基于LabVIEW的拋物線內(nèi)插設(shè)計(jì)

沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文基于LabVIEW的拋物線信號(hào)內(nèi)插設(shè)計(jì)第1頁LABVIEW課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于labview的拋物線內(nèi)插設(shè)計(jì)學(xué)院：自動(dòng)化專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)：04070101學(xué)號(hào)：2010040701031姓名：張亞雄指導(dǎo)教師：吳星剛課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年12月10日—2012年12月23日目錄TOC\o"1-3"\h\z0.前言 21.總體方案設(shè)計(jì) 31.1拋物線信號(hào)恢復(fù)顯示原理 42.LabVIEW下的程序設(shè)計(jì) 52.1軟件層次設(shè)計(jì) 72.2程序框圖的設(shè)計(jì) 73.調(diào)試及結(jié)果分析 93.1運(yùn)行檢驗(yàn) 93.2調(diào)試分析 104.結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想 10參考文獻(xiàn) 11課設(shè)體會(huì) 11附錄基于LabVIEW的拋物線信號(hào)內(nèi)插設(shè)計(jì) 121.1拋物線信號(hào)恢復(fù)顯示原理整個(gè)電路的工作原理是首先設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)恢復(fù)系統(tǒng)，信號(hào)恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)用拋物線內(nèi)插顯示的方式。拋物線插值的基本原理是用一條通過三個(gè)已知信號(hào)點(diǎn)的拋物線來表示信號(hào)的函數(shù)關(guān)系，然后從拋物線上等距離取值插入相應(yīng)的位置，構(gòu)成新的插值序列，接著再用直線將新的插值序列連接起來。這樣得到的波形就平滑多了，也更接近真實(shí)信號(hào)。拋物線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（1）上式是一個(gè)二次方程，因此拋物線插值又稱二次插值。拋物線通過三個(gè)已知點(diǎn)，和，即滿足條件：，，（2）令，則，，；，，；，，。這樣，含有、兩個(gè)因子，令，利用確定其中的系數(shù)，得“（3）類似地可以得出（4）（5）于是（6）稱為以為結(jié)點(diǎn)的插值基函數(shù)，稱為插值數(shù)組。整體程序流程圖如圖2所示：信號(hào)信號(hào)恢復(fù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣原始采樣信號(hào)曲線結(jié)束仿真拋物線信號(hào)插值恢復(fù)信號(hào)曲線開始圖2整體程序流程圖2.LabVIEW下的程序設(shè)計(jì)在LabVIEW中，有兩處地方可用來生成模擬信號(hào)，一是SignalGeneration模板，二是WaveformGeneration模板。SignalGeneration模板按照?qǐng)D3中（a）→（b）→（c）→（d）的順序進(jìn)入，WaveformGeneration模板按照?qǐng)D3中（a）→（b）→（e）的順序進(jìn)入。（b）Analyze模板（a）Functions選項(xiàng)板（c）SignalProcessing模板（d）SignalGeneration模板（e）WaveformGeneration模板圖3信號(hào)生成模板SingalGeneration模板和WaveformGeneration模板的功能大同小異，生成的信號(hào)類型差不多，主要區(qū)別是WaveformGeneration模板包含了信號(hào)的時(shí)間信息，波形是時(shí)間的函數(shù)；而SingleGeneration模板則不包括。WaveformGeneration模板中個(gè)模塊參數(shù)設(shè)置更為靈活，功能更強(qiáng)大，其中的許多模塊是在SignalGeneration模板的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)的。由于并沒有專門的仿真拋物線信號(hào)發(fā)生器，所以采用公式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器如圖4，.通過輸入拋物線公式來實(shí)現(xiàn)仿真拋物線信號(hào)的產(chǎn)生。圖4公式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器2.1軟件層次設(shè)計(jì)在本次課設(shè)中，由于整體的程序框圖比較復(fù)雜，并不能用單個(gè)屏幕進(jìn)行顯示，所以這里采用子VI的形式。通過總VI對(duì)子VI的調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)程序冊(cè)各方面應(yīng)用。LabVIEW中的子VI相當(dāng)于文本編程語言中的函數(shù)、過程和子程序，就是可以被其他的VI調(diào)用的VI?？梢詫⑷魏我粋€(gè)定義了圖標(biāo)和連接器的VI作為另一個(gè)VI的子VI進(jìn)行調(diào)用。調(diào)用的方法是在框圖窗口打開時(shí)，選擇Functions模板Functions→AllFunctions→SelectaVI…，然后在彈出的“ChoosetheVItoopen；”對(duì)話框中定位所要調(diào)用的子VI，將其雙擊打開后，就可以與LabVIEW內(nèi)置VI和函數(shù)一樣放在框圖上。2.2程序框圖的設(shè)計(jì)子VI主要是二階拋物線內(nèi)插恢復(fù)顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的主要方式是，從信號(hào)序列開始處取三個(gè)采樣點(diǎn)組成一個(gè)插值數(shù)組進(jìn)行等距離內(nèi)插，且僅僅在第一個(gè)點(diǎn)和第二個(gè)點(diǎn)之間內(nèi)插。由于是等距離內(nèi)插，因此插值的每個(gè)點(diǎn)的時(shí)間很容易算出，然后利用公式（6）計(jì)算出插值點(diǎn)處的值，如圖5所示。一個(gè)插值數(shù)組處的內(nèi)插完成后，將所有的插值連同插值數(shù)組第一個(gè)值一起放入插值序列中。接下來去掉插值數(shù)組中第一個(gè)采樣點(diǎn)，加入一個(gè)新采樣點(diǎn)組成一個(gè)新的插值數(shù)組繼續(xù)插值，直至最終采樣點(diǎn)結(jié)束。圖5拋物線插值算法實(shí)現(xiàn)過程圖6子VI前面板總VI由于將內(nèi)插過程做成了子程序，因此程序框圖相當(dāng)簡單，它包括波形采樣、內(nèi)插和顯示三個(gè)步驟。如圖7、8所示，是總VI的前、后面板。圖7總VI前面板圖8總VI后面板3.調(diào)試及結(jié)果分析3.1運(yùn)行檢驗(yàn)基于上述設(shè)計(jì)的方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)的整體程序進(jìn)行驗(yàn)證，首先更改公式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的公式輸入端，使產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)完整的仿真拋物線波形，如圖9所示。鍵入合適的采樣信號(hào)頻率、采樣信息和插入點(diǎn)數(shù)，運(yùn)行該后可以觀察原始采樣波形和拋物線內(nèi)插后的波形，如圖10所示。從圖中可以看出內(nèi)插后的拋物線比原始波形平滑的多，達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的要求。圖9原始采樣波形圖10整體程序驗(yàn)證3.2調(diào)試分析整個(gè)實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程中出現(xiàn)了很多問題，由于時(shí)間過長，對(duì)于LabVIEW的軟件已經(jīng)不太熟悉，所以在應(yīng)用其函數(shù)時(shí)找不到其準(zhǔn)確的位置，，于是通過LabVIEW中的幫助，教材上的講解和老師同學(xué)的指導(dǎo)，一點(diǎn)點(diǎn)的修改最后搭成了完整的回路。另外在子VI中，由于算法的連接中x的值均采用整數(shù)進(jìn)行循壞所以可能有些微的不夠盡善盡美，相信通過繼續(xù)的學(xué)習(xí)可以解決這個(gè)技術(shù)難題！4.結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)拋物線采樣信號(hào)的內(nèi)插恢復(fù)顯示，對(duì)仿真拋物線信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插，顯示原始采樣信號(hào)及插值后曲線。與此同時(shí)，本設(shè)計(jì)也存在著很大的設(shè)計(jì)空間，如還可以實(shí)現(xiàn)多種其他信號(hào)的恢復(fù)顯示功能，有很高的研究價(jià)值。參考文獻(xiàn)[1]楊樂平.虛擬儀器設(shè)計(jì)概論.北京：電子工業(yè)出版社，2003.[2]秦文虎.虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)及可視化設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.[3]張毅.虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2005.[4]侯國屏.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[5]徐濤、宋崎、胡立夫.虛擬儀器技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.沈陽.沈陽航空航天大學(xué)，2010.[6]戴鵬飛.測(cè)試工程與LabVIEW應(yīng)用.北京.電子工業(yè)出版社，2006.課設(shè)體會(huì)兩周的虛擬儀器課設(shè)已經(jīng)結(jié)束，在這兩周中，通過指導(dǎo)老師吳星剛老師的輔導(dǎo)和同學(xué)的幫助，基本上達(dá)到了課設(shè)題目的要求，這讓我倍感欣慰，首先在這里感謝我的老師和同學(xué)，沒有你們的幫助，我想我的課設(shè)將難上加難。課設(shè)并沒有我想象的那么容易，從借閱輔導(dǎo)書，到復(fù)習(xí)虛擬儀器的知識(shí)，再到開始動(dòng)手進(jìn)行實(shí)踐，設(shè)計(jì)LabVIEW程序，每一步都讓我體驗(yàn)的困難的滋味，這不僅僅是一次編寫程序的過程，更是思維、想法的磨練。每次碰到難題，參考教輔，思考問題，尋求幫助，整個(gè)過程讓人異常疲憊。幸不辱命，完成了整個(gè)課設(shè)的過程，現(xiàn)在任何疲憊都不能影響我內(nèi)心的欣喜。通過這次課設(shè)，把之前并不是很熟悉的虛擬儀器知識(shí)重拾起