基于labview的信號發(fā)聲器的設(shè)計

1、畢 業(yè) 論 文 設(shè) 計目錄1 .引 言21.1 Labview開發(fā)平臺41.1.1 程序前面板41.1.2 框圖程序41.1.3 圖標(biāo)/連接器41.1.4 Labview中的操作模板51.1.5 控制模板(Controls Palette)61.1.6 功能模板(Functions Palette)71.1.7 Labview中的框圖程序72 虛擬信號發(fā)生器的軟件設(shè)計82.1前面板的設(shè)計82.2 參數(shù)設(shè)置控件92.3 輸出波形選擇按鈕92.4 波形顯示控件92.5 開關(guān)控件92.6 流程圖的設(shè)計102.7程序圖標(biāo)的調(diào)入102.8程序設(shè)計103.虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的硬件構(gòu)成104.虛擬函數(shù)信號發(fā)

2、生器的實現(xiàn)104.1數(shù)字波形產(chǎn)生模塊114.2 頻率單位變化控制模塊115. 信號發(fā)生的具體實現(xiàn)115.1 虛擬正弦波發(fā)生器的設(shè)計125.1.1 功能描述125.1.2設(shè)計步驟125.2虛擬方波發(fā)生器的設(shè)計155.2.1 功能描述155.2.2設(shè)計步驟155.3虛擬鋸齒波發(fā)生器的設(shè)計185.3.1 功能描述:185.3.2設(shè)計步驟185.4 虛擬三角波發(fā)生器的設(shè)計215.4.1 功能描述:215.4.2設(shè)計步驟215.5虛擬正弦波.方波.鋸齒波.三角波發(fā)生器的的綜合設(shè)計245.5.1 發(fā)生器的前面板245.5.2 綜合發(fā)生器流程圖設(shè)計255.5.3 綜合發(fā)生器的運行結(jié)果256. 創(chuàng)新與思考27

3、結(jié)語：27致謝27參考文獻(xiàn)：28基于Labview的信號發(fā)生器的設(shè)計【摘 要】本文實現(xiàn)了基于Labview7.0的虛擬正弦,余弦,方波,鋸齒波,三角波信號發(fā)生器.可以根據(jù)需要,改變波形的頻率和幅值，保存波形的分析參數(shù)到指定文件,并介紹了基于USB數(shù)據(jù)采集卡的虛擬信號輸出。本論文首先簡介了虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的開發(fā)平臺，及虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計思路，并且給出了基于labview 的虛擬信號發(fā)生器的前面板和程序設(shè)計流程圖，講述了功能模塊的設(shè)計步驟，提供了虛擬發(fā)生器的面板。在設(shè)計信號發(fā)生器的過程中經(jīng)過深入的思考，結(jié)合Labview的具體功能作了一定創(chuàng)新。本儀器系統(tǒng)操作簡便，設(shè)計靈活，具有很強的適應(yīng)性?！?/p>

4、關(guān)鍵詞】：虛擬函數(shù) labview 信號發(fā)生器 The Design of Signal Generator Based on LabviewAbstractThis article describes the virtual Labview7.0 based on sine, cosine, square, saw tooth, triangle wave signal generator. Can change the waveform of the frequency and amplitude, the analysis of waveform parameters saved to

5、the specified file, and introduced the USB data acquisition card based on the virtual signal output. Introduction In this paper, the first virtual function signal generator of the development platform, and virtual signal generators of design ideas, and gives the Labview-based virtual signal generato

6、r's front panel and the programming flow chart describes the design of these functional modules provides a virtual panel generator. Signal generator in the design process, after careful thought, combined with the specific function of Labview a certain innovation. The instrument system is simple,

7、 flexible design, has a strong adaptability. Keyword ：Virtual function Labview signal generator1 .引 言自從1986年美國NI(National Instrument)公司提出虛擬儀器的概念以來,隨著計算機技術(shù)和測量技術(shù)的發(fā)展,虛擬儀器技術(shù)也得到很快的發(fā)展。虛擬儀器是指:利用現(xiàn)有的PC機，加上特殊設(shè)計的儀器硬件和專用軟件,形成既有普通儀器的基本功能,又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器。與傳統(tǒng)的儀器相比其特點主要有:具有更好的測量精度和可重復(fù)性;測量速度快;系統(tǒng)組建時間短;由用戶定義儀器功能;可

8、擴展性強;技術(shù)更新快等。虛擬儀器以軟件為核心,其軟件又以美國NI公司的Labview虛擬儀器軟件開發(fā)平臺最為常用。Labview是一種圖形化的編程語言,主要用來開發(fā)數(shù)據(jù)采集，儀器控制及數(shù)據(jù)處理分析等軟件,功能強大。目前,該開發(fā)軟件在國際測試、測控行業(yè)比較流行,在國內(nèi)的測控領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。函數(shù)信號發(fā)生器是在科學(xué)研究和工程設(shè)計中廣泛應(yīng)用的一種通用儀器。下面結(jié)合一個虛擬函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計開發(fā)具體介紹基于圖形化編程語言Labview的虛擬儀器編程方法與實現(xiàn)技術(shù)。虛擬儀器技術(shù)是測量技術(shù)和計算機技術(shù)綜合集成的產(chǎn)物，代表了現(xiàn)代測試技術(shù)和儀器技術(shù)發(fā)展。所謂虛擬儀器(Virtual Instrument)，

9、就是用戶在計算機平臺上，根據(jù)要求定義和設(shè)計儀器的測試功能，使得使用者在操作這臺計算機時，就像是在操作一臺他自己設(shè)計的儀器。VI是由用戶利用一些基本硬件及軟件編程技術(shù)組成的各種各樣的儀器系統(tǒng)，它的功能是可由用戶自己定義的。自從引進(jìn)了VI的技術(shù),這就使用戶可以隨心所欲地根據(jù)自己的意愿，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng),就像溫度測量計、電壓表、圖表記錄器、數(shù)字儀和信號分析計等，都可在同一基本硬件上配置不同的軟件而實現(xiàn)。VI的另一用途是方案論證，用于在設(shè)計方案的論證過程中。對于一種設(shè)計要求，我們可能有各種不同的實現(xiàn)方法，如每個方法都用傳統(tǒng)的儀器試驗一遍不僅花大量的人力,還要大量的財力。而用基本硬件和基本軟件組合的V

10、I可方便地實現(xiàn)各種方法，以比較各個方案的優(yōu)缺點。如今，計算機是開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，可以提供處理、存儲和顯示的能力，所以可將計算機用作電子儀器的助動器，使用戶自定義各種儀器功能成為現(xiàn)實。 現(xiàn)在流行的DAQ(數(shù)據(jù)采集)卡、GPIB(通用接口總線)卡、VXI(系統(tǒng)控制接口卡)等可以插入計算機的槽口。VI通過改變軟件的方法來適應(yīng)各種不同的需求。美國NI(國家儀器)公司數(shù)字化技術(shù)的插入式DAQ卡,具有構(gòu)造一系列傳統(tǒng)測量儀器的能力。它配上該公司的Labview軟件包(包含有DAQ的驅(qū)動程序)使用戶方便迅速組建自己的應(yīng)用系統(tǒng)。傳統(tǒng)的電子儀器是自封閉的系統(tǒng)，它具有信號輸入、輸出的能力，并有固定的用

11、戶界面，比如：輸入、輸出信號接插件、旋鈕、按鈕、顯示儀表、顯示面板等。一個儀器包括傳感器、信號處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、存儲器和內(nèi)部總線等專門化的電路。通過這些電路來轉(zhuǎn)換、測量、分析實際信號，并將結(jié)果以各種方式顯示。然而，有時為了構(gòu)成具有一定功能的系統(tǒng)，配置了一套儀器，但對其中的某些儀器，只用到了其中一部分功能，而將它作其他功能使用時，卻不具備或達(dá)不到所需指標(biāo)。如另配置一套儀器，不斷效率不高，而且價格高。要是能將原有的儀器稍加改動,就可以擴大其使用范圍。但是傳統(tǒng)的儀器功能是由制造商決定的，用戶不能任意更改，用戶如按自己的要求定制儀器需要昂貴的價格。虛擬儀器概念的提出是儀器發(fā)展史上的一場革

12、命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流。以下是傳統(tǒng)測試儀器和虛擬儀器的一個比較： 表1-1：傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器對照表傳統(tǒng)儀器虛擬儀器開發(fā)和維護(hù)費用高基于軟件體系的結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省開發(fā)和維護(hù)的費用功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義與其他儀器設(shè)備的連接十分有限面向應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以方便地與外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)或其他應(yīng)用連接數(shù)據(jù)無法編輯數(shù)數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分價格昂貴價格低廉（是傳統(tǒng)價格的五至十分之一）技術(shù)更新慢（5-10年）技術(shù)更新快（一般1-2年）系統(tǒng)封閉、功能固定、擴展性低基于計算機技術(shù)開放的功能模塊可構(gòu)成多種儀器 正是因為意識到了虛擬儀器的諸多優(yōu)點及傳統(tǒng)儀器的一些弊端，所以，

13、我們計劃開發(fā)了這樣一臺基于Labview(美國NI公司)的多功能虛擬數(shù)字發(fā)生器。其集成了示波，動態(tài)/靜態(tài)波形分析，頻譜分析，頻率計，波形參數(shù)分析，信號發(fā)生，以及遠(yuǎn)程示波等功能。在示波功能上，除了對波形的精確顯示外，還的波形參數(shù)進(jìn)行了顯示和對其時域信號、頻域信號進(jìn)行了分析。1.1 Labview開發(fā)平臺Labview是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (實驗室虛擬儀器集成開發(fā)環(huán)境)的簡稱，是有美國國家儀器公司(National instruments, IN)創(chuàng)立的一個功能強大而又靈活的儀器和分析應(yīng)用開發(fā)工具。Labview不

14、同于基于文本的的編程語言（如Fortran和C），他是一種圖形編程語言-通常稱為G語言，其編程過程就是同過圖形符號描述程序的運行。NI Labview使用已獲取專利的數(shù)據(jù)流編程模式，他能是用戶從基于文本程序語言的循序結(jié)構(gòu)中解脫出來，他的執(zhí)行循序是由節(jié)點間的數(shù)據(jù)而不是由文本行的循序決定的。并且，Labview是唯一具有編譯器的圖形化程序環(huán)境，所生成的的優(yōu)化代碼的執(zhí)行速率可以和C語言媲美。Labview就有開放的環(huán)境，能和第三放軟件輕松連接，通過Labview，用戶可以把現(xiàn)有的應(yīng)用程序和.NET組件、ActiveX、 DLL以及廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相連，同樣用戶可以在Labview中創(chuàng)建能在其軟件環(huán)境中

15、調(diào)用的獨立執(zhí)行程序或動態(tài)連接庫。在設(shè)計集成系統(tǒng)中，特別是做硬件數(shù)據(jù)采集，儀器控制等，有其一套快速開發(fā)組件，從而大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，著是其他開發(fā)平臺所沒法比較的。下面對Labview基于圖形化語言作簡要介紹：1.1.1 程序前面板 程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實儀表的前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（Controls），輸出量被稱為顯示（Indicators）?？刂坪惋@示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使這得前面板直觀易懂。1.1.2 框圖程序每一個程序前面板都對應(yīng)著一段框圖程序?？驁D程序用Labview圖形編程語言編寫，可

16、以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D程序由端口、節(jié)點、圖框和連線構(gòu)成。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點被用來實現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向。上述信號發(fā)生器的框圖程序如下面的的圖2-2：1.1.3 圖標(biāo)/連接器 圖標(biāo)/連接器是子VI被其它VI調(diào)用的接口。圖標(biāo)是子VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點表現(xiàn)形式；而連接器則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸入/輸出口，就象函數(shù)的參數(shù)。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應(yīng)。連接器一般情況下隱含不顯示，除非用戶選擇打開觀察它。1.1.4 Labview中的操作模板

17、Labview具有多個圖形化的操作模板，用于創(chuàng)建和運行程序。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動，并可以放置在屏幕的任意位置。操縱模板共有三類，為工具（Tools）模板、控制（Controls）模板和功能（Functions）模板。工具模板（Tools Palette）工具模板為編程者提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具。如果該模板沒有出現(xiàn)，則可以在Windows菜單下選擇Show Tools Palette命令以顯示該模板。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會變成該工具相應(yīng)的形狀。當(dāng)從Windows菜單下選擇了Show Help Window功能后，把工具模板內(nèi)選定的任一種工具光標(biāo)

18、放在框圖程序的子程序（Sub VI）或圖標(biāo)上，就會顯示相應(yīng)的幫助信息。工具圖標(biāo)有如下幾種：操作工具：使用該工具來操作前面板的控制和顯示。使用它向數(shù)字或字符串控制中鍵入值時，工具會變成標(biāo)簽工具的形狀。選擇工具：用于選擇、移動或改變對象的大小。當(dāng)它用于改變對象的連框大小時，會變成相應(yīng)形狀。標(biāo)簽工具：用于輸入標(biāo)簽文本或者創(chuàng)建自由標(biāo)簽。當(dāng)創(chuàng)建自由標(biāo)簽時它會變成相應(yīng)形狀。連線工具：用于在框圖程序上連接對象。如果聯(lián)機幫助的窗口被打開時，把該工具放在任一條連線上，就會顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型。對象彈出菜單工具：用左鼠標(biāo)鍵可以彈出對象的彈出式菜單.漫游工具：使用該工具就可以不需要使用滾動條而在窗口中漫游。斷點工具：

19、使用該工具在VI的框圖對象上設(shè)置斷點。探針工具：可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線上設(shè)置探針。程序調(diào)試員可以通過控 針窗口來觀察該數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)變化狀況。顏色提取工具：使用該工具來提取顏色用于編輯其他的對象。顏色工具：用來給對象定義顏色。它也顯示出對象的前景色和背景色。與上述工具模板不同，控制和功能模板只顯示頂層子模板的圖標(biāo)。在這些頂層子模板中包含許多不同的控制或功能子模板。通過這些控制或功能子模板可以找到創(chuàng)建程序所需的面板對象和框圖對象。用鼠標(biāo)點擊頂層子模板圖標(biāo)就可以展開對應(yīng)的控制或功能子模板，只需按下控制或功能子模板左上角的大頭針就可以把對這個子模板變成浮動板留在屏幕上。1.1.5 控制模板(C

20、ontrols Palette)用控制模板可以給前面板添加輸入控制和輸出顯示。每個圖標(biāo)代表一個子模板。如果控制模板不顯示，可以用Windows菜單的Show Controls Palette功能打開它，也可以在前面板的空白處，點擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板。注：只有當(dāng)打開前面板窗口時才能調(diào)用控制模板。控制模板如左圖所示，以下介紹幾個常用的模板：數(shù)值子模板：包含數(shù)值的控制和顯示。布爾值子模塊：邏輯數(shù)值的控制和顯示。數(shù)組和群子模板：復(fù)合型數(shù)據(jù)類型的控制和顯示。圖形子模板：顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的趨勢圖和曲線圖。修飾子模板：用于給前面板進(jìn)行裝飾的各種圖形對象。調(diào)用存儲在文件中的控制和顯示的接口。1.1.6 功能

21、模板(Functions Palette)功能模板是創(chuàng)建框圖程序的工具。該模板上的每一個頂層圖標(biāo)都表示一個子模板。若功能模板不出現(xiàn)，則可以用Windows菜單下的Show Functions Palette功能打開它，也可以在框圖程序窗口的空白處點擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。(注：只有打開了框圖程序窗口，才能出現(xiàn)功能模板。)功能模板如右圖所示。以下介紹幾個常用的模板：結(jié)構(gòu)子模板：包括程序控制結(jié)構(gòu)命令，例如循環(huán) 控制等，以及全局變量和局部變量。 數(shù)值運算子模板：包括各種常用的數(shù)值運算符，如+、-等；以及各種常見的數(shù)值運算式，如+1運算；還包括數(shù)制轉(zhuǎn)換、三角函數(shù)、對數(shù)、復(fù)數(shù)等運算，以及各種數(shù)值常數(shù)。

22、布爾邏輯子模板：包括各種邏輯運算符以及布爾常數(shù)。群子模板：包括群的處理函數(shù)，以及群常數(shù)等。這里的群相當(dāng)于C語言中的結(jié)構(gòu)。比較子模板：包括各種比較運算函數(shù)，如大于、小于、等于。時間和對話框子模板：包括對話框窗口、時間和出錯處理函數(shù)等。信號處理子模板：包括信號發(fā)生、時域及頻域分析功能模塊?！斑x擇VI子程序”子模板：包括一個對話框，可以選擇一個VI程序作為子程序（SUB VI）插入當(dāng)前程序中。1.1.7 Labview中的框圖程序框圖程序是由節(jié)點、端子、圖框和連線四種元素構(gòu)成的。節(jié)點類似于文本語言程序的語句、函數(shù)或者子程序。Labview有二種節(jié)點類型-函數(shù)節(jié)點和子VI節(jié)點。兩者的區(qū)別在于：函數(shù)節(jié)點

23、是Labview以編譯好了的機器代碼供用戶使用的，而子VI節(jié)點是以圖形語言形式提供給用戶的。用戶可以訪問和修改任一子VI節(jié)點的代碼，但無法對函數(shù)節(jié)點進(jìn)行修改。端子是只有一路輸入/輸出，且方向固定的節(jié)點。Labview有三類端子-前面板對象端子、全局與局部變量端子和常量端子。對象端子是數(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸?shù)慕涌?。一般來說，一個VI的前面板上的對象（控制或顯示）都在框圖中有一個對象端子與之一一對應(yīng)。當(dāng)在前面板創(chuàng)建或刪除面板對象時，可以自動創(chuàng)建或刪除相應(yīng)的對象端子。控制對象對應(yīng)的端子在框圖中是用粗框框住的。它們只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流源點。顯示對象對應(yīng)的端子在框圖中是用細(xì)框框住的

24、。圖框是Labview實現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)控制命令的圖形表示。如循環(huán)控制、條件分支控制和順序控制等，編程人員可以使用它們控制VI程序的執(zhí)行方式。代碼接口節(jié)點（CIN）是框圖程序與用戶提供的C語言文本程序的接口。連線是端口間的數(shù)據(jù)通道。它們類似于普通程序中的變量。數(shù)據(jù)是單向流動的，從源端口向一個或多個目的端口流動。不同的線型代表不同的數(shù)據(jù)類型。在彩顯上，每種數(shù)據(jù)類型還以不同的顏色予以強調(diào)。當(dāng)需要連接兩個端子時，在第一個端子上點擊連線工具（從工具模板欄調(diào)用），然后移動到另一個端子，再點擊第二個端子。端子的先后次序不影響數(shù)據(jù)流動的方向。當(dāng)把連線工具放在端子上時，該端子區(qū)域?qū)W爍，表示連線將會接通該端子。當(dāng)

25、把連線工具從一個端口接到另一個端口時，不需要按住鼠標(biāo)鍵。當(dāng)需要連線轉(zhuǎn)彎時，點擊一次鼠標(biāo)鍵，即可以正交垂直方向地彎曲連線，按空格鍵可以改變轉(zhuǎn)角的方2.虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計思想虛擬儀器通過底層設(shè)備驅(qū)動軟件與真實的儀器系統(tǒng)進(jìn)行通訊,并以虛擬儀器面板的形式在計算機屏幕上顯示與真實儀器面板操作元素相對應(yīng)的各種控鍵. 虛擬信號發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波和三角波等信號,根據(jù)需要,可調(diào)節(jié)其中面板上的控鍵,改變信號的頻率、幅度與相位,并可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲,所有信號發(fā)生的結(jié)果都可以通過軟件設(shè)計的虛擬面板顯示.2 虛擬信號發(fā)生器的軟件設(shè)計2.1前面板的設(shè)計根據(jù)傳統(tǒng)信號發(fā)生器面板控鍵的功能,利用Labview 中的控制模

26、板,分別在設(shè)計面板上放入模擬實際信號發(fā)生器控鍵的數(shù)據(jù)輸入控鍵、顯示器、數(shù)據(jù)輸出控件、開關(guān)、選擇器. 顯示器用于顯示輸出的信號波形,數(shù)據(jù)輸入控鍵用于輸出信號的信號頻率、采樣頻率、采樣數(shù)、振幅和相位,數(shù)據(jù)輸出控鍵則用于選擇信號類型.打開Labview 前面板編輯窗口,點擊鼠標(biāo)右鍵,顯示控制模板,選擇Graph > > Waveform Graph ,作為信號發(fā)生器的顯示器. 在顯示器模板上點擊鼠標(biāo)右鍵,對其進(jìn)行屬性設(shè)置,如根據(jù)被顯示波形的頻率與幅度值的變化,利用工具模板中的文字工具,對顯示器橫(時間) 、縱(幅度) 坐標(biāo)的刻度重新設(shè)置. 用Graph 控鍵設(shè)計的顯示器是完全同步的,波形

27、穩(wěn)定.2.2 參數(shù)設(shè)置控件(1) 在前面板的設(shè)計窗口中,打開控制模塊執(zhí)行All cont roll s > > Numeric > > Knob 操作,得到幅值等控制旋鈕.(2) 將鼠標(biāo)移至旋鈕單擊右鍵選擇屬性( Proper2ties) 選項,在隨后彈出的對話框中的外觀(Appear2ance) 選項的標(biāo)簽中將這些旋鈕分別命名為“頻率調(diào)節(jié)”、“幅度調(diào)節(jié)”和“相位調(diào)節(jié)”等. (3) 最后定義精度. 根據(jù)頻率和幅度的數(shù)值范圍,我們將其精度定義為雙精度浮點型(DBL) . 具體操作仍然是在屬性( Properties) 選項的數(shù)據(jù)范圍(Datarange) 選項中的Repr

28、esentation 內(nèi)完成.2.3 輸出波形選擇按鈕用一個Case 結(jié)構(gòu)來控制波形的產(chǎn)生. 可以選擇輸出為正弦信號或是方波信號、三角波等. 具體操作為:在前面板的設(shè)計窗口中,打開控制模塊,執(zhí)行Almont roll ring &E num Text ring ,修改名稱為wave select (波形選擇) . 然后右鍵點擊properties 選擇Edit Items 項,在表格中添加和編輯sine wave 、t triangle 、square wave 等,并設(shè)置其先后順序.2.4 波形顯示控件這個控件用來顯示所產(chǎn)生的波形.執(zhí)行Cont rols > > Grap

29、h > > Waveform Chart 操作,調(diào)入所選圖標(biāo). 其橫軸為時間軸,縱軸為電壓軸.注意:控件參數(shù)設(shè)置應(yīng)考慮到采樣頻率fs , 信號頻率f 一個周期采樣點n 與總點數(shù)N = Samples 的關(guān)系: fs = nfx ,所以fs 的最大值應(yīng)該是被測信號頻率f s 的最大值n ,且N n.2.5 開關(guān)控件此開關(guān)用于結(jié)束運行.執(zhí)行All controls > > Boolean > > StopButton操作,調(diào)入開關(guān)按鈕,標(biāo)記為“STOP”. 。注意:在完成對虛擬儀器的前面板設(shè)計后,若需對其進(jìn)行裝飾,可以執(zhí)行All cont roll s >

30、 > Decorations操作,然后根據(jù)需要在其選項框里選擇相應(yīng)的內(nèi)容對你所設(shè)計的前面板進(jìn)行必要的修飾.2.6 流程圖的設(shè)計對于虛擬信號發(fā)生器而言,它的主要功能就是為我們提供激勵信號,所以在流程圖設(shè)計中,我們首先要選擇產(chǎn)生信號的圖標(biāo)以及用于產(chǎn)生信號的case 結(jié)構(gòu)和循環(huán)控制While 循環(huán).2.7程序圖標(biāo)的調(diào)入(1) 在流程圖設(shè)計窗口中打開( Function) 模塊,執(zhí)行All Functions > > structures > > While loop 調(diào)入While loop 循環(huán),控制程序的運行.(2) 執(zhí)行structures > > c

31、ase structures 調(diào)入case循環(huán),用于控制產(chǎn)生不同信號的運行.(3) 執(zhí)行All Functions > > Analyze > > Signal Processing > > Signal Generation 操作, 分別調(diào)入Triangle Wave. vi (三角波) 、Sine Wave. vi (正弦波) 、Square Wave. vi (方波)等圖標(biāo).(4) 執(zhí)行All Functions > > Numeric > > Multi2ple/ Add 分別調(diào)入乘法器和加法器.2.8程序設(shè)計(1) 頻率設(shè)置

32、. 在模擬電路范圍,信號頻率以Hz或周期來測量,但是在數(shù)字系統(tǒng)中我們使用數(shù)字頻率,它是模擬頻率和采樣頻率之比,如下所示:數(shù)字頻率= 模擬頻率/ 采樣頻率采樣間隔也是信號產(chǎn)生的必要條件,在遵循抽樣定理的基礎(chǔ)上,我們需要給出采樣頻率和采樣點數(shù),用以產(chǎn)生信號. 數(shù)字頻率由除法器的輸出提供,該除法器完成了信號頻率和采樣頻率之比的運算,將所需要的數(shù)字頻率輸出送給信號發(fā)生圖標(biāo). 3.虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的硬件構(gòu)成 本虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的輸入輸出的硬件部分為一數(shù)據(jù)采集卡和具有一定配置要求的PC機，數(shù)據(jù)的輸入輸出靠對數(shù)據(jù)采集卡輸出輸入口的定義來實現(xiàn)。本設(shè)計采用的PCI-1200數(shù)據(jù)采集卡是一塊性價比較好的產(chǎn)品，

33、具備數(shù)/模轉(zhuǎn)換的功能，能將產(chǎn)生的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號且數(shù)模轉(zhuǎn)換精度高，而且還具備濾波功能，從而使輸出波形光滑。它支持單極和雙極性模擬信號輸入，信號輸入范圍分別為-5+5V和010V。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、24線的TTL型數(shù)字I/O、3個16位的定時計數(shù)器等多種功能。硬件接口部分用于數(shù)據(jù)輸入或輸出時的通道設(shè)置。4.虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的實現(xiàn) 軟件部分采用專業(yè)的Labview7.0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(dāng)中，通過設(shè)置緩沖區(qū)的

34、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。4.1數(shù)字波形產(chǎn)生模塊 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

35、賦值，這樣執(zhí)行一次For循環(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(fù)執(zhí)行，就可以連續(xù)輸出正弦波.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(xué)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。4.2 頻率單位變化控制模塊 當(dāng)輸出頻率動態(tài)范圍較大時，用單個旋轉(zhuǎn)按鈕控制時，由于旋轉(zhuǎn)一個很小的角度就會產(chǎn)生較大的頻率變動，給頻率的準(zhǔn)確設(shè)置帶來了

36、較大困難，通過使用一個旋鈕和頻率倍乘相結(jié)合，可大大提高頻率的輸出控制精度。為了提高頻率的輸出控制精度，在本次的設(shè)計當(dāng)中，通過使用頻率單位變化控制模塊，使輸出控制精度可達(dá)到0.001Hz。5. 信號發(fā)生的具體實現(xiàn)在前面已經(jīng)對發(fā)生器的設(shè)計作了介紹，首先做的是正弦波發(fā)生器，依次是方波，鋸齒波,三角波發(fā)生器。5.1 虛擬正弦波發(fā)生器的設(shè)計5.1.1 功能描述該虛擬正弦信號發(fā)生器可產(chǎn)生正弦信號。指標(biāo)為:頻率范圍:1 Hz10000 Hz ,可選;初始相位:0° 180°,可選;幅值:1V510V, 可選;生成波形的總點數(shù): N =8512 , 可選。5.1.2設(shè)計步驟 1. 正弦波發(fā)

37、生器前面板的設(shè)計（1）五個輸入型數(shù)字控件。五個輸入型數(shù)子控件提供使用者鍵入生成正弦波的頻率 、初始相位、幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率 。執(zhí)行Controls>>Numeric>>Digital Control 控件五次，得到五個輸入型數(shù)子控件，分別標(biāo)記為“信號頻率”、“采樣頻率”、“采樣點數(shù)”、“信號幅值”和“初始相位”。 （2）一個輸出顯示型圖形控件。輸出顯示型圖形控件用來顯示所產(chǎn)生的正弦波波形。執(zhí)行Controls>>Graph>>Waveform Graph 操作，調(diào)入圖形控件Graph 。其橫軸為時間軸。應(yīng)考慮到生成信號頻率跨度大，在0.

38、1 Hz10K Hz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s0.1ms范圍內(nèi)；行成信號幅值的范圍應(yīng)充滿整個顯示畫面，故選用“ Graph”顯示器。（3）兩個開關(guān)控件。執(zhí)行Controls>>Boolean>>Vertical Switch操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為“復(fù)位相位”。執(zhí)行Controls>>Boolean>>Labeled Round Button操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為“OFF”。如下圖： 圖5.1.1虛擬正弦波發(fā)生器前面板的設(shè)計（正弦波發(fā)生器前面板包括五個輸入型數(shù)子控件：正弦波的信號頻率 、初始相位、信號幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻

39、率，及STOP控件，復(fù)位控件和正弦波發(fā)生器）2正弦波發(fā)生器流程圖的設(shè)計（1）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Structures>>While Loop操作，調(diào)入 While在這一部分，系統(tǒng)完成了對信號的生成和預(yù)覽，但是要將信號送出去就必須將信號發(fā)送的循環(huán)結(jié)構(gòu)。執(zhí)行Functions>>numeric四次，可以分別放置一個除法器，一個倒數(shù)器及兩個常數(shù)0和10。（2）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Signal Processing>>signal Generation>>Sine Wave. vi操作,可調(diào)入Sin

40、e Wave. vi圖標(biāo)。（3）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Cluster>>Bundle操作，調(diào)入Bundle圖標(biāo)。（4）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Time Dialog>>Wait操作，調(diào)入時鐘圖標(biāo)。（5）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Boolean>>Not操作，調(diào)入Not圖標(biāo)。注：所需的數(shù)字頻率由除法器的輸出提供，該除法器完成信號頻率與采樣頻率之比的運算，同時將采樣頻率取倒數(shù)轉(zhuǎn)換為采樣間隔，給出正弦波形的采樣間隔，便于顯示。如下圖：圖5.1.2 虛擬正弦波發(fā)生器流程圖的設(shè)計（流程圖包括：除法

41、器，倒數(shù)器，正弦波發(fā)生器，常數(shù)0和10，正弦信號發(fā)生器，時鐘圖標(biāo)，Not圖標(biāo)）3. 正弦波運行結(jié)果單擊運行快捷按鈕，檢驗設(shè)計的功能是否已完全實現(xiàn)。設(shè)置頻率信號：0.4Hz 采樣頻率：8Hz 采樣點數(shù)：100 信號幅值：3V 初始相位：0°其值都是可選的。運行結(jié)果如下圖：圖5.1.3正弦波運行結(jié)果圖5.2虛擬方波發(fā)生器的設(shè)計虛擬方波發(fā)生器的設(shè)計和正弦波發(fā)生器的設(shè)計大體相同5.2.1 功能描述在此繼續(xù)使用正弦波的頻率范圍 初始相位 幅值 指標(biāo)為:頻率范圍:1Hz10000 Hz ,可選;初始相位:0° 180°,可選;幅值:1V510V, 可選;生成波形的總點數(shù): N

42、 =8512 , 可選。5.2.2設(shè)計步驟 1.方波信號發(fā)生器的前面板設(shè)計方波信號發(fā)生器的前面板設(shè)計過程和正弦信號發(fā)生器的前面板設(shè)計大體相同。（1）五個輸入型數(shù)字控件。五個輸入型數(shù)子控件提供使用者鍵入生成方波的頻率 、初始相位、幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率 。執(zhí)行Controls>>Numeric>>Digital Control 控件五次，得到五個輸入型數(shù)子控件，分別標(biāo)記為“信號頻率”、“采樣頻率”、“采樣點數(shù)”、“信號幅值”和“初始相位”。如下圖所示（2）一個輸出顯示型圖形控件。輸出顯示型圖形控件用來顯示所產(chǎn)生的方波形。執(zhí)行Controls>>Graph

43、>>Waveform Graph 操作，調(diào)入圖形控件Graph 。其橫軸為時間軸。應(yīng)考慮到生成信號頻率跨度大，在0.1Hz10KHz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s0.1ms范圍內(nèi)；行成信號幅值的范圍應(yīng)充滿整個顯示畫面，故選用“ Graph”顯示器。（3）兩個開關(guān)控件。執(zhí)行Controls>>Boolean>>Vertical Switch操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為“復(fù)位相位”。執(zhí)行Controls>>Boolean>>Labeled Round Button操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為“OFF”。如下圖圖5.2.1虛擬方波發(fā)生

44、器前面板的設(shè)計（方波發(fā)生器前面板包括五個輸入型數(shù)子控件：方波的信號頻率 、初始相位、信號幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率，及STOP控件，復(fù)位控件和方波發(fā)生器）2方波信號發(fā)生器流程圖設(shè)計（1）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Structures>>While Loop操作，調(diào)入 While在這一部分，系統(tǒng)完成了對信號的生成和預(yù)覽，但是要將信號送出去就必須將信號發(fā)送的循環(huán)結(jié)構(gòu)。執(zhí)行Functions>>numeric四次，可以分別放置一個除法器，一個倒數(shù)器及兩個常數(shù)0和10。（2）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Signal Processin

45、g>>signal Generation>>Sine Wave. vi操作,可調(diào)入Sine Wave. vi圖標(biāo)。（3）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Cluster>>Bundle操作，調(diào)入Bundle圖標(biāo)。（4）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Time Dialog>>Wait操作，調(diào)入時鐘圖標(biāo)。（5）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Boolean>>Not操作，調(diào)入Not圖標(biāo)。注：所需的數(shù)字頻率由除法器的輸出提供，該除法器完成信號頻率與采樣頻率之比的運算，同時將采樣頻率取倒數(shù)轉(zhuǎn)換為

46、采樣間隔，給出方波形的采樣間隔，便于顯示。如下圖：圖5.2.2 虛擬方波發(fā)生器流程圖的設(shè)計（流程圖包括：除法器，倒數(shù)器，方波發(fā)生器，常數(shù)0和10，方波信號發(fā)生器，時鐘圖標(biāo)，Not圖標(biāo)）3. 方波運行結(jié)果單擊運行快捷按鈕，檢驗設(shè)計的功能已完全實現(xiàn)。設(shè)置頻率信號：0.8Hz 采樣頻率：10Hz 采樣點數(shù)：200 信號幅值：5V 初始相位：0°其值都是可選的。運行結(jié)果如下圖：圖5.2.3方波運行結(jié)果圖5.3虛擬鋸齒波發(fā)生器的設(shè)計虛擬鋸齒波發(fā)生器的設(shè)計和正弦波.方波發(fā)生器的設(shè)計大體相同。5.3.1 功能描述:該虛擬鋸齒波信號發(fā)生器可產(chǎn)生鋸齒波信號。指標(biāo)為:頻率范圍:1Hz10000 Hz ,

47、可選;初始相位:0° 180°,可選;幅值:1V510V, 可選;生成波形的總點數(shù): N =8512 , 可選5.3.2設(shè)計步驟 1. 鋸齒波信號發(fā)生器的前面板設(shè)計鋸齒波信號發(fā)生器的前面板設(shè)計過程也是和正弦信號發(fā)生器.方波信號發(fā)生器的前面板設(shè)計一樣，具體設(shè)計過程如下：（1）五個輸入型數(shù)字控件。五個輸入型數(shù)子控件提供使用者鍵入生成鋸齒波的頻率 、初始相位、幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率 。執(zhí)行Controls>>Numeric>>Digital Control 控件五次，得到五個輸入型數(shù)子控件，分別標(biāo)記為“信號頻率”、“采樣頻率”、“采樣點數(shù)”、“信號幅

48、值”和“初始相位”。（2）一個輸出顯示型圖形控件。輸出顯示型圖形控件用來顯示所產(chǎn)生的鋸齒波形。執(zhí)行Controls>>Graph>>Waveform Graph 操作，調(diào)入圖形控件Graph 。其橫軸為時間軸。應(yīng)考慮到生成信號頻率跨度大，在0.1Hz10KHz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s0.1ms范圍內(nèi)；行成信號幅值的范圍應(yīng)充滿整個顯示畫面，故選用“ Graph”顯示器。（3）兩個開關(guān)控件。執(zhí)行Controls>>Boolean>>Vertical Switch操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為“復(fù)位相位”。執(zhí)行Controls>>B

49、oolean>>Labeled Round Button操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為“OFF”。如下圖圖5.3.1虛擬鋸齒波發(fā)生器前面板的設(shè)計（鋸齒波發(fā)生器前面板包括五個輸入型數(shù)子控件：鋸齒波的信號頻率 、初始相位、信號幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率，及STOP控件，復(fù)位控件和鋸齒波發(fā)生器）2鋸齒波發(fā)生器流程圖設(shè)計（1）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Structures>>While Loop操作，調(diào)入 While在這一部分，系統(tǒng)完成了對信號的生成和預(yù)覽，但是要將信號送出去就必須將信號發(fā)送的循環(huán)結(jié)構(gòu)。執(zhí)行Functions>>numeric

50、四次，可以分別放置一個除法器，一個倒數(shù)器及兩個常數(shù)0和10。（2）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Signal Processing>>signal Generation>>Sine Wave. vi操作,可調(diào)入Sine Wave. vi圖標(biāo)。（3）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Cluster>>Bundle操作，調(diào)入Bundle圖標(biāo)。（4）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Time Dialog>>Wait操作，調(diào)入時鐘圖標(biāo)。（5）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Boolean&g

51、t;>Not操作，調(diào)入Not圖標(biāo)。注：所需的數(shù)字頻率由除法器的輸出提供，該除法器完成信號頻率與采樣頻率之比的運算，同時將采樣頻率取倒數(shù)轉(zhuǎn)換為采樣間隔，給出鋸齒波形的采樣間隔，便于顯示。如下圖：圖5.3.2 虛擬鋸齒波發(fā)生器流程圖的設(shè)計（流程圖包括：除法器，倒數(shù)器，鋸齒波發(fā)生器，常數(shù)0和10，鋸齒波信號發(fā)生器，時鐘圖標(biāo)，Not圖標(biāo)）3. 鋸齒波運行結(jié)果單擊運行快捷按鈕，檢驗設(shè)計的功能已完全實現(xiàn)。設(shè)置頻率信號：0.7Hz 采樣頻率：15Hz 采樣點數(shù)：150 信號幅值：6V 初始相位：0°其值都是可選的。鋸齒波發(fā)生器運行結(jié)果如下圖所示： 圖5.3.3鋸齒波運行結(jié)果圖5.4 虛擬三角

52、波發(fā)生器的設(shè)計虛擬三角波發(fā)生器的設(shè)計和正弦波.方波. 鋸齒波發(fā)生器的設(shè)計一樣. 5.4.1 功能描述: 該虛擬三角波信號發(fā)生器可產(chǎn)生三角波信號。指標(biāo)為:頻率范圍:1Hz10000 Hz ,可選;初始相位:0° 180°,可選;幅值:1V510V, 可選;生成波形的總點數(shù): N =8512 , 可選5.4.2設(shè)計步驟 1. 三角波信號發(fā)生器的前面板設(shè)計三角波信號發(fā)生器的前面板設(shè)計過程也是和正弦信號發(fā)生器.方波信號發(fā)生器 鋸齒波發(fā)生器的前面板設(shè)計一樣，具體設(shè)計過程如下：（1）五個輸入型數(shù)字控件。五個輸入型數(shù)子控件提供使用者鍵入生成三角波的頻率 、初始相位、幅值、總采樣點數(shù)N與采

53、樣頻率 。執(zhí)行Controls>>Numeric>>Digital Control 控件五次，得到五個輸入型數(shù)子控件，分別標(biāo)記為“信號頻率”、“采樣頻率”、“采樣點數(shù)”、“信號幅值”和“初始相位”。（2）一個輸出顯示型圖形控件。輸出顯示型圖形控件用來顯示所產(chǎn)生的三角波形。執(zhí)行Controls>>Graph>>Waveform Graph 操作，調(diào)入圖形控件Graph 。其橫軸為時間軸。應(yīng)考慮到生成信號頻率跨度大，在0.1Hz10KHz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s0.1ms范圍內(nèi)；行成信號幅值的范圍應(yīng)充滿整個顯示畫面，故選用“ Graph”顯示

54、器。（3）兩個開關(guān)控件。執(zhí)行Controls>>Boolean>>Vertical Switch操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為“復(fù)位相位”。執(zhí)行Controls>>Boolean>>Labeled Round Button操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件。如下圖所示：圖5.4.1虛擬三角波發(fā)生器前面板的設(shè)計（三角波發(fā)生器前面板包括五個輸入型數(shù)子控件：三角波的信號頻率 、初始相位、信號幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率，及STOP控件，復(fù)位控件和三角波發(fā)生器）2三角波發(fā)生器流程圖設(shè)計（1）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Structures>

55、>While Loop操作，調(diào)入 While在這一部分，系統(tǒng)完成了對信號的生成和預(yù)覽，但是要將信號送出去就必須將信號發(fā)送的循環(huán)結(jié)構(gòu)。執(zhí)行Functions>>numeric四次，可以分別放置一個除法器，一個倒數(shù)器及兩個常數(shù)0和10。（2）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Signal Processing>>signal Generation>>Sine Wave. vi操作,可調(diào)入Sine Wave. vi圖標(biāo)。（3）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Cluster>>Bundle操作，調(diào)入Bundle圖標(biāo)。（4）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Time Dialog>>Wait操作，調(diào)入時鐘圖標(biāo)。（5）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Bool