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专业课程设计说明书 设计名称：双通道数据采集回放系统 班级：电信（1）班 姓名：王香婷 学号：1112030101 指导教师：金晅宏 2014-9-18 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，旨在训练和培养学生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。 设计原理 在双通道数据采集回放系统设计中，首先是实现基本波形模拟发生、数据采集记录、其次是对记录数据进行回放、分析处理。以下就每一个部分进行原理介绍。 （一）波形发生测量系统 这是一个虚拟的波形发生器，它能实现基本波形的发生包括方波、正弦波、锯齿波等。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。根据信号的特征和测试目的，模拟信号可以分为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，这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。 （二）频谱分析 信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域，而频谱分析正是信号处理中一个非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成，价格昂贵，体积庞大，不便于工程技术人员的携带。虚拟频谱分析改变了原有频谱分析的整体设计思路，用软件代替了硬件。使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。 时间域分析：时间域分析是最直观也是第一步的分析。从时域分析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。 矩形窗（None）（也叫均匀窗、不加窗） 它的功能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。 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。 平顶窗（flat top） 它主要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。 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。 设计任务及要求 （一）根据系统要求设计两个前面板 采集记录前面板，可分为六个部分： 双通道波形的发生。可以选择通道的波形，设置波形的频率和幅度。 窗口设置。可以设置X轴和Y轴的刻度。 采集按钮。按下采集按钮采集数据、显示 记录按钮。按下记录按钮，对当前采集数据进行保存。 回放按钮。按下回放按钮，将弹出新界面。对当前保存数据进行分析处理显示。 停止按钮。停止按钮控制仪器结束运行。 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。 （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