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虚拟仪器与Labview浙江大学生物系统工程与食品科学学院蒋焕煜第六章信号分析与处理数字信号在我们周围无所不在。因为数字信号具有高保真、低噪声和便于信号处理的优点，所以得到了广泛的应用，例如电话公司使用数字信号传输语音，广播、电视和高保真音响系统也都在逐渐数字化。太空中的卫星将测得数据以数字信号的形式发送到地面接收站。对遥远星球和外部空间拍摄的照片也是采用数字方法处理，去除干扰，获得有用的信息。经济数据、人口普查结果、股票市场价格都可以采用数字信号的形式获得。因为数字信号处理具有这么多优点，在用计算机对模拟信号进行处理之前也常把它们先转换成数字信号。第六章信号分析与处理数据分析的重要性在于，无法从刚刚采集的数据立刻得到有用的信息。必须消除噪音干扰、纠正设备故障而破坏的数据，或者补偿环境影响，如温度和湿度等。通过分析和处理数字信号，可以从噪声中分离出有用的信息，并用比原始数据更全面的表格显示这些信息。第六章信号分析与处理用于测量的虚拟仪器(VI)执行的典型的测量任务有：计算信号中存在的总的谐波失真。决定系统的脉冲响应或传递函数。估计系统的动态响应参数，例如上升时间、超调量等等。计算信号的幅频特性和相频特性。估计信号中含有的交流成分和直流成分。第六章信号分析与处理函数模板》信号处理子模板①．SignalGeneration（信号生成）：用于产生数字特性曲线和波形。②．TimeDomain（时域分析）：用于进行频域转换、频域分析等。③．FrequencyDomain（频域分析）：④．Measurement（测量函数）：用于执行各种测量功能，例如单边FFT、频谱、比例加窗以及泄漏频谱、能量的估算。⑤．DigitalFilters（数字滤波器）：用于执行IIR、FIR和非线性滤波功能。⑥．Windowing（窗函数）：用于对数据加窗。第六章信号分析与处理信号的产生1.当无法获得实际信号时，（例如没有DAQ板卡来获得实际信号或者受限制无法访问实际信号），信号发生功能可以产生模拟信号测试程序。2.产生用于D/A转换的信号第六章信号分析与处理函数-信号处理-波形生成中的基本函数发生器其功能是建立一个输出波形，该波形类型有：正弦波、三角波、锯齿波和方波。第六章信号分析与处理偏移量：波形的直流偏移量，缺省值为0.0。数据类型DBL重置信号：将波形相位重置为相位控制值且将时间标志置为0。缺省值为FALSE.信号类型：产生的波形的类型，缺省值为正弦波。频率：波形频率（单位Hz），缺省值为10。幅值：波形幅值，也称为峰值电压，缺省值为1.0。相位：波形的初始相位（单位度）缺省值为0.0.错误输入：在该VI运行之前描述错误环境。缺省值为noerror.如果一个错误已经发生，该VI在errorout端返回错误代码。该VI仅在无错误时正常运行。采样信息：一个包括采样信息的簇。共有Fs和#s两个参数。Fs：采样率，单位是样本数/秒，缺省值为1000。#s：波形的样本数，缺省值为1000。占空比(%)：对方波信号是反映一个周期内高低电平所占的比例。信号输出：信号输出端相位输出：波形的相位，单位：度。错误输出：错误信息。如果errorin指示一个错误，errorout包含同样的错误信息。第六章信号分析与处理练习6.1直接在流程图中生成（鼠标左键，创建——输入控件）第六章信号分析与处理标准频率在模拟状态下，信号频率用Hz或者每秒周期数为单位。但是在数字系统中，通常使用数字频率，它是模拟频率和采样频率的比值，表达式如下：数字频率＝模拟频率/采样频率数字频率的倒数1/f表示一个周期内采样的次数。第六章信号分析与处理数字信号处理FFT变换:信号的时域显示（采样点的幅值）可以通过离散傅立叶变换（DFT）的方法转换为频域显示。练习6.2选择频率（Hz）=10，采样率=100，样本数=100。因为采样率=样本数=100，所以时域图中的正弦波的周期数与选择的频率相等，即可以显示10个周期第六章信号分析与处理函数-信号处理-变换-FFt编程-波形-获取波形成分函数-编程-数值-复数-复数至极坐标转换数组-数组大小第六章信号分析与处理可采用自相关函数求取信号的幅值A。练习6.3第六章信号分析与处理数字频率＝模拟频率/采样频率数字频率的倒数1/f表示一个周期内采样的次数。每周期采样10个点A2/2第六章信号分析与处理编程-数组-索引数组函数-信号处理-信号运算-自相关编程-信号处理-波形生成-正弦波形自相关函数=自相关/采样点数第六章信号分析与处理)0(2yRBABRRRRxyyxxy)0(2)0()0()0(cos可采用互相关函数求取两个同频信号的相位差φ)0(2xRA)sin()(sin)(tBtytAtx练习6.4第六章信号分析与处理第六章信号分析与处理数组-创建数组函数-数学-基本与特殊函数-三角函数-反余弦函数-信号处理-信号运算-互相关编程-数组-索引数组编程-信号处理-波形生成-正弦波形互相关函数=互相关/采样点数第六章信号分析与处理练习6.5：用数字滤波器消除不需要的频率分量第六章信号分析与处理函数-信号处理-滤波-ButterworthFilterVI子程序编程-数值-加第六章信号分析与处理曲线拟合曲线拟合（curvefitting）技术用于从一组数据中提取曲线参数或者系数，以得到这组数据的函数表达式。通常，对于每种指定类型的曲线拟合，如果没有特殊说明，都存在两种VI可以使用。一种只返回数据，用于对数据的进一步操作，另一种不仅返回系数，还可以得到对应的拟合曲线和均方差（MSE）。LabVIEW的分析软件库提供了多种线性和非线性的曲线拟合算法，例如线性拟合、指数拟合、通用多项式拟合、非线性Levenberg-Marquardt拟合等。练习6.6第六章信号分析与处理第六章信号分析与处理编程-数学-拟合-线性拟合Graph–XYGraph