的那些參數，如設定每次讀取的數據點數。

AI Clear VI：把task ID作廢，從而將采樣所用的內存緩存區(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：顯示數據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：把輸入的字符串轉換為相關格式的字符串。

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

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：用其它的數據代替索引所指數組中的數據。

Search 1D Array VI：從一維數組的第一個數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函數中的dup refnum(文件標識)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。該函數通過寫頭文件子VI中的dup refnum，把采集來的數據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。

關閉文件用于關閉文件，并輸出相關的出錯信息。

在波形存儲程序中調用上述函數和子VI，根據數據流將它們組合起來，再對其進行必要的處理。

5 波形讀取

Open/Creat/Replace File VI：用于提示數據是以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容。程序中通過前面Open/Creat/Replace File VI的dup refnum，把指定文件中的內容讀出來，并且把文件中的相關內容，如時間、日期等字符串的形式輸出;mark after read表示為所讀數據的字節(jié)數;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：把二進制中的數據轉換為可讀的電壓數，以便把圖形畫出來。

Type Cast VI：該函數將輸出的數據轉換成指定的數據。

Search/Split String：將輸出的字符串分解成兩個子字符串。

讀波形數據子VI：把文件中的波形數據讀出來，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據讀出來，并把數據以16位整形的形式輸出到一個二維數組中，同時輸出文件的dup refnum、出錯信息和所讀數據的字節(jié)數。

6 結束語

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，實現了信號分析儀的基本功能。所構成的信號分析儀成功地用于教學實驗中，具有造價低、操作方便等特點。