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1、第10章 數(shù)字信號處理,可用計算機(jī)進(jìn)行處理的信號都是數(shù)字信號。數(shù)字信號處理是LabVIEW的重要組成部分之一，其在信號發(fā)生、分析和處理方面有著明顯的優(yōu)勢。它將信號處理所需要的各種功能封裝成了一個個的VI函數(shù)，用戶可以利用這些VI函數(shù)迅速實(shí)現(xiàn)所需的功能，大大減少了在進(jìn)行復(fù)雜數(shù)字信號處理時花費(fèi)的精力。,用于測量的虛擬儀器執(zhí)行的典型測量任務(wù)有： （1）計算信號中存在的總的諧波失真； （2）決定系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)或傳遞函數(shù)； （3）估計系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)，如超調(diào)量、上升時間等；,（4）計算信號的幅頻特性和相頻特性； （5）估計信號中含有的直流成分和交流成分。 這些任務(wù)都要求在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上進(jìn)行信號處理。
2、,圖10-1 信號處理選板,10.1 信 號 生 成,信號生成函數(shù)位于“函數(shù)”選板下的“信號處理信號生成”子選板中。 “基于持續(xù)時間的信號發(fā)生器”基于信號類型給出的形狀，生成一個信號。,圖10-2 信號發(fā)生器函數(shù)接線端子,該函數(shù)的信號類型可以有以下幾種：正弦信號、余弦信號、三角信號、方波信號、鋸齒波信號、上升斜坡信號和下降斜坡信號，如果該端子輸入的是數(shù)字，則它們分別對應(yīng)于17。默認(rèn)的信號類型是正弦信號。,圖10-3 信號生成示例程序框圖,圖10-4 信號生成示例程序運(yùn)行結(jié)果,10.2 波 形 調(diào) 理,波形調(diào)理中的VI主要用于對信號進(jìn)行數(shù)字濾波和加窗處理，目的是為了減少干擾信號的影響，從而提高信
3、號的信噪比。一般來說，在進(jìn)行信號分析前都要先將信號進(jìn)行波形調(diào)理。波形調(diào)理函數(shù)位于“函數(shù)”選板下的“信號處理波形調(diào)理”子選板中，其界面如圖10-5所示。,圖10-5 波形調(diào)理選板,圖10-6 數(shù)字FIR濾波器接線端子,圖10-7 波形調(diào)理示例程序框圖和運(yùn)行結(jié)果,10.3 信 號 運(yùn) 算,信號運(yùn)算中的VI主要用于信號操作并返回輸出信號。用戶可以利用提供的函數(shù)來對信號進(jìn)行交直流成分檢測、卷積、逆卷積、自相關(guān)、互相關(guān)等分析。信號運(yùn)算函數(shù)位于“函數(shù)”選板下的“信號處理信號運(yùn)算”子選板中，其界面如圖10-8所示。 信號運(yùn)算函數(shù)的端口定義一般來說都比較簡單，因而使用起來也比較容易。,圖10-8 信號運(yùn)算選板
4、,圖10-9 卷積和相關(guān)接線端子,圖10-10 信號運(yùn)算示例程序框圖和運(yùn)行結(jié)果,10.4 譜 分 析,譜分析中的VI主要用于在頻譜上執(zhí)行數(shù)組的相關(guān)分析。譜分析是頻域分析常用的一種手段，也是數(shù)字信號處理中常用的、重要的方法之一。譜分析函數(shù)位于“函數(shù)”選板下的“信號處理譜分析”子選板中，其界面如圖10-11所示。 以“功率譜”函數(shù)為例，其端口接線端子如圖10-12所示。,圖10-11 信號運(yùn)算示例程序框圖和運(yùn)行結(jié)果,圖10-12 功率譜接線端子,圖10-13 譜分析示例程序框圖和運(yùn)行結(jié)果,10.5 數(shù)字濾波器,濾波器可以分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。前面討論的波形處理用到的都是一些模擬濾波器，本節(jié)則
5、主要介紹數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器的輸入與輸出都是離散的時間信號，主要用來對輸入信號進(jìn)行篩選，只有處于特定頻段內(nèi)的信號才能通過。數(shù)字濾波器是信號處理的重要內(nèi)容，在很多方面它已經(jīng)能夠取代模擬濾波器，尤其是在一些對靈活性和編程能力要求比較高的領(lǐng)域中。,與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器有如下好處： （1）可以用軟件編程，易于搭建和測試虛擬平臺； （2）穩(wěn)定性高，可預(yù)測； （3）操作簡單，只需要3種基本的數(shù)學(xué)操作（“+”、“”、“*”）即可實(shí)現(xiàn)所需功能；,（4）不因溫度、濕度等外界環(huán)境的變化而產(chǎn)生誤差，不因使用時間的增加而老化； （5）不需要有高精度的元器件，具有很高的性價比。,圖10-14 譜分析界面,圖1
6、0-15 Butterworth接線端子,（a） （b） 圖10-16 濾波器示例程序框圖和運(yùn)行結(jié)果,10.6 窗,在大多數(shù)情況下，使用DFT或FFT分析給定時域信號的頻譜時，采樣數(shù)會受到限制。這是因?yàn)榉治鏊惴僭O(shè)時域信號的第一個周期為采樣信號，隨后將周期性復(fù)制這個采樣信號以生成周期性波形，從而導(dǎo)致周期間信號不連續(xù)并引起突變，造成“譜漏”現(xiàn)象。這些突變將導(dǎo)致在頻譜中出現(xiàn)源信號中不存在的高頻，從能量的角度來看，好像是某個頻率的能量“泄漏”到了其他所有頻率中了，即所謂的“譜漏”。,為了解決譜漏問題，一般來說有兩種方法：一是無限延長采樣周期，從而獲取到從+的無限個時間記錄以得到理想的FFT解，由于實(shí)
7、際應(yīng)用時不可能無限延長采樣周期，因此該方法是不現(xiàn)實(shí)的；二是采用加窗技術(shù)，這是一種比較實(shí)用的方案。,由于譜漏主要取決于突變的幅度，突變越大，譜漏越多，因此加窗技術(shù)的原理就是將原始采樣波形乘以一個幅度變化平滑且邊緣趨零的有限長度的窗來減小每個周期邊界處的突變。,圖10-17 窗界面,圖10-18 Hamming窗接線端子,圖10-19 窗示例程序框圖和運(yùn)行結(jié)果,本章小結(jié),數(shù)字信號處理是LabVIEW的一個重要組成部分，LabVIEW中提供了大量的信號處理VI，用戶可以利用這些VI快速實(shí)現(xiàn)所需的功能而無需研究復(fù)雜的信號處理算法。本章主要介紹了信號生成、波形調(diào)理、信號運(yùn)行等幾種常用的信號處理方法，并結(jié)合了具體舉例來說明相關(guān)函數(shù)的使用方法。通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)該熟練掌握不同信號類型的信號處理方法，以及能夠根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的信號處理方法。,
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