专业课程设计

上海理工大学。

设计名称：双通道数据采集回放系统。

姓名高正。学号0912030329

班级电子信息工程3班。

指导教师：金暄宏。

日期2023年3月6日。

目录。1、设计目的及意义 1

2、设计任务分析 2

3、设计思路和程序结构分析 3

4、程序难点分析及使用过程 4

5、程序调试心得 5

6、设计总结 6

1、设计目的及意义。

信息获取、信息处理、信息传输和控制是信息技术及系统的重要组成部分。虚拟仪器则是仪器技术与计算机技术深层次结合的产物，本设计是在虚拟仪器的标准化、系列化、模块化的硬件和软件平台上，利用数字信号处理技术、传感器技术、虚拟仪器技术等专业基础理论及专业基础知识，建立一个具有信号采集、信号处理与分析数据采集回放系统。旨在训练和培养综合运用专业知识的基本技能及工程实践能力，理论联系实际，巩固和进一步理解基础理论知识，初步形成和掌握信息系统的设计、应用和开发能力。

2、设计任务分析。

一）根据系统要求设计两个前面板。

1）双通道采集系统的前面板。

双通道数据采集系统采集前面板，可分为六个部分：

1)波形的发生：可以选择通道的波形，设置波形的频率和幅度。

2)时间基准和电压基准：可以设置x轴和y轴的刻度。

3)数据采集按钮：按下采集按钮采集数据、显示。

4)数据记录按钮：按下记录按钮，对当前采集数据进行保存。

5)数据回放按钮：按下回放按钮，将弹出子程序面板。对当前保存数据进行分析处理显示。

6)系统退出按钮：停止按钮控制仪器结束运行。

后面板函数需能实现基本波形的发生，包括方波、正弦波、三角波、锯齿波。用循环控制波形发生的频率。同时要建立一个实用的数据采集系统，必须了解一些关于模拟信号采集过程和模拟输入系统设计的基本知识。

根据信号特征和测试目的，模拟信号可分为3类：

1)对于随时间缓慢变化的信号，例如容器的液位、对象的温度等，通常叫做直流信号。对直流信号一般只需要比较慢的采样频率。

2)对于随时间变化较快得信号，如果需要了解它的波形，则把它作为一个时域信号来处理。这时候就需要比较高的采样频率。

3)对于随时间变化较快的信号，如果需要了解它的的频率成分，则把它作为一个频域信号处理。根据来彻斯特理论，要得到准确的频率信息，采样率必须大于信号最大频率成分的两倍。采样率的一半叫来彻斯特频率。

这实际上意味着对于最大频率的信号成。

分每一个周期只采样两个数据点，对于描述信号的波形是远远不够的。工程实际中一般使用信号最高频率成分4－10倍的采样率。

2）双通道回放系统

数据回放处理前面板，可分为三个部分：

1)保存原始数据回放，可以设置拖动曲线进行缩放。

2)滤波数据窗口，可以设置滤波函数。

3)频谱分析数据窗口，可以设置选择加窗类型。

时间域分析：最直观也是第一步的分析。从中既可做出一些原始判断，又可确定进一步分析的方向和目标。

频谱分析：将时域信号变换成频域信号再分析称为频谱分析。由于时域信号分为连续信号和离散信号，连续信号又可分为绝对可积、平方可积和均方可积；离散信号又可分为绝对可和、平方可和和均方可和，故对应的频谱可分为多种。

时域加窗：时域加窗可减少泄露，还有其他用途，加窗可加矩形窗、海窗、平顶窗、力窗和指数窗等，注意每种窗都是既有优点、又有缺点。

1．矩形窗（none）（也叫均匀窗、不加窗）：仅为以采样时间为窗长度截断原始信号，它的泄露较大，仅用于无泄露场合。

2．海窗，包括汉宁窗（hannning）和汉明窗(hamming)：用于减少泄露，缺点在于频域主瓣比矩形窗主瓣宽，确定峰值频率时误差较大。加海窗会降低峰值高度。

3．平顶窗（flat top）：用于提高分析仪的幅值读书精度。输入一个峰值已知的正弦波，用平顶窗在频域读数，可发现它的读数最接近于真正峰值。

4．布拉克曼窗（blackman）：为了更进一步抑制旁瓣，可再加上余弦的二次谐波分量，得到布拉克曼窗。布拉克曼窗的旁瓣衰减加大，但同时主瓣宽度也相应的加宽了。

二）编制功能框图。

根据系统要求编写软件实现系统功能。必要时要设计程序流程图。

三）演示程序。

演示程序时，在本机上运行程序，实现系统要求。

3、设计思路和程序结构分析。

1）编写一个有两个通道的波形发生程序，每个通道中可以选择要产生的波形，用case语句实现选择功能。波形的频率和幅度由设置好的转盘控制，两个通道连入两个case语句，每个case语句分5种情况，分别与面板选择框中的无波、正弦波、方波、三角波、锯齿波一一对应，从两个独立的模拟波形表输出。点击“数据采集”则在波形窗口显示默认的波形。

2）建立两个分别调整时间基准和电压基准的旋钮，编写每个的最值和增量，以改变输出波形在波形窗口的图像大小。

3）当触发“数据记录”按钮时，将文件以波形格式新建文件夹后保存。

4）当触发“数据回放”按钮时，调用子程序读取已记录的文件。

5）当触发“重置”按钮时，调用滤波函数和加窗函数当前值，输入到对应的两个数据处理窗口。不触发时保持，直到下一次触发响应。

4、程序难点分析及使用过程。

主要难点有：

1）一开始各个所需的控件不知道到**去找，要一个个的尝试；即使找到了也不知道其具体的功能，要点击帮助详细了解每一个控件怎么用。

2）波形图的横纵坐标的设置有时候不准确以至于不能显示有效的波形，有时候只是看到波形的一部分。要通过慢慢调节横纵坐标的标尺使得波形最大程度的呈现在波形图中。

3）各个按钮的机械动作设置可能会影响到程序的正确运行，有时候只是按钮的设置问题，却要检查好久到底**出了错误。按钮的动作设置还会影响到文件的存储，机械动作设置不对可能导致文件的无限存储。

4）文件的存储功能不知道用哪一个模块合适，要慢慢尝试，知道参考别人做的成功的。最后选择最合适的模块进行波形的存储。

使用过程：1）打开主程序，点击“数据采集”，可以在上方的窗口上看到产生的波形，在左侧可以调整两个通道的波形、幅值及频率，从而产生不同的两个波形。

2）转动左下角的两个旋钮，可以改变示波窗口的时间基准和电压基准，从而使波形能完整清晰地呈现在窗口中。

3）调整出满意的波形后，点击“数据记录”，即可记下此时的波形，直到再次点击，释放该按钮，记录结束。

4）点击“数据回放”弹出双通道信号回放面板，上方窗口显示回放的波形，左下侧窗口显示滤波后的数据，右下侧窗口则显示频谱分析后的数据。

5）在窗口下方有“滤波函数”和“加窗类型”两个选择栏，在按下“重置”时即时显示各窗口数据，并处于实时响应状态；也可再次按下，选择好“滤波函数”和“加窗类型”再按下“重置”响应选择栏当前函数和类型。

6）点击信号回放面板上的“返回”返回主程序面板。

点击主程序面板上的“系统退出”退出改程序。

5、程序调试心得。

1）在接线出现错误时，运行程序的箭头会显示灰色并断开，可以点击箭头查看错误处在了**。比如说case语句使用的时候，当case外部通道选择没有连接时会显示程序出错，当case语句内部没有设置默认选项时也会出现报错处理。

2）在一开始做好两个通道的波形显示后发现同学做的显示比较真实，问了他是因为加了噪声。所以又重新接入噪声，接噪声时也出现不少问题，比如在条件语句不同条件下的接线端是不是都接好了，噪声输出与波形输出要经过一个加法器后再显示到波形图上。两个通道的波形经过加了噪声后要经过一个创建数组来合成后才能显示到波形图上出现两个波形。

3）时间基准和电压基准的设置也出现了问题，在设置完时间基准和电压基准后，运行程序时发现波形的横纵坐标一直跳个不停，找了好久原因，最终发现在电压基准设置的时候，把y轴的最小值设置成了x轴。这样导致了混乱以至于坐标不稳定。这也导致后面重置时不能显示原波形。

4）有时候明明知道某个部分需要实现怎么样的功能，可就是不知道如何组织必要的模块及连线才能实现。于是会先在labview帮助中搜索相关的例子，看懂需要怎么样实现后就可以着手做，如果看不懂可以去搜索或者实在不懂就参考一下高手的意见，总之要不断的通过各种方式弄懂并且达到这个部分的实现。

6、设计总结。

通过这次的专业设计，明白了一个道理。不管一开始再怎么不懂一门语言再怎么不会用一个软件，只要肯用心做用不了多久就可以熟悉它的基本功能。以前我们总是说这个难那个难，通过这次的学习我意识到可能就是我们太浮躁，不能静下心来去认真的做一些该做的东西。

我们恨不得用一天甚至一个小时就能完成所谓的作业，可是却不知道即使能够那样完成也不可能对自己做出来的东西有什么感觉。对每一个模块每一部分都会是模模糊糊不知道为什么那样做。其实这个专业课程设计的真正目的不是让我们应付过了就草草了之，学到手的才是自己的东西，只有通过一步步的做，一步一步的了解；只有自己走过了整个过程才能感觉有所收获。

通过专业课程设计，我熟悉了labview的应用以及用labview编程，感觉比c语言要简单很多。总的来说，自己用心做过了才知道会得到什么，这次的课程设计我得到与以往不同的感觉。学到了该学到的东西。

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