LabVIEW数字信号处理实验平台设计(5)
图6 “噪声的生成和显示信号”的前面板
图7中Waveform Graph是图形显示控件，仿真信号是信号源，通过对仿真信号的设置修改，将信号类型选择为“正弦”，信号频率设置为20Hz，幅值设置为5，偏移量设置为2，加上幅值为1的均匀白噪声。但是如果希望在程序运行中随时改变信号的某些参数，如幅度，以观察不同信噪比的信号，那就需要添加水平指针滑动杆。将滑动杆的接线端和“仿真信号.VI”的“噪声幅值”接线端相连后，就可通过滑动滑杆在实验过程中改变噪声幅度。通过对图7中“统计”控件的参数设置，选择其中的“算术平均”、“最大值”、“最小值”三项，并在前面板创建相应的三个显示控件，用来显示统计分析结果。
图7 “噪声的生成和显示信号”的程序框图
图8 “噪声的生成和显示信号”的前面板
通过对图6的观察可发现噪声的波形、算术平均值、波峰以及波谷的值，滑动滑杆可调节噪声大小，如图8所示，通过图6与图8的比较可发现噪声的波形发生了改变，波峰与波谷的值也发生了改变，但算术平均值基本未变。
通过该实验可观察到噪声对正弦信号的影响，即噪声信号的越强正弦信号的波形失真越严重。此处的虚拟噪声可看做是采集真实信号的一种干扰，而干扰越大，则所采集到的信号失真情况越严重。
3.3.3 滤波器实验
滤波器设计是信号的频域分析中的另一个重要的应用。滤波器的作用是对信号进行筛选，只让特定频段的信号通过。此功能模块可对滤波器种类、滤波类型、滤波阶次、低截止频率、高截止频率进行选择，显示相关幅频、相频特性。滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器两类。依靠软件实现的数字滤波器与模拟滤波器或与硬件实现的滤波器相比，数字滤波器有着灵活性强、可靠性高、稳定性好等突出优势，所以在许多数字信号处理领域有着广泛的应用，并且在逐步取代模拟滤波器。
为了让学生能够更好的学习滤波器的功能及运用，本设计将利用LabVIEW软件搭建一个低通滤波器的试验平台，借此让学生能更好地认识并学习低通滤波器的相关理论知识。如图9和图10所示，“低通滤波器”的前面板和程序框图。
图9 “低通滤波器”的前面板
在信号传输过程中，由于外界的干扰，经常会混入高频噪声。因此在测量信号时希望把这些来自外部的高频噪声信号去掉。通常的做法都是采用低通滤波器将高频噪声滤掉。如图9所示，信号源由一个正弦信号与一个经过高通滤波的高频信号迭加而成，这与实际情况比较相符。图10中高通滤波器部分的截止频率为100Hz，即滤掉频率小于100Hz的低频噪声分量。信号滤波器为Butterworth滤波器，截止频率设为30Hz，即滤掉频率大于30Hz的噪声分量。从图9中可以清楚地看到滤波后的信号基本上还原了正弦信号。
图10 “低通滤波器”的程序框图
在现代数据获取系统中，实时性能变得越来越重要。在对信号的逐点分析中，数据分析是针对每个数据点的，对采集到的每一点数据都可以立即进行分析，而且分析可以是连续进行的。因此通过实时分析，用户可以实时地观察到当前采集数据的分析结果，从而使用户能够跟踪和处理实时事件。此外，由于不需要构建缓冲区，分析与数据可以直接相连。这使得采样率可以更高，数据量可以更大，而数据丢失的可能性更小，编程也更加容易。为了观察滤波器如何对信号进行逐点分析，本文设计“滤波器滤波信号的逐点分析”实验。具体设计的前面板和程序框图见图11和图12。