基于LabVIEW的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計文獻(xiàn)綜述

1、基于labview的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計摘要：虛擬儀器（virtual instrument）是基于計算機(jī)的儀器。計算機(jī)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(jī)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(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。虛擬儀器實(shí)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(jī)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(jī)語言是美國 ni 公司的 labview。 關(guān)鍵字：虛擬儀器；labview；函數(shù)信

2、號發(fā)生器abstract：virtual instrument means: use of the existing pc, with a specially designed instrument hardware and proprietary software, the formation of the basic functions of both the ordinary instrument, there are usually no special equipment features of the new instrument.key words：virtual instrum

3、ent；labview; signal generator1 前言現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)越來越流行，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用廣泛，發(fā)展前景廣闊，掌握利用labview技術(shù)設(shè)計虛擬函數(shù)發(fā)生器，使虛擬函數(shù)發(fā)生器對多波形可以進(jìn)行選擇，多種參數(shù)可以調(diào)節(jié)和控制，這樣能使它在實(shí)驗室能得到更廣的應(yīng)用1。labview是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，可以用來創(chuàng)建通用的應(yīng)用程序。labview在測試、測量和自動化等領(lǐng)域具有更大的優(yōu)勢，同時為后期的數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲等提供了大量的工具與函數(shù)2。虛擬函數(shù)信號發(fā)生器在仿真實(shí)驗中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，簡單介紹下通用多波形虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的在仿真實(shí)驗中的應(yīng)用，按照

4、信號與系統(tǒng)課程中，信號的加，減，乘，除等幾種不同的運(yùn)算，我們可以通過虛擬函數(shù)信號發(fā)生器對這幾種運(yùn)算進(jìn)行驗證和簡單研究。本文將簡單介紹基于labview上的虛擬函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計原理，以方便學(xué)生讀者可以在學(xué)習(xí)中更好的利用它在學(xué)業(yè)中發(fā)揮它的作用3。2國內(nèi)外研究歷史、發(fā)展動態(tài)2.1虛擬儀器發(fā)展歷史虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，那時計算機(jī)測控系統(tǒng)在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展4。pc機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級的計算機(jī)化成為可能，甚至在 microsof t公司的 windows 誕生之前，ni公司已經(jīng)在macintosh計算機(jī)上推出了labview2.0 以前的版本5。對虛擬儀器和 labvi

5、ew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(rèn)的權(quán)威。目前l(fā)abview 的最新版本為 labview2009，labview 2009 為多線程功能添加了更多特性，這種特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 labview 軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、labview real-time 工具對嵌入式平發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選6。普通的 pc 有一些不可避免的弱點(diǎn)。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計算機(jī)測試系統(tǒng)性能不可能太高7。目前作為計算機(jī)化儀器的一個重要發(fā)展方向是制定了vxi 標(biāo)準(zhǔn)，這是一種插卡式的

6、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(jī)屏幕上出現(xiàn)8。這些卡插入標(biāo)準(zhǔn)的 vxi 機(jī)箱，再與計算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)儀器。22虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀虛擬儀器目前的發(fā)展大體可以分為5類：一、pc總線插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如labview相結(jié)合（注：美國ni公司的labview是圖形化編程工具，它可以通過各種控件自已組建各種儀器。labview/cvi是基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過三種編程

7、語言visual c+,visual basic,labviews/cvi構(gòu)成測試系統(tǒng)，它充分利用計算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源及軟件的便利。但是受pc機(jī)機(jī)箱和總線限制，且有電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機(jī)箱內(nèi)無屏蔽等缺點(diǎn)9。另外，isa總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰，pci總線的虛擬儀器價格比較昂貴。二、并行口式虛擬儀器最新發(fā)展的一系列可連接到計算機(jī)并行口的測試裝置，它們把儀器硬件集成在一個采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計算機(jī)上，通?？梢酝瓿筛鞣N測量測試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計、數(shù)字萬用表、功率計、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)

8、記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。美國link公司的dso-2xxx系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計算機(jī)相連，方便野外作業(yè)，又可與臺式pc機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)臺式和便攜式兩用，非常方便。由于其價格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學(xué)實(shí)驗室應(yīng)用。三、gbib總線方式的虛擬儀器gpib技術(shù)是ieee488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測量獨(dú)立的單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)發(fā)展，典型的gpib系統(tǒng)由一臺pc機(jī)、一塊gpib接口卡和若干臺gpib形式的儀器通過gpib電纜連接而成10。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊gpib接口可帶多達(dá)14臺儀器，電纜長度可達(dá)40米。gpib技術(shù)可用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)對儀器

9、的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺儀器組合起來，形成自動測量系統(tǒng)。gpib測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單，主要應(yīng)用于臺式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計算機(jī)高速傳輸狀況時應(yīng)用。四、vxi總線方式虛擬儀器vxi總線是一種高速計算機(jī)總線vme總線在vi領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的rfi/emi屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用11。經(jīng)過十多年的發(fā)展，vxi系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合12。有其他儀器

10、無法比擬的優(yōu)勢。然而，組建vxi總線要求有機(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。五、pxi總線方式虛擬儀器pxi總線方式是pci總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。pxi的高度可擴(kuò)展性。pxi具有8個擴(kuò)展槽，而臺式pci系統(tǒng)只有34個擴(kuò)展槽，通過使用pcipci橋接器，可擴(kuò)展到256個擴(kuò)展槽，臺式pc的性能價格比和pci總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢結(jié)合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺?？偨Y(jié)未來的這種連通水平將會更高，屆時將賦予模塊化新的定義。隨著互聯(lián)網(wǎng)和無線技術(shù)的不斷發(fā)展，工程師們不

11、僅能夠重新使用模塊化的組成部分，還可以更方便地在全球范圍內(nèi)共享知識和經(jīng)驗鞏固開發(fā)過程每個階段工程師們的努力成果。 商業(yè)科技的發(fā)展浪潮將會繼續(xù)，同時也會將虛擬儀器技術(shù)推向新的水平。因此，性能的提高將會更容易實(shí)現(xiàn)，從而節(jié)省寶貴的開發(fā)及系統(tǒng)集成時間，同時又比傳統(tǒng)儀器測量方案成倍降低成本。沒有人能夠準(zhǔn)確地預(yù)測未來的虛擬儀器將會發(fā)展到怎樣的程度，但是有一點(diǎn)可以肯定pc機(jī)與其相關(guān)的科技將會是虛擬儀器技術(shù)的核心，而您有了它的幫助將會更成功。參考文獻(xiàn)1 楊樂平,呂英軍.虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)j.電子技術(shù)應(yīng)用.2000,7(6):78892 戎舟.基于labview的虛擬示波器及遠(yuǎn)程測控j.微計算機(jī)信息.2

12、004,20(5):66673 楊樂平,李海濤,楊磊.labview程序設(shè)計與應(yīng)用m.第2版 .北京: 電子工業(yè)出版社, 2006:2093764 蔡建安, 陳潔華. 基于labview的工程軟件應(yīng)用m.第2版.重慶：重慶大學(xué)出版社,2006:1992365 馬雙寶.基于labview7.0虛擬信號發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)j.微計算機(jī)信息.2005,1(9):89906 楊樂平，李海濤.虛擬儀器技術(shù)概論m.第6版. 江蘇：電子工業(yè)出版社，2003：80907 劉君華,賈惠芹,丁暉.虛擬儀器圖形化編程語言labview教程m.閻曉艷.第3版.陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，2003：891098 雷振山.labview7.express實(shí)用技術(shù)教程m.第3版.石家莊：國鐵道出版社,2007：982099 鄧焱,王磊.labview7.1測試技術(shù)與儀器應(yīng)用m.第9版.湖北：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：567810 任姝婕.基于labview8.2的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器j.電氣電子教學(xué)學(xué)報.2007,30(4):1411 horton e c, foley m w, kwok k e.labview program for data acquisition during