摘 要：介紹了用LabVIEW6.1和NI6024E采集卡實現(xiàn)虛擬信號分析儀基本功能的方法，并重點闡述了波形采集、波形存儲、波形讀取等程序的編程方法、框圖程序和關鍵技術。本文設計的系統(tǒng)實現(xiàn)了信號分析儀的基本功能，成功地用于教學實驗中，具有造價低、操作方便等特點。 關鍵詞：虛擬儀器;LabVIEW;數(shù)據(jù)采集;波形存儲;波形讀取 1 引言 　　虛擬儀器（VI）概念的提出是測控技術領域的一次革命。由于虛擬儀器可借助PC機強大的計算及處理能力，可由用戶定義和擴展功能，且價格低廉，深受廣大用戶青睞。目前，虛擬儀器已經(jīng)逐漸走進大學實驗室，開始為實驗教學和科研服務。本文介紹一種虛擬信號分析儀的軟件設計方法，以美國NI公司的Labview6.1為開發(fā)平臺，配合NI公司的6024E采集卡，實現(xiàn)虛擬信號分析儀設計。 2 分析儀功能介紹 　　信號分析儀是用來對電信號進行測量、顯示、波形存儲、時域和頻域分析的儀器。虛擬信號分析儀主要由參數(shù)設置、功能選擇、信號一、信號二和互相關分析五個模塊構成： 　?。?） 參數(shù)設置模塊。完成通道配置，設置掃描率、掃描數(shù)和緩沖區(qū)大小。 　?。?） 功能選擇模塊。實現(xiàn)波形顯示、波形存儲、讀取波形數(shù)據(jù)、更新信號和退出。 　　（3） 信號一。對應采集通道一，可實現(xiàn)濾波及加窗、自相關分析、自功率譜分析、統(tǒng)計分析和幅值分析。 　?。?） 信號二。對應采集通道二，功能與信號一類似。 　　（5） 互相關分析。對信號一和信號二進行互相關分析和功率譜分析。 　　程序運行時，首先通過往通道控件中輸入通道號，來控制數(shù)據(jù)采集時的通道數(shù)，同時對掃描數(shù)、掃描率和緩沖大小進行配置。配置完成以后，可以點擊波形采集，先觀察信號的具體波形，如果不滿足要求，則可以重新進行參數(shù)配置。當所要采集的波形滿足要求后，可以點擊波形存儲，把波形數(shù)據(jù)保存到指定的文件當中。點擊讀取波形數(shù)據(jù)，把以前存儲到文件中的數(shù)據(jù)讀出來，并把相應的信號輸送到信號一和信號二。此時通過點擊濾波及加窗，對信號進行濾波及加窗函數(shù)處理，同時把處理之后的數(shù)據(jù)輸出到相關分析單元，對輸出信號進行相關分析。 3 波形采集 　　波形采集的框圖程序如圖1所示。框圖程序中用到的子函數(shù)功能如下。 [align=center] 圖1 波形采集框圖程序[/align] 　　AI Config VI：設置采樣前的各種參數(shù)。 　　DAQ Occurrence Config VI：設置一個數(shù)據(jù)采集事件。 　　AI Start VI：指定程序中用于開始采集的參數(shù)，如設置掃描次數(shù)、采樣率等。 　　AI Read VI：設定從采樣緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)的那些參數(shù)，如設定每次讀取的數(shù)量。 　　Clear VI：把task ID廢除，從而將采樣所用的內存緩存區(qū)和其它資源釋放。 　　Simple Error Handler VI：將出錯信息通知用戶。 　　Wait On Occurrence VI：處理事件等待。 　　在波形采集程序中，用上述函數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)流將它們組合起來，再對其進行一些必要的處理。第一個DAQ Occurrence Config VI設置一個數(shù)據(jù)采集事件。在While循環(huán)中，Wait On Occurrence函數(shù)在后臺休眠，也就有效地把While循環(huán)設置于休眠狀態(tài)。在設定的數(shù)據(jù)采集事件發(fā)生后，即采集到事先指定數(shù)量的數(shù)據(jù)，LabVIEW通知Wait On Occurrence函數(shù)停止等待。由于Wait On Occurrence函數(shù)的time out（超時）輸出參數(shù)連接到包含有AI Read VI的選擇結構的選擇端口上，就一定在 Wait On Occurrence函數(shù)停止等待后，才會用AI Read VI。 4 波形存儲 [align=center] 圖2波形存儲框圖程序[/align] 　　波形存儲的框圖程序如圖2所示?？驁D程序中用到的子函數(shù)功能如下。 　　Open/Creat/Replace File VI：提示數(shù)據(jù)是以BIN（二進制）為后綴的形式存儲在文件中。 　　AI Config VI：設置采樣前的各種參數(shù)。 　　AI Start VI：指定程序中用于開始采集的參數(shù)，如設置掃描次數(shù)、采樣率等。 　　AI Read VI：設定從采樣緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)的那些參數(shù)，如設定每次讀取的數(shù)據(jù)點數(shù)。 　　AI Clear VI：把task ID作廢，從而將采樣所用的內存緩存區(qū)和其它資源釋放。 　　Simple Error Handler VI：將出錯信息告訴用戶。 　　時間日期子VI：顯示數(shù)據(jù)存儲時的具體時間和日期。 　　Match Pattern VI：把輸入的字符串分成3段來表示，如年、月、日。 　　Scan Form String VI：把輸入的字符串轉換為相關格式的字符串。 　　Concatenate String VI：把輸入的字符串放在一個數(shù)組中輸出。 　　Format Date/Time String：把輸入的時間、日期字符串以規(guī)定的格式輸出。 　　Replace Array Subset VI：用其它的數(shù)據(jù)代替索引所指數(shù)組中的數(shù)據(jù)。 　　Search 1D Array VI：從一維數(shù)組的第一個數(shù)開始尋找指定的元素。 　　Seconds To Date/Time：輸出的格式為年、月、日、小時、秒。 　　配置頭文件子VI：把時間日期子VI中所顯示的日期和時間及通道號的配置放在一起，以字符串的形式輸出。 　　寫頭文件子VI：把配置頭文件子VI輸出的字符串，以頭文件的形式存入前面指定的文件中。 　　Write File位于Functions>>File I/O子模板，通過Open/Creat/Replace File函數(shù)中的dup refnum（文件標識）把配置頭文件子VI輸出的字符竄以頭文件的形式存儲到指定的文件中。 　　寫波形數(shù)據(jù)VI的框圖程序如圖3所示。 [align=center] 圖3寫波形數(shù)據(jù)框圖程序[/align] 　　Write File位于Functions>>File I/O子模板。該函數(shù)通過寫頭文件子VI中的dup refnum，把采集來的數(shù)據(jù)以二進制的形式存儲到前面指定的文件里。同時輸出dup refnum、出錯信息和已寫到文件里的字節(jié)數(shù)。 　　關閉文件用于關閉文件，并輸出相關的出錯信息。 　　在波形存儲程序中調用上述函數(shù)和子VI，根據(jù)數(shù)據(jù)流將它們組合起來，再對其進行必要的處理。 5 波形讀取 　　波形讀取框圖程序如圖4所示。 [align=center] 圖4波形讀取框圖程序[/align] 　　Open/Creat/Replace File VI：用于提示數(shù)據(jù)是以BIN為后綴的形式存儲于文件中的。 　　Simple Error Handler VI：將出錯信息告訴用戶。 　　讀頭文件子VI：用來讀取文件中的內容。程序中通過前面Open/Creat/Replace File VI的dup refnum，把指定文件中的內容讀出來，并且把文件中的相關內容，如時間、日期等字符串的形式輸出;mark after read表示為所讀數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù);同時輸出dup refnum和出錯信息。 　　顯示頭文件子VI把讀頭文件子VI輸出的相關信息，如時間、日期、通道等信息在波形讀取的前面板顯示出來。其框圖程序如圖5所示。 [align=center] 圖5顯示頭文件框圖程序[/align] 　　AI Hardware Config VI：把二進制中的數(shù)據(jù)轉換為可讀的電壓數(shù)，以便把圖形畫出來。 　　Type Cast VI：該函數(shù)將輸出的數(shù)據(jù)轉換成指定的數(shù)據(jù)。 　　Search/Split String：將輸出的字符串分解成兩個子字符串。 　　讀波形數(shù)據(jù)子VI：把文件中的波形數(shù)據(jù)讀出來，輸出到波形讀取的前面板顯示器上。 　　Read File：通過前面的dup refnum，把文件中的二進制數(shù)據(jù)讀出來，并把數(shù)據(jù)以16位整形的形式輸出到一個二維數(shù)組中，同時輸出文件的dup refnum、出錯信息和所讀數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。 6 結束語 　　本虛擬信號分析儀軟件以Labview6.1為開發(fā)平臺，在配以NI6024E采集卡，實現(xiàn)了信號分析儀的基本功能。所構成的信號分析儀成功地用于教學實驗中，具有造價低、操作方便等特點。 參考文獻： 　　[1] 楊樂平等. LabVIEW程序設計與應用.電子工業(yè)出版社，2001. 　　[2] LabVIEW高級教程培訓教材.北京中科泛華測控技術有限公司 　　[3] 李剛等. LabVIEW—易學易用的計算機圖形化編程語言.北京航空航天大學出版社,2001. 　　[4] Gary W . Jhonson,Richard,USA:National Instruments corporation,2000. 　　[5] 劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設計.電子工業(yè)出版社，2003. 　　[6] 袁淵、古軍.LabVIEW程序設計與應用.電子科技大學出版社，2000.