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1、广 西 物 理第23卷 第2期 Vol.23No.22002GUANGXIWULI基于LabVIEW的信号处理/存储示波器罗涟玲,朱日胜(广西师范大学物理与电子科学系,广西 桂林 541004) 摘 要:LabVIEW的软件包是目前国际上热门的信号采集处理及分析的虚拟仪器软件,主要使用G语言及其模块化的功能来完成各种昂贵的专用仪器所具有的功能,它能完成用户自己确定的特殊功能。本文讨论用LabVIEW语言设计的虚拟仪器来完成信号处理/存储示波器。关键词:LabVIEW;虚拟仪器;FFT/Wavelet变换中图分
2、类号:TN911172文献标识码:A文章编号:1003-7551(2002)02-0022-031 前言传统的仪器都是由仪器厂家设计并定义好功能的一个封闭式的机构,它有固定的输入/输出接口和仪器的操作面板,每种仪器实现一种特定的功能,并以确定的方式给使用者,单从一般的仪器设计来看,一台仪器无非就是由数据采集、分析处理、人机交互和显示几个部分组成的一个整体。由此,就设想在必要的数据采集硬件和计算机的帮助下,通过软件实现仪器的全部功能。这就是虚拟仪器。与传统的仪器相比,它在性能、易用性、通用性、用户可定制性等方面都有突出的优势。虚拟仪
3、器技术作为一种新兴的构造仪器的技术,它可以部分实现甚至全部实现物理仪器的功能,实现了传统仪器向虚拟仪器的过渡。下面,用LabVIEW语言设计的虚拟仪器来完成信号处理/存储示波器,该仪器主要完成四个功能:采样、显示、FFT变换Wavelet变换。2 整个虚拟仪器流程图整个虚拟仪器的流程是这样的,把物理的信号转变为电信号,然后对其模拟信号的前置放大处理,把模拟电信号连入数据采集卡,转变为数据信号,最后连入计算机内,然后在计算机内对数字信号进行各种处理变换,最后通过显示器显示出来。3 用LabVIEW实现虚拟仪器的分析和控制部分LabV
4、IEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench———实验室虚拟仪器工程平台),是直观的前面板与流程图式的编程方法的结合,是构建虚拟仪器的理想工具。是简化了而更易于使用的基于图形化编程语言的开发环境。3 收稿日期:2002-04-0222第2期基于LabVIEW的信号处理/存储示波器前面板是一个经久的仪器概念,而软件前面板其实就是自动化的扩展,因为它们保持了传统的直观的视觉和感觉效果。同时,软件前面板创建了一个真正的接口,无论用户使用什么类型的硬件,并且,不象硬件前面板,软件前
5、面板只包含了对于一个应用场合很重要的参数,用户能够很容易地从一个单一前面板的控制平台,并把整个系统当作一台假想存在的真实仪器来看待。流程图式的编程设计与科技工程人员较为熟悉的数据流和方块图的概念是一致的,而且由于流程图与传统的程序设计语言的语法细节无关,构建和测试程序就可以少费时间。使用流程图的方法可以实现内部的自我复制,采用前面板、流程图、图标等,用户还能重用虚拟仪器,可以随时改变虚拟仪器来满足自己的需要。1)首先是采集模块和信号输入控制模块:数据采集模块主要完成数据采集控制,包括通道选择控制,时基控制。2)控制输出模块:在此输
6、出模块当中有两种变换方式:一种是快速傅立叶变换(FFT变换);另一种是小波变换(Wavelet变换)。快速傅立叶变换:进行快速傅立叶变换,即把从采集模块时域信号(或读取文件得来的信号)先经过分解,得到数组序列X(n),然后经过加窗处理(因快速傅立叶是离散的),再进行实数域内的快速傅立叶变换,得到结果进行对数log10X(n)运算,得到频域内的快速傅立叶变换序列。小波变换(Wavelet变换,即二次样条小波变换):不连续的二阶小波变换,成功地运用到图象技术和语音技术方面,以及在识别语音方面的应用,以及它在滤波器方面都得到广泛的应用。
7、本质上,二阶小波分解过程是加上卷积功能的一个低通滤波器和高通滤波器,下面是二进小波分解的过程:第零层:a0(n)=x(n)33第一层:a1(n)=a0(n)h1(n);d1(n)=a0(n)g1(n);33第二层:a2(n)=a1(n)h2(n);d2(n)=a1(n)g2(n);33第k层:ak(n)=ak-1(n)hk(n);dk(n)=ak-1(n)gk(n);在变换过程中ak(n)和dk(n)在K层的变换中把原始信号分解成高端部分gk和低端部分hk(是第K层的低通的滤波器,gk(n)是第K层的高通的滤波器),其中K范围在[
8、1,L]之间,2L是最大的卷积长度(或者L是最大的层数),这些都取决于N,x(n)是要处理的原始信号序列,图表2a代表分解过程。图表2a4层小波分解图表2b4层小波重构 整个分解过程把参数放到hk(n)和gk(n)中去,实际上,一元双正交小波变换
