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1、第10章 數(shù)字信號(hào)處理,可用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理是LabVIEW的重要組成部分之一，其在信號(hào)發(fā)生、分析和處理方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。它將信號(hào)處理所需要的各種功能封裝成了一個(gè)個(gè)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(hào)處理時(shí)花費(fèi)的精力。,用于測(cè)量的虛擬儀器執(zhí)行的典型測(cè)量任務(wù)有： （1）計(jì)算信號(hào)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(jì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)，如超調(diào)量、上升時(shí)間等；,（4）計(jì)算信號(hào)的幅頻特性和相頻特性； （5）估計(jì)信號(hào)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(hào)處

2、理。,圖10-1 信號(hào)處理選板,10.1 信 號(hào) 生 成,信號(hào)生成函數(shù)位于“函數(shù)”選板下的“信號(hào)處理信號(hào)生成”子選板中。 “基于持續(xù)時(shí)間的信號(hào)發(fā)生器”基于信號(hào)類型給出的形狀，生成一個(gè)信號(hào)。,圖10-2 信號(hào)發(fā)生器函數(shù)接線端子,該函數(shù)的信號(hào)類型可以有以下幾種：正弦信號(hào)、余弦信號(hào)、三角信號(hào)、方波信號(hào)、鋸齒波信號(hào)、上升斜坡信號(hào)和下降斜坡信號(hào)，如果該端子輸入的是數(shù)字，則它們分別對(duì)應(yīng)于17。默認(rèn)的信號(hào)類型是正弦信號(hào)。,圖10-3 信號(hào)生成示例程序框圖,圖10-4 信號(hào)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(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和加窗處理，目的是為了減少干擾信號(hào)的影響，從

3、而提高信號(hào)的信噪比。一般來說，在進(jìn)行信號(hào)分析前都要先將信號(hào)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(hào)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(hào) 運(yùn) 算,信號(hào)運(yùn)算中的VI主要用于信號(hào)操作并返回輸出信號(hào)。用戶可以利用提供的函數(shù)來對(duì)信號(hào)進(jìn)行交直流成分檢測(cè)、卷積、逆卷積、自相關(guān)、互相關(guān)等分析。信號(hào)運(yùn)算函數(shù)位于“函數(shù)”選板下的“信號(hào)處理信號(hào)運(yùn)算”子選板中，其界面如圖10-8所示。 信號(hào)運(yùn)算函數(shù)的端口定義一般來說都比較簡(jiǎn)單，因而使用起來也比較容易。,圖10-8

4、信號(hào)運(yùn)算選板,圖10-9 卷積和相關(guān)接線端子,圖10-10 信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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

5、擬濾波器，本節(jié)則主要介紹數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器的輸入與輸出都是離散的時(shí)間信號(hào)，主要用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行篩選，只有處于特定頻段內(nèi)的信號(hào)才能通過。數(shù)字濾波器是信號(hào)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(duì)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(cè)試虛擬平臺(tái)； （2）穩(wěn)定性高，可預(yù)測(cè)； （3）操作簡(jiǎn)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(shí)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(jià)比。,圖10-14

6、譜分析界面,圖10-15 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(shí)域信號(hào)的頻譜時(shí)，采樣數(shù)會(huì)受到限制。這是因?yàn)榉治鏊惴僭O(shè)時(shí)域信號(hào)的第一個(gè)周期為采樣信號(hào)，隨后將周期性復(fù)制這個(gè)采樣信號(hào)以生成周期性波形，從而導(dǎo)致周期間信號(hào)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(hào)中不存在的高頻，從能量的角度來看，好像是某個(gè)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(zhǎng)采樣周期，從而獲取到從+的無限個(gè)時(shí)

7、間記錄以得到理想的FFT解，由于實(shí)際應(yīng)用時(shí)不可能無限延長(zhǎng)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?cè)酱?，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(gè)幅度變化平滑且邊緣趨零的有限長(zhǎng)度的窗來減小每個(gè)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(hào)處理是LabVIEW的一個(gè)重要組成部分，LabVIEW中提供了大量的信號(hào)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(hào)處理算法。本章主要介紹了信號(hào)生成、波形調(diào)理、信號(hào)運(yùn)行等幾種常用的信號(hào)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(hào)類型的信號(hào)處理方法，以及能夠根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的信號(hào)處理方法。,