基于虚拟仪器的信号频域分析与处理系统的设计与实现

　　1 引 言

　　目前，国际上虚拟仪器的发展十分迅速，虚拟仪器在发达国家已经十分普及。但虚拟仪器在我国的应用还处于起步阶段。所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作计算机的同时就是在使用一台专门的电子仪器。虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。虚拟仪器的主要优点集中在开发灵活、功能全面，可利用资源丰富，测试规模可以很大。软件是虚拟仪器的关键，任何一个使用者都可以通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能，这就是美国NI公司“软件就是仪器”(ThesoftwareistheInstrument)一说的来历。虚拟仪器系统的组成框图如图1所示。

　　2 虚拟信号频域分析与处理系统总体设计

　　这套虚拟信号分析与处理系统可以实现信号采集、信号FFT分析、信号加窗分析、信号数字滤波分析和信号频谱分析五种功能，事实上可以看作是具有相同仪器结构的五种仪器。五种仪器都采用DAQ 类虚拟仪器结构，即除计算机外附加硬件是一块高性能的数据采集卡，这类虚拟仪器的工作过程是通过数据采集卡采集信号，得到其离散序列，由仪器软件分析该数据得到的测量目标值，仪器的性能除了受软件算法本身的精度影响外，通常还决定所使用的数据采集卡的性能。

　　在本设计中，五种仪器共同使用一种数据采集卡—— P C I - M I O - 1 6 E - 4 数据采集卡，仪器软件均由LabWidows/CVI软件开发平台开发，并由CVI软件打包工具打包在一起，从而构成了一个整体。为了节省该系统的开发时间和再开发难度，方便地解决所遇到的困难，在设计过程中采用了一种模块化的设计方法，将综合的信号频域分析与处理系统分为五个模块：数据采集仪、二维FFT分析仪、信号的加窗函数分析仪、数字滤波器分析仪、频谱分析仪，分别实现这五个简单分析仪的功能，然后将其嵌套起来构成虚拟信号分析与处理系统。系统总体结构框图如图2所示。

　　3 数据采集卡的参数设置

　　要使数据采集卡正确地实现数据采集的功能，必须根据实际测量的需要对一些参数进行设置。

　　3.1 模拟信号输入部分的设置

　　设置信号的输入方式：确定信号是单端输入还是双端输入，输入信号是单极性信号还是双极性信号等，一般为了减小干扰而设置为双端差分输入。

　　选择增益：根据输入信号幅值变化的范围和分辨率的要求，选择增益。

　　选择量程：一般根据输入信号是单极性还是双极性，选择合适的量程。