畢業(yè)設(shè)計（論文）基于labview的多功能虛擬信號發(fā)生器設(shè)計

1、<p>　　基于LabVIEW的多功能虛擬信號發(fā)生器設(shè)計</p><p>　　作者姓名：XXX 專業(yè)班級：XXXXXXXX 指導教師：XXXXXX</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著微型計算機和軟件技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器在智能化程序、處理能力、性能價格比、可操作性等方面與傳統(tǒng)儀器相比都具有明顯的技術(shù)

2、優(yōu)勢，將虛擬儀器引入高校的實驗教學不但可以提高測試效率和教學的質(zhì)量，而且為降低實驗儀器成本提供了有效的途徑和方法。</p><p>　　本文選用LabVIEW圖形化編程語言為開發(fā)軟件，主要開發(fā)虛擬實驗儀器：虛擬信號發(fā)生器，同時提出了虛擬實驗室的建設(shè)方案?；趯I(yè)虛擬儀器開發(fā)工具Labview，設(shè)計一虛擬函數(shù)信號發(fā)生器。該虛擬信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波等波形，頻率動態(tài)范圍較寬且可微調(diào)。</

3、p><p>　　關(guān)鍵字：虛擬儀器 labVIEW 信號發(fā)器</p><p>　　Abstrack：Along with the development of the microcomputer, compared with traditional instrument, the virtual instrument has the obvious technical advantage

4、 in knowledge ware, processing capability, the ratio between function and price, and Maneuver ability. The introduction of the virtual instrument to the university can not only increase the efficiency and quality of test

5、ing, teaching, but also provide the effective method to reduce the cost of the experiment instrument. </p><p>　　In this paper, selected LabVIEW graphical programming language for software development, mainly

6、 the development of virtual experiment equipment, virtual signal generator, virtual laboratory also made the building program. A Virtual Function Signal Generator is designed Based on Labview, The Virtual Function Signal

7、 Generator can generate Sine wave, triangle wave, square wave, teeth of a saw wave...etc。Dynamic range of frequency is wide and can regulate slightly。</p><p>　　Keyword : Virtual Instrument Labview Signa

8、l Generator</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 引 言1</p><p>　　1.1課題的提出1</p><p>　　1.2課題的主要研究工作1</p><p><b>　　1.3課題意義1</b></p>

9、;<p>　　第2章 虛擬信號發(fā)生器概況3</p><p>　　2.1 信號發(fā)生器，虛擬儀器概述3</p><p>　　2.1.1 信號發(fā)生器概述3</p><p>　　2.1.2 虛擬儀器基本概念3</p><p>　　2.1.3虛擬儀器的特點5</p><p>　　2.2 虛擬儀器的現(xiàn)狀和發(fā)

10、展7</p><p>　　2.2.1虛擬儀器的現(xiàn)狀7</p><p>　　2.2.2虛擬儀器的展望8</p><p>　　2.3虛擬信號發(fā)生器的介紹8</p><p>　　2.3.1信號發(fā)生器的基本原理8</p><p>　　2.3.2虛擬信號發(fā)生器的工作原理9</p><p>　　

11、第3章 虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺LabVIEW10</p><p>　　3.1 LabVIEW簡介10</p><p>　　3.2 LabVIEW的主要窗口10</p><p>　　3.3 LabVIEW中信號處理與分析13</p><p>　　3．4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成16</p><p>　　第4章 虛擬信號

12、發(fā)生器的設(shè)計18</p><p>　　4.1虛擬信號發(fā)生器創(chuàng)建過程18</p><p>　　4.1.1軟件設(shè)計方案18</p><p>　　4．1．2 標準頻率20</p><p>　　4．2數(shù)字信號處理20</p><p>　　4.3軟面板的設(shè)計23</p><p>　　4.3.1

13、 儀器面板和參數(shù)設(shè)置23</p><p>　　4.3.2波形的產(chǎn)生與調(diào)節(jié)25</p><p>　　4．4實現(xiàn)效果圖27</p><p><b>　　結(jié) 論30</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p><b>　　參考文獻

14、32</b></p><p><b>　　第1章 引 言</b></p><p><b>　　1.1課題的提出</b></p><p>　　在大學四年學習中，電子產(chǎn)品的操作與制作，軟件工具的應用與功能的實現(xiàn)都是我們主要學習的內(nèi)容。我的畢業(yè)論文的題目是用虛擬儀器實現(xiàn)波形發(fā)生器的功能。</p>

15、<p>　　課題的研究是基于虛擬儀器的研究與開發(fā)學習而提出的。老師的辛苦用心就是希望我能多學一個軟件多會一門技術(shù)，在以后工作中多一個特點。</p><p>　　1.2課題的主要研究工作</p><p>　　LabVIEW在實際生活中的廣泛應用，其主要研究工作是學習LabVIEW的軟件功能，了解虛擬儀器的設(shè)計方法，設(shè)計一個能產(chǎn)生三角波，矩形波，正弦波，且其幅值，頻率可根據(jù)用戶進行選

16、擇的虛擬波形發(fā)生器。</p><p><b>　　1.3課題意義</b></p><p>　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在測量領(lǐng)域中需要不斷更新測量設(shè)備，以滿足越來越</p><p>　　高的測量要求。在我國，傳統(tǒng)儀器技術(shù)還比較落后，目前有大批陳舊的測試儀器</p><p>　　等待更新。這些儀器的測量精度和可靠性均低于國外，

17、并且自動化程度較低。高</p><p>　　檔儀器基本上依靠國外進口，每年都消耗國家大量外匯。然而，花大量資金購買</p><p>　　的儀器，可能我們只需要其中的一部分功能，同時有些其他應用的功能要求，該</p><p>　　儀器卻滿足不了。這些情況無疑是大大浪費了投資。設(shè)想要是能將儀器稍微改動</p><p>　　以實現(xiàn)更大的使用范圍該多

18、好。但是這對于傳統(tǒng)儀器來說是非常困難的。虛擬儀</p><p>　　器的出現(xiàn)，將徹底改變這種局面。利用計算機豐富的軟硬件資源，用戶可以隨心</p><p>　　所欲地根據(jù)自己的需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應用需求。數(shù)字</p><p>　　信號發(fā)生器是在科學研究和工程設(shè)計中廣泛應用的一種通用儀器。目前高精度、具有數(shù)據(jù)存儲能力的信號發(fā)生器，生產(chǎn)工藝復雜，價

19、格昂貴。所以虛擬數(shù)字存儲信號發(fā)生器的設(shè)計有一定的經(jīng)濟價值;虛擬信號發(fā)生器能充分發(fā)揮虛擬儀器結(jié)構(gòu)簡單、功能豐富、價格低廉、能重復開發(fā)、可用戶自定義的優(yōu)勢。設(shè)計的虛擬數(shù)字存儲信號發(fā)生器，可同時顯示、記錄和存儲多通道輸入的波形，并且可以對波形進行數(shù)據(jù)分析和處理，具有一定的研究意義。</p><p>　　第2章 虛擬信號發(fā)生器概況</p><p>　　2.1 信號發(fā)生器，虛擬儀器概述</p&

20、gt;<p>　　2.1.1 信號發(fā)生器概述</p><p>　　信號發(fā)生器是生產(chǎn)實踐和科學研究中應用十分廣泛的電子測量儀器。目前常用的模擬信號發(fā)生器，外型笨重，功能單一；數(shù)字信號發(fā)生器雖然有一定的功能擴展，但價格昂貴，維護升級成本高，短時間內(nèi)難以普及應用。近年來，出現(xiàn)了一種基于計算機和軟件的新型儀器——虛擬儀器。虛擬儀器以計算機為核心，功能由用戶定義和設(shè)計，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)。

21、虛擬儀器的關(guān)鍵是用軟件來實現(xiàn)硬件的功能，實現(xiàn)“軟件即儀器”。在高等院校理工科教學中，實驗教學是整個教學過程中的重要環(huán)節(jié)，特別是基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課的實驗教學在本科教學中尤為重要，他對學生的專業(yè)知識起著有效的支撐作用。但是，近年來隨著學生人數(shù)的增加、實驗教學改革不斷深入，原有實驗室的設(shè)備和規(guī)模難以滿足發(fā)展的需要。虛擬儀器的出現(xiàn)很好地解決了這些問題。虛擬儀器是以計算機為核心，功能由用戶定義和設(shè)計，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)。虛擬儀

22、器的關(guān)鍵是用軟件來實現(xiàn)硬件的功能，實現(xiàn)“軟件即儀器”。本文應用虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW開發(fā)了一種多功能虛擬信號發(fā)生器，擴展了信號發(fā)生器的分析和計算能力，降低了儀器的價格，增強了儀器的通用性，實現(xiàn)了波形顯示、存儲、打印和</p><p>　　2.1.2 虛擬儀器基本概念</p><p>　　所謂虛擬儀器，就是在以計算機為核心的硬件平臺上，其功能由用戶設(shè)計和定義，具有虛擬面板，其測試功能

23、由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達輸出檢測結(jié)果;利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理;利用1/O接口設(shè)備完成信號的采集測量與調(diào)理，從而完成各種測試功能的一種計算機測試系統(tǒng)。使用者用鼠標或鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺專用測量儀器一樣。因此，虛擬儀器的出現(xiàn)，使測量儀器與計算機的界限模糊了.虛擬儀器的“虛擬”兩字主要包含以下兩方面的含義。

24、</p><p>　　虛擬儀器（virtual instrumention）是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器

25、功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖1-1反映了常見的虛擬儀器方案。</p><p>　　圖1-1 虛擬儀器方案框圖</p><p>　　虛擬儀器的主要特點有：</p><p>　　盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。</p><p>　　可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。</p

26、><p>　　用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。</p><p>　　虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機語言是美國NI公司的LabVIEW。</p><p>　　虛擬儀器的起源可以追朔到20世紀70年代，那時計算機測控系統(tǒng)在國防、航天等領(lǐng)域已

27、經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展。PC機出現(xiàn)以后，儀器級的計算機化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計算機上推出了LabVIEW2.0以前的版本。對虛擬儀器和LabVIEW長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認的權(quán)威。</p><p>　　普通的PC有一些不可避免的弱點。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計算機測試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計算機化儀器的一個重要發(fā)展方向

28、是制定了VXI標準，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計算機屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標準的VXI機箱，再與計算機相連，就組成了一個測試系統(tǒng)。VXI儀器價格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的PXI標準儀器。 </p><p>　　(1)虛擬儀器的面板是虛擬的</p><p>　　虛擬儀器面板

29、上的各種“圖標”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的:由各種開關(guān)、按鈕、顯示器等圖標實現(xiàn)儀器電源的“通”、“斷實現(xiàn)被測信號的“輸入通道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)的設(shè)置，以及實現(xiàn)測量結(jié)果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。</p><p>　　傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是“實物”，而且是由“手動”和“觸摸”進行操</p><p>　　作的:虛擬儀器前面板是外形與實物相像的“圖標”，每個圖標

30、的“通’、“斷”、“放大”等動作通過用戶操作計算機鼠標或鍵盤來完成。因此，設(shè)計虛擬儀器前面板就是在前面板設(shè)計窗口中擺放所需的圖標，然后對圖標的屬性進行設(shè)置。</p><p>　　(2)虛擬儀器測量功能是通過對圖形化軟件流程圖的編程來實現(xiàn)的</p><p>　　虛擬儀器是在以PC為核心組成的硬件平臺支持下，通過軟件編程來實現(xiàn)儀器的功能。因為可以通過不同測試功能軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能

31、，所以，在硬件平臺確定后，就有“軟件就是儀器”的說法。這也體現(xiàn)了測試技術(shù)與計算機深層次的結(jié)合。虛擬儀器技術(shù)的實質(zhì)是充分利用最新的計算機技術(shù)來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，當硬件確定以后，就可以通過不同的軟件實現(xiàn)不同的功能。用戶可以根據(jù)自己的需要，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應用要求。利用計算機豐富的軟、硬件資源，可以大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)的分析、處理、表達、傳遞、儲存等方面的限制，達到傳統(tǒng)儀器無法比擬的效果。它不

32、僅可以用于電子測量、測試、分析、計量等領(lǐng)域，而且還可以用于進行設(shè)備的監(jiān)控以及工業(yè)過程自動化。虛擬儀器還可以廣泛應用于電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學分析、故障診斷及教學科研等多個方面。</p><p>　　2.1.3虛擬儀器的特點</p><p>　　LabVIEW是什么？LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一種圖形

33、化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)。這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。</p><p>　　圖形化的程序語

34、言，又稱為“Ｇ”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構(gòu)建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。</p><p>　　利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的

35、可執(zhí)行文件，它是一個真正的３２位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。</p><p>　　與傳統(tǒng)儀器相比虛擬儀器主要有以下優(yōu)點:</p><p>　　(1)傳統(tǒng)儀器的面板只有一個，其上布置著種類繁多的顯示與操作元件，易于導致許多識別與操作錯誤。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復雜的功

36、能。這樣，在每個分面板上就可以實現(xiàn)功能操作的單純化與面板布置的簡捷化，從而提高操作的正確性與便捷性。同時，虛擬儀器面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受“標準件”和“加工工藝”的限制，它們是由編程來實現(xiàn)的，設(shè)計者可以根據(jù)用戶的認知要求和操作要求，設(shè)計儀器面板。</p><p>　　(2)在通用硬件平臺確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來完成儀器的功育旨。</p><p>　　(3)儀器

37、的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來定義的，而不是事先由廠家定義好的。</p><p>　　(4)儀器性能的改進和功能擴展只需要更新相關(guān)軟件設(shè)計而不需要購買新的器。</p><p>　　(5)研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。</p><p>　　(6)虛擬儀器開放、靈活，可與計算機同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。</p><p>　　Labview實

38、現(xiàn)的功能</p><p>　　虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的功能設(shè)計參考了常見信號發(fā)生器的功能，并結(jié)合虛擬儀器基于計算機的特點，在功能上有所擴展，實現(xiàn)的主要功能如下：</p><p>　　(1)可以產(chǎn)生lHz～1MHz的正弦波、方波、三角波、鋸齒波和任意波形：</p><p>　　(2)信號頻率、幅度、相位、偏移量和占空比的參數(shù)可以調(diào)節(jié)和控制；</p><

39、p>　　(3)能夠顯示輸出信號波形；</p><p>　　(4)采樣頻率和采樣點數(shù)可以隨信號頻率在檔位變化時調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.2 虛擬儀器的現(xiàn)狀和發(fā)展</p><p>　　2.2.1虛擬儀器的現(xiàn)狀</p><p>　　虛擬儀器的概念，是美國國家儀器公司(National Instruments Corp，簡稱NI)于198

40、6年提出的。80年代以來，NI公司研制和推出了許多總線系統(tǒng)的虛擬式儀器，成為這類新型儀器世界第一生產(chǎn)大戶。此后，美國的惠普(HP)公司，Tektronix公司，Racal公司等也相繼推出了許多此類儀器，并在短短的10余年便占有了世界儀器市場的10%左右。虛擬儀器技術(shù)目前在國外發(fā)展很快，以NI公司為代表的一批廠商己經(jīng)在市場上推出了基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計的商品化儀器產(chǎn)品。在美國，虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語言，已作為各大學理工科學生的一門必修

41、課程。美國的斯坦福大學的機械工程系要求三、四年級的學生在實驗時應用虛擬儀器進行數(shù)據(jù)采集和實驗控制。據(jù)“世界儀表及自動化”雜志預測，21世紀初葉，世界虛擬儀器的生產(chǎn)廠家將超過千家，其品種將達到數(shù)千種，市場占有率將達到5096左右。虛擬儀器將成為本世紀儀器發(fā)展的方向，而且有逐步取代傳統(tǒng)硬件化電子儀器的趨勢。</p><p>　　近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，以便使用者利用這些儀器公司提

42、供的開發(fā)平臺軟件組建自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)，并編制測試軟件。LabVIEW采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。LabWindows / CVI是為熟悉C語言的開發(fā)人員準備的、在Windows環(huán)境下的標準ANSIC開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　作為儀器領(lǐng)域中最新興的技術(shù)，虛擬儀器的開發(fā)和研究在國內(nèi)尚屬起步階段。虛擬儀器的開發(fā)廠家，為擴大虛擬儀器的功能，在測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、表達模式及變換方面也做了許多工作

43、，發(fā)布了各種軟件，建立了數(shù)據(jù)處理的高級分析庫和開發(fā)工具庫(例如測量結(jié)果的譜分析、快速傅立葉變換、各種數(shù)字濾波器、卷積處理和相關(guān)函數(shù)處理、微積分、峰值和闡值檢隊波形發(fā)生、噪聲發(fā)生、回歸分析、數(shù)值運算、時域和頻域分析等)，使虛擬儀器發(fā)展成為可以組建極為復雜自動測試系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)。</p><p>　　專家預測:未來的幾年內(nèi)，國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)測。隨著微型計算機的發(fā)展，虛擬儀

44、器將會逐步取代傳統(tǒng)</p><p>　　的測試儀器而成為測試儀器的主流。</p><p>　　2.2.2虛擬儀器的展望</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過十幾年發(fā)展，而今正沿著總線與驅(qū)動程序標準化、硬/軟件模塊化、編程平臺圖形化和硬件模塊的即插即用方向前進，以開放式模塊化儀器標準為基礎(chǔ)的虛擬儀器標準正日趨完善，加上計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，建立在虛擬儀器技術(shù)

45、上的各種功能強大、性能優(yōu)良的先進儀器將層出不窮，價格也會越來越低，使用虛擬儀器進行研究、設(shè)計、測試將成為一種趨勢，同樣，虛擬儀器及技術(shù)也將成為學校未來教學科研的重要方法和手段，特別是在理工科學校其應用前景非常廣闊。虛擬儀器可以取代測量技術(shù)傳統(tǒng)領(lǐng)域的各類儀器，“沒有測量就沒有鑒別，科學技術(shù)就不能前進”。虛擬儀器將會在科學技術(shù)的各個領(lǐng)域得到廣泛應用，對科學技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。</p><p>　

46、　2.3虛擬信號發(fā)生器的介紹</p><p>　　2.3.1信號發(fā)生器的基本原理</p><p>　　本函數(shù)信號發(fā)生器的前面板主要由以下幾個部分構(gòu)成：儀器控制按鈕，輸出頻率控制窗口(包括頻率顯示單位)，頻率倍成控制，波形選擇，頻率微調(diào)按鈕，直流偏置，方波占空比調(diào)節(jié)，輸出波形幅度控制按鈕。頻率微調(diào)范圍：O．1—1 Hz；直流偏置：一10—10V；方波占空比：0—100％；輸出波形幅度：0—1

47、0V。此外還增加了許多修飾性的元件如面板上的壓控輸入、記數(shù)輸入、同步輸出、電壓輸出等。使用這些修飾性的元件的目的是為了增加儀器的美觀性，并盡量與真實儀器的使用界面相一致。</p><p>　　2.3.2虛擬信號發(fā)生器的工作原理</p><p>　　通過軟件虛擬信號發(fā)生器的功能，信號由特定的虛擬儀器發(fā)出，再通過波形顯示器表現(xiàn)在大家面前。虛擬儀器以計算機為核心，功能由用戶定義和設(shè)計，具有虛擬面

48、板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)。虛擬儀器的關(guān)鍵是用軟件來實現(xiàn)硬件的功能，實現(xiàn)“軟件即儀器”。本文應用虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW開發(fā)了一種多功能虛擬信號發(fā)生器，擴展了信號發(fā)生器的分析和計算能力，降低了儀器的價格，增強了儀器的通用性，實現(xiàn)了波形顯示、存儲、以及多個測量參數(shù)自動顯示、相位差自動計算等功能。</p><p>　　第3章 虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺LabVIEW</p><p>　　3

49、.1 LabVIEW簡介</p><p>　　虛擬信號發(fā)生器軟件設(shè)計采用的NI公司的虛擬儀器開發(fā)工具LabVIEW。LabVIEW是根據(jù)G編程語言,為數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析與顯示而設(shè)計的一種圖形編程開發(fā)環(huán)境。它用圖標代碼代替編程語言創(chuàng)建應用程序，用數(shù)據(jù)流編程方法描述程序的執(zhí)行，用圖標和連線代替文本的形式編寫程序，為虛擬儀器設(shè)計者提供了便捷輕松的設(shè)計環(huán)境，設(shè)計者利用它可以像搭積木一樣，輕松組建一個測試系統(tǒng)以及構(gòu)造

50、自己的儀器面板，而無需進行任何煩瑣的程序代碼編寫。使用LabVIEW開發(fā)平臺編制的虛擬儀器程序VI包括三個部分：程序前面板、框圖程序和圖標/連接器。程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，生成模仿傳統(tǒng)儀器的控制面板。每一個程序前面板都對應著一段框圖程序?？驁D程序用LabVIEW圖形編程語言編寫，類似傳統(tǒng)程序的源代碼。圖標/連接器是子程序SubVI被其它VI調(diào)用的接口。LabVIEW采用的是自上向下的模塊化編程方法，所生成的各個子程序有利

51、于主程序的設(shè)計與實現(xiàn)。這種設(shè)計方法可大大減小虛擬儀器開發(fā)的難度，利于儀器開發(fā)人員之間的分工協(xié)作。</p><p>　　虛擬儀器由通用儀器硬件平臺和應用軟件兩大部分構(gòu)成。硬件平臺完成被測信號調(diào)理與信號采集，即獲取被測信號。硬件部分主要包括傳感器、信號調(diào)理電路及數(shù)據(jù)采集卡。而傳感器和信號調(diào)理電路針對不同的測試對象有不同的選擇和設(shè)計。目前較常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PC-DAQ系統(tǒng)）、GPIB儀器測試系統(tǒng)、VX

52、I儀器測試系統(tǒng)。</p><p>　　3.2 LabVIEW的主要窗口</p><p><b>　　前面板</b></p><p>　　前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制（control）和顯示對象（indicator）。圖3－2所示是一個隨機信號發(fā)生和

53、顯示的簡單VI是它的前面板，上面有一個顯示對象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機數(shù)。還有一個控制對象——開關(guān)，可以啟動和停止工作。顯然，并非簡單地畫兩個控件就可以運行，在前面板后還有一個與之配套的流程圖。</p><p><b>　　流程圖</b></p><p>　　流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。

54、流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。圖3－3是與圖2對應的流程圖。我們可以看到流程圖中包括了前面板上的開關(guān)和隨機數(shù)顯示器的連線端子，還有一個隨機數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機信號送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下去，設(shè)置了一個While Loop循環(huán)，由開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。</p><p>　　如果將VI與標準

55、儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，使用VI可以仿真標準儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個惟妙惟肖的標準儀器面板，而且其功能也與標準儀器相差無幾。</p><p><b>　　圖標/連接器</b></p><p>　　VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個VI可以作為子程序，這里稱為子VI（subVI），被其他V

56、I調(diào)用。圖標與連接器在這里相當于圖形化的參數(shù)，詳細情況稍后介紹。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊是虛擬信號發(fā)生器的軟件的核心，主要完成數(shù)據(jù)采集的控制，包括觸發(fā)控制、通道控制、時基控制等。其中，觸發(fā)控制包括觸發(fā)模式、觸發(fā)斜坡和觸發(fā)電平控制，通道控制主要控制哪一通道進行測量和頻譜分析，時基控制主要控制采集卡掃描率、每一通道掃描次數(shù)(取樣數(shù))，多功能虛擬信號發(fā)生器采用的數(shù)據(jù)采集卡PCI－6024E，它支持DMA方式和

57、雙緩沖區(qū)模式，保證了實時信號不間斷采集與存儲。這種數(shù)據(jù)采集卡支持單極性和雙極性模擬信號輸入，采樣速率可達200kb/s，信號輸入范圍分別為－5～＋5V和-10V～10V。提供16路單端／8路差動模擬輸入通道、2路獨立的DA輸出通道、8位24線的TTL型數(shù)字I／O、2個24位20MHz的定時計數(shù)器，4個模擬輸入范圍等多種功能。該數(shù)據(jù)采集卡支持的操作系統(tǒng)有Windows2000/NT/XP/Me/9x、Linux等。使用的軟件有LabVIE

58、W、LabWindows/CVI等。這些功能使得用戶不僅可以用該卡設(shè)計信號發(fā)生器，還可以使用該卡設(shè)計數(shù)字萬用表、波形發(fā)生器、邏輯分析儀等，做到一卡多用，為系統(tǒng)的后續(xù)擴充保留余地。</p><p>　　3.3 LabVIEW中信號處理與分析</p><p>　　數(shù)字信號在我們周圍無所不在。因為數(shù)字信號具有高保真、低噪聲和便于信號處理的優(yōu)點，所以得到了廣泛的應用，例如電話公司使用數(shù)字信號傳輸語

59、音，廣播、電視和高保真音響系統(tǒng)也都在逐漸數(shù)字化。太空中的衛(wèi)星將測得數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的形式發(fā)送到地面接收站。對遙遠星球和外部空間拍攝的照片也是采用數(shù)字方法處理，去除干擾，獲得有用的信息。經(jīng)濟數(shù)據(jù)、人口普查結(jié)果、股票市場價格都可以采用數(shù)字信號的形式獲得。因為數(shù)字信號處理具有這么多優(yōu)點，在用計算機對模擬信號進行處理之前也常把它們先轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。本章將介紹數(shù)字信號處理的基本知識，并介紹由上百個數(shù)字信號處理和分析的VI構(gòu)成的LabVIEW分析軟件

60、庫。 </p><p>　　目前，對于實時分析系統(tǒng)，高速浮點運算和數(shù)字信號處理已經(jīng)變得越來越重要。這些系統(tǒng)被廣泛應用到生物醫(yī)學數(shù)據(jù)處理、語音識別、數(shù)字音頻和圖像處理等各種領(lǐng)域。數(shù)據(jù)分析的重要性在于，無法從剛剛采集的數(shù)據(jù)立刻得到有用的信息，如下圖所示。必須消除噪音干擾、糾正設(shè)備故障而破壞的數(shù)據(jù)，或者補償環(huán)境影響，如溫度和濕度等。</p><p><b>　　表3－1</b&

61、gt;</p><p>　　通過分析和處理數(shù)字信號，可以從噪聲中分離出有用的信息，并用比原始數(shù)據(jù)更全面的表格顯示這些信息。下圖顯示的是經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)曲線。</p><p><b>　　表3－2</b></p><p>　　用于測量的虛擬儀器(VI)</p><p>　　用于測量的虛擬儀器(VI)執(zhí)行的典型的測量任務(wù)有：&

62、lt;/p><p>　　計算信號中存在的總的諧波失真。</p><p>　　決定系統(tǒng)的脈沖響應或傳遞函數(shù)。</p><p>　　估計系統(tǒng)的動態(tài)響應參數(shù)，例如上升時間、超調(diào)量等等。</p><p>　　計算信號的幅頻特性和相頻特性。</p><p>　　估計信號中含有的交流成分和直流成分。</p><p&

63、gt;　　在過去，這些計算工作需要通過特定的實驗工作臺來進行，而用于測量的虛擬儀器可以使這些測量工作通過LabVIEW程序語言在臺式機上進行。這些用于測量的虛擬儀器是建立在數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理的基礎(chǔ)之上，有如下的特性：</p><p>　　輸入的時域信號被假定為實數(shù)值。</p><p>　　輸出數(shù)據(jù)中包含大小、相位，并且用合適的單位進行了刻度，可用來直接進行圖形的繪制。</p>

64、;<p>　　計算出來的頻譜是單邊的（single_sided），范圍從直流分量到Nyquist頻率(二分之一取樣頻率)。（即沒有負頻率出現(xiàn)）</p><p>　　需要時可以使用窗函數(shù)，窗是經(jīng)過刻度地，因此每個窗提供相同的頻譜幅度峰值，可以精確地限制信號的幅值。</p><p>　　一般情況下，可以將數(shù)據(jù)采集VI的輸出直接連接到測量VI的輸入端。測量VI的輸出又可以連接到繪圖

65、VI以得到可視的顯示。</p><p>　　有些測量VI用來進行時域到頻域的轉(zhuǎn)換，例如計算幅頻特性和相頻特性、功率譜、網(wǎng)路的傳遞函數(shù)等等。另一些測量VI可以刻度時域窗和對功率和頻率進行估算。</p><p>　　本章將介紹測量VI中常用的一些數(shù)字信號處理函數(shù)。</p><p>　　LabVIEW的流程圖編程方法和分析VI庫的擴展工具箱使得分析軟件的開發(fā)變得更加簡單。

66、LabVIEW 分析VI通過一些可以互相連接的VI，提供了最先進的數(shù)據(jù)分析技術(shù)。你不必像在普通編程語言中那樣關(guān)心分析步驟的具體細節(jié)，而可以集中注意力解決信號處理與分析方面的問題。LabVIEW 6i版本中，有兩個子模板涉及信號處理和數(shù)學，分別是Analyze子模板和Methematics子模板。這里主要涉及前者。</p><p>　　進入Functions模板Analyze Signal Processing子模

67、板。</p><p><b>　　圖3－4</b></p><p>　　其中共有6個分析VI庫。其中包括：</p><p>　?、伲甋ignal Generation（信號發(fā)生）：用于產(chǎn)生數(shù)字特性曲線和波形。</p><p>　?、冢甌ime Domain（時域分析）：用于進行頻域轉(zhuǎn)換、頻域分析等。</p>

68、<p>　?、郏瓼requency Domain（頻域分析）：</p><p>　?、埽甅easurement（測量函數(shù)）：用于執(zhí)行各種測量功能，例如單邊FFT、頻譜、比例加窗以及泄漏頻譜、能量的估算。</p><p>　?、荩瓺igital Filters（數(shù)字濾波器）：用于執(zhí)行IIR、FIR 和非線性濾波功能。</p><p>　　⑥．Window

69、ing（窗函數(shù)）：用于對數(shù)據(jù)加窗。</p><p>　　在后面幾節(jié)中，你將學習如何使用分析庫中的VI創(chuàng)建函數(shù)發(fā)生器和簡單實用的頻譜分析儀，如何使用數(shù)字濾波器，窗函數(shù)的作用以及不同類型窗函數(shù)的優(yōu)點，怎樣執(zhí)行簡單的曲線擬合功能，以及其他一些內(nèi)容?？梢栽趌abview\examples\analysis 目錄中找到一些演示程序。</p><p>　　3．4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成</p>

70、<p>　　圖3－5　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　上圖表示了數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)Σ杉蹇ǔ跏蓟?，板卡上和?nèi)存中的Buffer是數(shù)據(jù)采集存儲的中間環(huán)節(jié)。需要注意的兩個問題是：是否使用Buffer？是否使用外觸發(fā)啟動、停止或同步一個操作。</p><p>　　緩沖（Buffers）</p><p>　　這里的緩沖指的是PC內(nèi)存的

71、一個區(qū)域（不是數(shù)據(jù)采集卡上的FIFO緩沖），它用來臨時存放數(shù)據(jù)。例如，你需要采集每秒采集幾千個數(shù)據(jù)，在一秒內(nèi)顯示或圖形化所有數(shù)據(jù)是困難的。但是將采集卡的數(shù)據(jù)先送到Buffer，你就可以先將它們快速存儲起來，稍后再重新找回它們顯示或分析。需要注意的是Buffer與采集操作的速度及容量有關(guān)。如果你的卡有DMA性能，模擬輸入操作就有一個通向計算機內(nèi)存的高速硬件通道，這就意味著所采集的數(shù)據(jù)可以直接送到計算機的內(nèi)存。</p><

72、;p>　　不使用Buffer意味著對所采集的每一個數(shù)據(jù)你都必須及時處理（圖形化、分析等），因為這里沒有一個場合可以保持你著手處理的數(shù)據(jù)之前的若干數(shù)據(jù)點。</p><p>　　下列情況需要使用Buffer I/O：</p><p>　　需要采集或產(chǎn)生許多樣本，其速率超過了實際顯示、存儲到硬件，或?qū)崟r分析的速度。</p><p>　　需要連續(xù)采集或產(chǎn)生AC數(shù)據(jù)（&

73、gt;10樣本／秒），并且要同時分析或顯示某些數(shù)據(jù)。</p><p>　　采樣周期必須準確、均勻地通過數(shù)據(jù)樣本。下列情況可以不使用Buffer I/O：</p><p>　　數(shù)據(jù)組短小，例如每秒只從兩個通道之一采集一個數(shù)據(jù)點。需要縮減存儲器的開支。</p><p>　　第4章 虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計</p><p>　　4.1虛擬信號發(fā)生器創(chuàng)建

74、過程</p><p>　　4.1.1軟件設(shè)計方案</p><p>　　信號產(chǎn)生的應用主要有：</p><p>　　當無法獲得實際信號時，（例如沒有DAQ板卡來獲得實際信號或者受限制無法訪問實際信號），信號發(fā)生功能可以產(chǎn)生模擬信號測試程序。</p><p>　　產(chǎn)生用于D/A轉(zhuǎn)換的信號</p><p>　　在LabVIE

75、W 6中提供了波形函數(shù)，為制作函數(shù)發(fā)生器提供了方便。以Waveform>>Waveform Generation中的基本函數(shù)發(fā)生器（Basic Function Generator.vi）為例，其圖標如下：</p><p><b>　　圖4－6</b></p><p>　　其功能是建立一個輸出波形，該波形類型有：正弦波、三角波、鋸齒波和方波。這個VI會記住

76、產(chǎn)生的前一波形的時間標志并且由此點開始使時間標志連續(xù)增長。它的輸入?yún)?shù)有波形類型、樣本數(shù)、起始相位、波形頻率（單位：Hz）</p><p><b>　　參數(shù)說明：</b></p><p>　　offset：波形的直流偏移量，缺省值為0.0。數(shù)據(jù)類型DBL</p><p>　　reset signal：將波形相位重置為相位控制值且將時間標志置為0

77、。缺省值為FALSE.</p><p>　　signal type：產(chǎn)生的波形的類型，缺省值為正弦波。</p><p>　　frequency ：波形頻率（單位 Hz），缺省值為10。</p><p>　　amplitude ：波形幅值，也稱為峰值電壓，缺省值為1.0。</p><p>　　phase ：波形的初始相位（單位 度）缺省值為0.

78、0.</p><p>　　error in ：在該VI運行之前描述錯誤環(huán)境。缺省值為 no error. 如果一個錯誤已經(jīng)發(fā)生，該VI在error out端返回錯誤代碼。該VI僅在無錯誤時正常運行。 錯誤簇包含如下參數(shù)。</p><p>　　status ：缺省值為FALSE，發(fā)生錯誤時變?yōu)門RUE。</p><p>　　code ：錯誤代碼，缺省值為0。</

79、p><p>　　source ：在大多數(shù)情況下是產(chǎn)生錯誤的VI或函數(shù)的名稱，缺省值為一個空串。</p><p>　　sampling info ：一個包括采樣信息的簇。共有Fs和#s 兩個參數(shù)。</p><p>　　Fs ：采樣率，單位是樣本數(shù)/秒，缺省值為1000。</p><p>　　#s ：波形的樣本數(shù)，缺省值為1000。</p>

80、;<p>　　duty cycle (%)：占空比，對方波信號是反映一個周期內(nèi)高低電平所占的比例，缺省值為50%。</p><p>　　signal out：信號輸出端</p><p>　　phase out ：波形的相位，單位：度。</p><p>　　error out ：錯誤信息。如果 error in 指示一個錯誤，error out 包含同樣

81、的錯誤信息。否則，它描述該VI 引起的錯誤狀態(tài)。</p><p>　　使用該VI制作的函數(shù)發(fā)生器如下，由框圖可以看出，其中沒有附加任何其他部件。</p><p><b>　　圖4－7</b></p><p><b>　　圖4－8</b></p><p>　　4．1．2 標準頻率</p>

82、<p>　　在模擬狀態(tài)下，信號頻率用Hz或者每秒周期數(shù)為單位。但是在數(shù)字系統(tǒng)中，通常使用數(shù)字頻率，它是模擬頻率和采樣頻率的比值，表達式如下：</p><p>　　數(shù)字頻率＝模擬頻率/采樣頻率</p><p>　　這種數(shù)字頻率被稱為標準頻率，單位是周期數(shù)/采樣點。</p><p>　　有些信號發(fā)生VI使用輸入頻率控制量f，它的單位和標準頻率的單位相同：周期

83、數(shù)/每個采樣點，范圍從0到1，對應實際頻率中的0到采樣頻率fs的全部頻率。它還以1.0為周期，從而令標準頻率中的1.1與0.1相等。例如某個信號的采樣頻率是奈奎斯特頻率（fs/2），就表示每半個周期采樣一次（也就是每個周期采樣兩次）。與之對應的標準頻率是1/2 周期數(shù)/采樣點，也就是0.5 周期數(shù)/采樣點。標準頻率的倒數(shù)1/f表示一個周期內(nèi)采樣的次數(shù)。</p><p>　　如果你所使用的VI需要以標準頻率作為輸入

84、，就必須把頻率單位轉(zhuǎn)換為標準單位：周期數(shù)/采樣點。</p><p><b>　　4．2數(shù)字信號處理</b></p><p>　　信號的時域顯示（采樣點的幅值）可以通過離散傅立葉變換（DFT）的方法轉(zhuǎn)換為頻域顯示。為了快速計算DFT，通常采用一種快速傅立葉變換(FFT)的方法。當信號的采樣點數(shù)是2的冪時，就可以采用這種方法。</p><p>　　

85、FFT的輸出都是雙邊的，它同時顯示了正負頻率的信息。通過只使用一半FFT輸出采樣點轉(zhuǎn)換成單邊FFT。FFT的采樣點之間的頻率間隔是fs/N，這里fs是采樣頻率。</p><p>　　Analyze庫中有兩個可以進行FFT的VI，分別是 Real FFT VI 和 Complex FFT VI。</p><p>　　這兩個VI之間的區(qū)別在于，前者用于計算實數(shù)信號的FFT，而后者用于計算復數(shù)信

86、號的FFT。它們的輸出都是復數(shù)。</p><p>　　大多數(shù)實際采集的信號都是實數(shù)，因此對于多數(shù)應用都使用Real FFT VI 。當然也可以通過設(shè)置信號的虛部為0，使用Complex FFT VI 。使用Complex FFT VI 的一個實例是信號含有實部和虛部。這種信號通常出現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信中，因為這時需要用復指數(shù)調(diào)制波形。</p><p>　　計算每個FFT顯示的頻率分量的能量的方法是

87、對頻率分量的幅值平方。高級分析庫中Power Spectrum VI可以自動計算能量頻譜。Power Spectrum VI的輸出單位是Vrms2 。但是能量頻譜不能提供任何相位信息。</p><p>　　FFT和能量頻譜可以用于測量靜止或者動態(tài)信號的頻率信息。FFT提供了信號在整個采樣期間的平均頻率信息。因此，F(xiàn)FT主要用于固定信號的分析（即信號在采樣期間的頻率變化不大）或者只需要求取每個頻率分量的平均能量。

88、</p><p><b>　　圖4－9</b></p><p>　　2．流程圖中的Array Size 函數(shù)用來根據(jù)樣本數(shù)轉(zhuǎn)換FFT的輸出，得到頻率分量的正確幅值。</p><p>　　3．把該VI保存為LabVIEW\Activity目錄中的FFT_2sided.vi。</p><p>　　4．選擇頻率（Hz）=10，

89、采樣率= 100，樣本數(shù)= 100。執(zhí)行該VI。注意這時的時域圖和頻譜圖。因為采樣率=樣本數(shù)= 100 ，所以時域圖中的正弦波的周期數(shù)與選擇的頻率相等，即可以顯示10個周期。（如果把頻率改成5，那么就會顯示5個周期）</p><p><b>　　圖4－10</b></p><p>　　5．檢查頻譜圖可以看到有兩個波峰，一個位于10Hz,另一個位于90Hz，90Hz處的

90、波峰實際上是10Hz處的波峰的負值。因為圖形同時顯示了正負頻率，所以被稱為雙邊FFT。</p><p>　　6．先后令頻率=10、20（Hz），執(zhí)行該VI。注意每種情況下頻譜圖中波峰位置的移動。</p><p>　　觀察頻率等于10和20時的時域波形。注意哪種情況下的波形顯示更好，并解釋原因。</p><p>　　7．因為fs = 100 Hz，所有只能采樣頻率低于

91、50Hz的信號（奈奎斯特頻率＝fs/2）。把頻率修改為48Hz，可以看到頻譜圖的波峰位于± 48 Hz。</p><p>　　8．把頻率改為52HZ，觀察這時產(chǎn)生的圖形與第5步產(chǎn)生的圖形的區(qū)別。因為52大于奈奎斯特頻率，所以混頻偏差等于|100 – 52| = 48 Hz。</p><p>　　9．把頻率改成30和70Hz，執(zhí)行該VI。觀察這兩種情況下圖形是否相同，并解釋原因。&

92、lt;/p><p>　　10.按照下圖修改流程圖。上面已經(jīng)知道因為FFT含有正負頻率的信息，所以可以FFT具有重復信息?，F(xiàn)在這樣修改之后只顯示一半的FFT采樣點（正頻率部分）。這樣的方法叫做單邊FFT。單邊FFT只顯示正頻部分。注意要把正頻分量的幅值乘以2才能得到正確的幅值。但是，直流分量保持不變。（若程序中考慮含直流分量的情況，應當增加一個分支或case結(jié)構(gòu)。</p><p><b&g

93、t;　　圖4－11</b></p><p>　　11．設(shè)置頻率（Hz） = 30，采樣率= 100，樣本數(shù)= 100， 運行該VI。</p><p>　　12．保存該VI為LabVIEW\Activity目錄下的FFT_1sided.vi。</p><p>　　13．把頻率改為70Hz，執(zhí)行該VI，觀察這時產(chǎn)生的圖形與第9步產(chǎn)生的圖形的區(qū)別。</p

94、><p>　　4.3軟面板的設(shè)計　</p><p>　　4.3.1 儀器面板和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　前面板是用戶接口，即交互式界面，用于用戶輸入各種控制參數(shù)、觀察輸出量和顯示輸出信號波形。在前面板中，使用了各種仿真圖標，旋鈕、開關(guān)等，并以數(shù)字顯示或?qū)崟r波形圖等控件模擬真實儀器的面板，在使用中直接通過鼠標和鍵</p><p>　　盤設(shè)定信號

95、的相關(guān)參數(shù)。虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的前面板，主要由以下幾個部分組成：</p><p>　　(1)電源部分：包含電源開關(guān)和電源指示兩個布爾控件；</p><p>　　(2)信號類型選擇部分：包含一個公式波形輸入控件和一個菜單下拉列表控件；</p><p>　　(3)頻率調(diào)節(jié)部分：包含一個頻率調(diào)節(jié)數(shù)值旋鈕控件，一個頻率顯示的數(shù)值顯示控件，一個頻率檔位選擇的枚舉控件和兩個頻率

96、單位指示的布爾控件；</p><p>　　(4)幅度、初相位、偏移量和占空比調(diào)節(jié)部分：分別包含一個幅度、初相位、偏移量和占空比的調(diào)節(jié)數(shù)值旋鈕控件和數(shù)值顯示控件；</p><p>　　(5)采樣信息調(diào)節(jié)部分：包含了采樣頻率和采樣點數(shù)的數(shù)值輸入控件以及兩個數(shù)值顯示控件：</p><p>　　(6)波形顯示部分：包含一個輸出波形的波形圖控件和一個輸出修飾控件。</p

97、><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊式虛擬信號發(fā)生器軟件的核心，主要完成數(shù)據(jù)采集的控制，數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集卡通過多路開關(guān)、A/D 轉(zhuǎn)換新片和數(shù)據(jù)緩存的幾個部件將多通道的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并貯存在其緩存中，而計算機通過LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI對數(shù)據(jù)采集卡中的幾個部件的運作進行控制，數(shù)據(jù)采集卡和計算機之間通過計算機總線含通信，交換數(shù)據(jù)和控制信息?！?lt;/p><p>　?。?） Sel

98、cetDevicePop.Vi用戶選擇數(shù)據(jù)采集卡，DeviceOpen.Vi加載設(shè)備驅(qū)動程序到內(nèi)存，并確定設(shè)備的類型，完成對設(shè)備的類型，完成對設(shè)備的初始化，使設(shè)備做好I/O準備工作。若設(shè)備驅(qū)動成功返回一個非0的設(shè)備句柄，若失敗則返回0。利用MAIConfig.Vi配置多通過模擬輸入所需的參數(shù)。 （2） 利用一個While循環(huán)以及MAIVohageIn.Vi將采集到的數(shù)據(jù)不停地從設(shè)備的緩存中讀出。 （3） 完成數(shù)據(jù)

99、采集后，利用DeviceClose.Vi關(guān)閉打開的設(shè)備，如果程序出錯，提示信息顯示在Errmsg指示中。 </p><p>　?。?） 波形實時顯示設(shè)計通過LabView的Waveform Chant控件實現(xiàn)波形的實時顯示；旋轉(zhuǎn)位置旋鈕時可以調(diào)整波形的位置，旋轉(zhuǎn)VOLTS/DIV旋鈕時可以調(diào)整波形的幅值比例；調(diào)整SEC/DIV旋鈕時可調(diào)整波形的時間分度值一個多通道波形數(shù)據(jù)采集的過程一般包括以下幾個步驟：</

100、p><p>　　(1)數(shù)據(jù)采集卡有關(guān)的采樣參數(shù)（采集頻率、采集次數(shù)、采集通道、數(shù)據(jù)緩存的大?。?lt;/p><p>　　(2)采樣開始，多路開關(guān)對采樣通道進行一次掃描，每個通道采樣一個點。</p><p>　　(3)A/D 轉(zhuǎn)換。</p><p>　　(4)數(shù)字信號存到數(shù)據(jù)緩存。</p><p>　　(5)重復（2）~（4），

101、直到采集到了所需的采樣次數(shù)，全部數(shù)據(jù)順序存儲到緩存中。</p><p>　　(6)從數(shù)據(jù)采集卡的緩存中讀取數(shù)據(jù)到計算機的內(nèi)存中。</p><p>　　4.3.2波形的產(chǎn)生與調(diào)節(jié)</p><p>　　利用Open/Creat/Replace.Vi建立存放數(shù)據(jù)文件的路徑、格式、名稱，Write File控件把采集的數(shù)據(jù)寫入事先建好的數(shù)據(jù)文件內(nèi)；Get Date/Time

102、 String控件是用來獲取每個時刻存儲數(shù)據(jù)的時間；Array To Spreadsheet String控件是把采集卡采集的數(shù)據(jù)進行格式整理，輸出到Concatenate Strings控件內(nèi)，在此控件內(nèi)把采集的數(shù)據(jù)再次整理，形成可回放顯示的字符串，為回放測量模塊做準備。 </p><p>　　在程序運行開始時先設(shè)定好存儲路徑，在需要存儲時，按下存儲按鈕，便立刻對所采集的數(shù)據(jù)進行保存；當按下停止按鈕停止存儲數(shù)

103、據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲的及時存取。</p><p>　　本儀器功能主要包括四類函數(shù)信號---正弦波、方波、三角波、鋸齒波的輸出，頻率的倍乘與微調(diào)相結(jié)合，以及實現(xiàn)輸出波形的直流偏置、電壓幅度的控制等功能。具體指標如如表4－3所示：</p><p>　　表4－3 虛擬函數(shù)信號發(fā)生器性能指標</p><p>　　虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的軟件設(shè)計與實現(xiàn)</p><

104、;p>　　軟件部分采用專業(yè)的LabVIEW6i圖形化虛擬儀器開發(fā)工具。虛擬函數(shù)信號發(fā)生器主要由軟件完成輸出波形信號的產(chǎn)生和輸出信號頻率的顯示。輸出波形頻率的變化的具體實現(xiàn)是將波形數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)采集卡的緩沖區(qū)當中，通過設(shè)置緩沖區(qū)的更新頻率（改變內(nèi)部的時鐘頻率）來實現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)頻率的變化。該過程主要運用了Labview中的數(shù)據(jù)采集子模塊中的AO START 功能模塊。從實現(xiàn)功能的角度來說，本次設(shè)計的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的功能結(jié)構(gòu)主要包括兩大

105、功能模塊：波形產(chǎn)生模塊（FG模塊）和頻率單位變化控制（DISPLAY）模塊。波形產(chǎn)生模塊又調(diào)用FGEN模塊。FGEN模塊為數(shù)字波形產(chǎn)生模塊。</p><p>　　波形產(chǎn)生模塊是虛擬函數(shù)信號發(fā)生器軟件的核心。利用該模塊可實現(xiàn)正弦波、方波、鋸齒波、三角波等波形。正弦波的產(chǎn)生原理是通過調(diào)用sin(x)函數(shù)來實現(xiàn)。在本次設(shè)計，設(shè)計每一正弦波周期由1000點組成，利用類似C語言中的For循環(huán)為x 賦值，這樣執(zhí)行一次For循

106、環(huán)，便可以產(chǎn)生生成一個周期正弦波所需的數(shù)據(jù)，然后利用While 循環(huán)，使程序反復執(zhí)行，就可以連續(xù)輸出正弦波形。方波、鋸齒波、三角波的產(chǎn)生原理與正弦波產(chǎn)生原理相近,都是通過數(shù)學運算來實現(xiàn)代表波形的數(shù)字序列。與模擬信號相比，利用軟件的方法產(chǎn)生的波形數(shù)字序列雖然存在著一定的誤差，但只要一個周期內(nèi)選的點數(shù)足夠的多，就可以使誤差降到最低，對結(jié)果的影響最小。利用軟件產(chǎn)生波形的一個最大的優(yōu)點是使儀器的成本大大降低，而且使儀器小型化，智能化。波形產(chǎn)生模

107、塊的前面板如圖4－12所示，波形產(chǎn)生模塊的程序框圖如圖4－13所示。</p><p>　　圖4－12波形產(chǎn)生模塊的前面板</p><p>　　圖4－13波形產(chǎn)生模塊的程序</p><p><b>　　4．4實現(xiàn)效果圖</b></p><p>　　多功能虛擬信號發(fā)生器的前面板設(shè)計模仿傳統(tǒng)信號發(fā)生器形式，利用軟件生成了顯示窗

108、、調(diào)節(jié)旋鈕、開關(guān)鍵等部件，但儀器的操作、調(diào)節(jié)均由鼠標操作完成。最終實現(xiàn)了三角波，正弦波與鋸齒波三個波形圖。</p><p><b>　　正弦波如圖：</b></p><p><b>　　圖4－14</b></p><p><b>　　三角波如圖：</b></p><p><

109、;b>　　圖4－15</b></p><p><b>　　鋸齒波如圖：</b></p><p><b>　　圖4－16</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本文設(shè)計的多功能虛擬信號發(fā)生器實現(xiàn)了參數(shù)的自動測量、分析、處理功能

110、，節(jié)省了測量時間，提高了參數(shù)測量的精度，實現(xiàn)了波形、數(shù)據(jù)的存儲和顯示，具有相位差的自動計算與顯示功能。多功能虛擬信號發(fā)生器的波形打印、暫停等功能也為儀器的使用帶來了方便。實踐證明，在計算機強大的硬件資源和軟件資源下，利用LabVIEW 圖形化編程語言，設(shè)計出了功能強大、操作方便的多功能虛擬數(shù)字信號發(fā)生器，與傳統(tǒng)儀器比較，它有許多優(yōu)點:軟件開發(fā)效率高，儀器開發(fā)周期短;可操作性和可維護性好;不動硬件，可通過軟件重構(gòu)，產(chǎn)生新的儀器功能;硬件具