《虚拟仪器导论》PPT电子教案第6章 虚拟仪器数据采集与信号处理.ppt
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1、第 6 章,虚拟仪器数据采集与信号处理,第6章 虚拟仪器数据采集与信号处理,教学重点数据采集信号产生信号的时域分析信号的频域分析数字滤波器曲线拟合,6.1 数据采集,组建一个基于LabVIEW的虚拟仪器系统,传感器、信号调理和数据采集模块是最基本的硬件。其中,传感器是将被测试的物理量转换为电量的基本环节,数据采集则将模拟信号转换成数据信号供计算机进行分析处理,信号调理是两者之间的桥梁,负责将传感器的输出信号和数据采集模块可以接受的信号类型联系起来。,6.1.1 数据采集系统结构,数据采集(Data Acquisition,DAQ),就是将被测对象的各种参量(物理量、化学量、生物量等)通过各种传
2、感器作适当转换后,再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤送到控制器进行数据处理或记录的过程。,一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计时器等,这些功能分别由相应的电路来实现。,数据采集卡,模拟输入/输出,数字输入/输出,时钟输入/输出,ADC,cntr/timer,digital,DAQ Board,选用数据采集卡的基本原则,(1)数据分辨率和精度(2)最高采样速度(3)通道数(4)数据总线接口类型(5)是否有隔离(6)支持的软件驱动程序及其软件平台,采集卡类型,NI的数据采集卡,PCI总线的通用数据采集卡,6.1.2 LabVIEW中的数据采集VI及应用,数
3、据采集系统结构,基于NI的USB-6009数据采集卡的数据采集,USB-6009的主要特性:8模拟通道(14位、48KS/s采样速度)2路14位模拟输出通道12个I/O通道1个32位计数器/定时器,USB-6009的外型,NI USB-6009的接线端子分配,模拟输入:AI0AI7模拟输出:AO0,AO1数字I/O:P0.0P0.7,P1.0P1.3定时/计数器:PFI0,NI数据采集卡的应用,例6.1 利用USB-6009数据采集卡实现单通道数据采集分析:利用LabVIEW8.2 的DAQmx-Data Acquisition子选板中的数据采集函数构建一个单通道的数据采集系统。硬件-选用NI
4、 USB-6009采集卡软件-选用DAQmx-Data Acquisition子选板中的数据采集函数实现,单通道数据采集VI设计,前面板,程序框图,构建多通道数据采集,例6.2 多通道数据采集分析:利用LabVIEW8.2 的DAQmx-Data Acquisition子选板中的数据采集函数构建一个多通道的数据采集系统。硬件-选用NI USB-6009采集卡软件-选用DAQmx-Data Acquisition子选板中的数据采集函数实现,多通道数据采集系统的前面板,多通道数据采集系统的程序框图,6.1.3 通用数据采集卡的LabVIEW控制实现,1数据采集卡驱动程序的开发方式 直接端口读写方式
5、(I/O方式)调用C语言源代码的方式(CIN方式)调用动态连接库的方式(CLF方式),(1)直接端口读写方式(I/O方式),I/O端口子选板,In Port.vi,Out Port.vi,(2)调用C语言源代码的方式,LabVIEW8.2函数选板的【互连接口】【库可执行程序】子选板中有一个Code Interface Node节点,用来在LabVIEW程序框图中直接调用其他编程语言(如VC)写的代码。这样就可以通过使用CIN图标来调用由C语言编写的采集卡驱动程序方法实现虚拟仪器的数据采集。,(3)调用动态连接库的方式,动态链接库通常由数据采集卡生产厂商提供,通过LabVIEW的Call Lib
6、rary Function Node来调用。,2数据采集卡驱动程序设计举例,例6.3 用端口读/写函数驱动数据采集卡。要求通过端口读/写函数实现数据采集卡PC-6310的数据采集PC-6310简介 PC-6310适用于具有ISA 总线的PC系列微机 卡上的A/D转换器ADS774为12位分辨率 转换速率为10S 模拟输入信号范围为0V10V或-5V+5V 模拟输入通道为32个通道的单端或16个通道的双端,控制端口的地址与功能,A/D转换状态数据格式,AD转换结果数据格式,数据采集VI的前面板,数据采集VI的程序框图,数据采集VI的程序框图,6.2 信号产生,信号产生是仪器系统的重要组成部分,要
7、评价任意一个网络或系统的特性,必须外加一定的测试信号,其性能方能显示出来。最常用的测试信号有正弦波、三角波、方波、锯齿波、噪声波及多频波(由不同频率的正弦波叠加而形成的波形)等。,6.2.1数字信号的产生与数字化频率的概念,正弦波信号:u(t)=Asin(t+0)T为采样间隔,T为信号周期,设一个周期内的采样点数为 n,则 T=n T 采样频率:fs=1/T 信号频率:fx=1/T=1/(n T)=fS/n u(iT)=Asin(2i/n+0)设 f=fx/fS=1/n,将2弧度用360表示,并省略,则得 数字化频率f=模拟频率/采样频率,6.2.2 信号产生函数及应用,信号生成子选板,1.正
8、弦波生成,Sine Wave.vi,正弦波函数的等效数学运算式如下:Sine Wavei=amplitudesin(360fi+phase0),Sine Wave.vi应用举例,例6.5 利用Sine Wave.vi产生正弦波,前面板,程序框图,数字频率的认识,调节信号频率、采样频率、采样点数,观察这些参数的变化对显示正弦波结果的影响。若以Hz作为频率单位,则 数字频率单位(Hz)=fx/fs=信号频率/采样频率 若以周期作为频率单位,则 数字频率单位(T)=周期数/采样点数,均匀白噪声的生成,例6.6 利用Unifom White Noise.vi产生均匀分布的白噪声。,前面板,程序框图,简
9、单函数发生器,例6.7 创建一个可以产生正弦波、三角波、方波和锯齿波的函数发生器。,6.2.3 波形生成,在波形生成子选板中的所有函数不仅输出包含指定波形图形的数字型数组,而且包含时间参数,这种数据类型在LabVIEW中称为波形数据,波形生成函数的应用举例,例6.8 使用基本函数发生器创建函数发生器,前面板,程序框图,多频信号的产生与应用,多频信号是指一个离散频率的正弦波集合,其模拟信号数学表达式为:,式中,Ai:第i个正弦波的幅值 i:基频角频率 hi:第i个正弦波的角频倍数 i:第i个正弦波的初相角,例6.9 多频信号发生器,前面板,程序框图,例6.10 信号合成,信号合成的前面板和程序框
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