信號(hào)發(fā)生器報(bào)告

PAGE2PAGE5基于虛擬儀器的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)【摘要】虛擬儀器是將儀器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、總線技術(shù)和軟件技術(shù)緊密的融合在一起，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)字處理能力實(shí)現(xiàn)儀器的大部分功能，打破了傳統(tǒng)儀器的框架，形成的一種新的儀器模式。本次設(shè)計(jì)主要是闡述虛擬信號(hào)發(fā)生器的前面板和程序框圖的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完的信號(hào)發(fā)生器的功能包括能夠產(chǎn)生正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波四種信號(hào)波形；波形的頻率、幅值、相位、偏移量及占空比等參數(shù)由前面板控件實(shí)時(shí)可調(diào)?！娟P(guān)鍵詞】虛擬儀器，信號(hào)發(fā)生器，LABVIEW引言信號(hào)發(fā)生器作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)必不可少的裝置，被廣泛地應(yīng)用到教學(xué)、科研等各個(gè)領(lǐng)域。高等學(xué)校特別是理工科的教學(xué)、科研需要大量的儀器設(shè)備，例如信號(hào)源、示波器等，常用儀器都必須配置多套，但是有些儀器設(shè)備價(jià)格昂貴，如果按照傳統(tǒng)模式新建或者改造實(shí)驗(yàn)室投資巨大，造成許多學(xué)校儀器設(shè)備缺乏或過時(shí)陳舊，嚴(yán)重影響教學(xué)科研。如果運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)，代替常規(guī)儀器、儀表，不但可以滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要、節(jié)約大量的經(jīng)費(fèi)、降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的成本，而且能夠提高教學(xué)科研的質(zhì)量與效率。1．信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展信號(hào)發(fā)生器是一種悠久的測(cè)量?jī)x器，早在20年代電子設(shè)備剛出現(xiàn)時(shí)它就產(chǎn)生了。隨著通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，40年代出現(xiàn)了主要用于測(cè)試各種接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，使信號(hào)發(fā)生器從定性分析的測(cè)試儀器發(fā)展成定量分析的測(cè)量?jī)x器。同時(shí)還出現(xiàn)了可用來測(cè)量脈沖電路或用作脈沖調(diào)制器的脈沖信號(hào)發(fā)生器。由于早期的信號(hào)發(fā)生器機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，功率比較大，電路比較簡(jiǎn)單，因此發(fā)展速度比較慢。直到1964年才出現(xiàn)第一臺(tái)全晶體管的信號(hào)發(fā)生器。自60年代以來信號(hào)發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器，這個(gè)時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且僅能產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡(jiǎn)單波形，由于模擬電路的漂移較大，使其輸出的波形的幅度穩(wěn)定性差，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。自從70年代微處理器出現(xiàn)以后，利用微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，硬件和軟件使信號(hào)發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生比較復(fù)雜的波形。這時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì)DAC的程序控制，就可以得到各種簡(jiǎn)單的波形。軟件控制波形的一個(gè)最大缺點(diǎn)就是輸出波形的頻率低，這主要是由CPU的工作速度決定的，如果想提高頻率可以改進(jìn)軟件程序減少其執(zhí)行周期時(shí)間或提高CPU的時(shí)鐘周期，但這些辦法是有限度的，根本的辦法還是要改進(jìn)硬件電路。隨著現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理等技術(shù)的發(fā)展，極大促進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)在電子測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用，使原有的模擬信號(hào)處理逐步被數(shù)字信號(hào)處理所代替，從而擴(kuò)充了儀器信號(hào)的處理能力，提高了信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度、精度和變換速度，克服了模擬信號(hào)處理的諸多缺點(diǎn)，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器隨之發(fā)展起來。其基本原理如圖1所示。圖1信號(hào)發(fā)生器基本原理框圖信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用非常廣泛，種類繁多。首先，信號(hào)發(fā)生器可以分通用和專用兩大類，專用信號(hào)發(fā)生器主要為了某種特殊的測(cè)量目的而研制的，如電視信號(hào)發(fā)生器、脈沖編碼信號(hào)發(fā)生器等，這種發(fā)生器的特性是受測(cè)量對(duì)象的要求所制約的。其次，信號(hào)發(fā)生器按輸出波形又可分為正弦波信號(hào)發(fā)生器、脈沖波信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和任意波發(fā)生器等。再次，按其產(chǎn)生頻率的方法又可分為諧振法和合成法兩種。一般傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器都采用諧振法，即用具有頻率選擇性的回路來產(chǎn)生正弦振蕩，來獲得所需頻率。2.虛擬儀器2.1虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和多種基礎(chǔ)學(xué)科緊密結(jié)合的產(chǎn)物。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的測(cè)試?yán)碚摗y(cè)試方法、測(cè)試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)沖破了傳統(tǒng)儀器的概念，電子測(cè)量?jī)x器的功能和作用發(fā)生了質(zhì)的變化。在此背景下，1986年美國(guó)國(guó)家儀器公司(NationalInstruments，NI)提出了虛擬儀器(VirtualInstrument，1）傳統(tǒng)儀器的面板只有一個(gè)，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。由此導(dǎo)致許多識(shí)讀和操作錯(cuò)誤。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個(gè)分面板上的操作來實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的功能。這樣，在每個(gè)分面板上就可以實(shí)現(xiàn)功能操作的單純化和面板布置的簡(jiǎn)潔化，從而提高操作的正確性和便捷性。同時(shí)，虛擬儀器的面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受標(biāo)準(zhǔn)元件和加工工藝的限制，由編程來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)用戶的要求和操作需要來設(shè)計(jì)儀器面板。2）在通用硬件平臺(tái)確定后，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。3）儀器的功能是由用戶根據(jù)需要用軟件來定義，不是事先由廠家定義的。4）儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需更新相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，不需購(gòu)買新儀器。5）虛擬儀器開放、靈活，與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。6）由于其以PC為核心，使得許多數(shù)據(jù)處理的過程不必像過去那樣由測(cè)試儀器本身來完成，而是在軟件的支持下，利用PC機(jī)CPU的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來完成，使得基于虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度、速度大為提高，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、多任務(wù)測(cè)量。7）可方便地存貯和交換測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果的表達(dá)方式更加豐富多樣。8）虛擬儀器在高性價(jià)比的條件下，降低了系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，縮短技術(shù)更新周期。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，己經(jīng)形成了網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器。這是一種新型的基于Web技術(shù)的虛擬儀器，使得虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)成為Internet的一部分，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和管理。2.2.3虛擬儀器系統(tǒng)的組成虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。這種結(jié)合基本有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是智能化儀器。隨著計(jì)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。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)，以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。如圖3所示。圖3虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分對(duì)于傳統(tǒng)儀器，這三個(gè)部分幾乎均由硬件完成。對(duì)于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計(jì)日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，使設(shè)計(jì)工作量大大減小。通常虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)硬件組成部分是由傳感器部件、信號(hào)調(diào)理及信號(hào)采集部件、通用計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等構(gòu)成。系統(tǒng)軟件部分通常用專用的虛擬儀器開發(fā)語言編寫而成，并可通過Internet實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。2.2.4虛擬儀器I/O接口設(shè)備I/O接口設(shè)備主要用來完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換?？筛鶕?jù)實(shí)際情況采用不同的I/O接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡/板(DAQ)、GPIB總線儀器、VXI總線儀器、串口儀器、USB等。虛擬儀器的構(gòu)成主要有五種類型，如圖4所示。圖4虛擬儀器構(gòu)成方式1）DAQ(DataAcquisition)數(shù)據(jù)采集卡是指基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線(如ISA、PCI、USB等)的內(nèi)置功能插卡。其中USB是最新技術(shù)的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點(diǎn)，它更加充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測(cè)試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性；利用DAQ卡可方便快速地構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)。在性能上，隨著A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，濾波技術(shù)和信號(hào)調(diào)理技術(shù)的發(fā)展，DAQ卡的采樣速率已達(dá)1GB/s，精度高達(dá)24位，通道數(shù)高達(dá)64個(gè)，并具有數(shù)字I/O，模擬I/O和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器等通道。各儀器廠家生產(chǎn)了大量的DAQ卡功能模塊供用戶選擇，如示波器、串行數(shù)據(jù)分析儀、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、任意波形發(fā)生器等。在計(jì)算機(jī)上掛接多個(gè)DAQ功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可以構(gòu)成一臺(tái)具有多功能的測(cè)試儀器。這種基于計(jì)算機(jī)的儀器，既具有高檔儀器的測(cè)量品質(zhì)，又能滿足測(cè)量需求的多樣性。對(duì)我國(guó)大多數(shù)用戶來說，它具有很高的性價(jià)比，是一種特別適合我國(guó)國(guó)情的虛擬儀器方案。2）GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)通用接口總線，是計(jì)算機(jī)和儀器的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。GPIB的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議以納入國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE-488.1和IEEE-488.2，它是最早的儀器總線，目前多數(shù)儀器都配備了遵循IEEE-488的GPIB接口。典型的GPIB測(cè)試系統(tǒng)包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)，一塊基于GPIB總線的接口卡和多臺(tái)GPBI儀器軟件及相應(yīng)的傳感模塊硬件。每臺(tái)GPIB儀器有單獨(dú)的地址，由計(jì)算機(jī)控制操作。系統(tǒng)中的儀器可以增加、減少或更換，只需對(duì)計(jì)算機(jī)的控制軟件作相應(yīng)的改動(dòng)。基于GPIB總線結(jié)構(gòu)的接口卡數(shù)據(jù)傳輸速率一般低于500kb/s，不適合對(duì)系統(tǒng)速度要求較高的應(yīng)用。3）VXI(VMEbuseXtensionforInstrumentation)是VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，上個(gè)世紀(jì)1993年VXI總線1.4版本被批準(zhǔn)為IEEE-1155標(biāo)準(zhǔn)，成為開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。儀器專用總線在吸收IEEE-488的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加了10MHz時(shí)鐘線、模擬和數(shù)字混合總線、星形總線等高速總線，定時(shí)關(guān)系嚴(yán)格，兼有計(jì)算機(jī)總線和儀器總線的優(yōu)點(diǎn)。4）PXI(PCIeXtensionForInstrumentation)是CompactPCI總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是NI公司于1997年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。其核心是CompactPCI結(jié)構(gòu)和MicrosoftWindows軟件。PXI是在PCI內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。PXI增加了用于多個(gè)板卡同步的觸發(fā)總線和10MHz參考時(shí)鐘，用于精確定時(shí)的星形觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等，來滿足實(shí)驗(yàn)和用戶的要求。5）串口系統(tǒng)是以Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器精簡(jiǎn)平臺(tái)組成的虛擬測(cè)試系統(tǒng)。RS-232總線是早期采用的通用串行總線，將帶有RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器作為I/O接口設(shè)備，通過RS-232串口總線與計(jì)算機(jī)組成虛擬儀器系統(tǒng)目前仍然是虛擬儀器構(gòu)成方式之一，主要適用于速度較低的測(cè)試系統(tǒng)。2.2.5虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，其軟件基本結(jié)構(gòu)如圖5所示。用戶可以采用各種編程軟件來開發(fā)自己所需要的應(yīng)用軟件。以美國(guó)NI公司的軟件產(chǎn)品LABVIEW和LabWindows/CVI為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺(tái)是當(dāng)前流行的集成化開發(fā)工具。這些軟件開發(fā)平臺(tái)提供了強(qiáng)大的儀器軟面板設(shè)計(jì)工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件的驅(qū)動(dòng)程序模塊，簡(jiǎn)化了虛擬儀器的設(shè)計(jì)工作。隨著軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)的模塊化、復(fù)用化以及各種硬件儀器驅(qū)動(dòng)軟件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，虛擬儀器軟件開發(fā)將變得更加快速、方便。圖5虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)2.3虛擬儀器的開發(fā)軟件2.3.1虛擬儀器的開發(fā)語言虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有：標(biāo)準(zhǔn)C、VisualC++、VisualBasic等通用程序開發(fā)語言。但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當(dāng)難度的，除了要花大量時(shí)間進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)外，還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和底層控制程序。這些工作對(duì)于那些不熟悉這方面知識(shí)的工程設(shè)計(jì)人員來說，需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力，這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能。除了通用程序開發(fā)語言以外，還有一些專用的虛擬儀器開發(fā)語言和軟件，其中有影響的開發(fā)軟件有：NI公司的LABVIEW和LabWindows/CVI。LABVIEW采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件。LabWindows/CVI是為熟悉C語言的開發(fā)人員準(zhǔn)備的，是在Windows環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)ANSIC開發(fā)環(huán)境。除此以外還有HP公司的HP-VEE，HP-TIG開發(fā)平臺(tái)，美國(guó)Tektronix公司的Ez-Test，Tek-TNS平臺(tái)軟件，這些都是國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)秀的虛擬儀器開發(fā)軟件平臺(tái)。2.3.2圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)——LABVIEWLABVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineering)是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用TCP/PI、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)，是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，圖形化的界面使得編程及使用過程都更加形象化。傳統(tǒng)的文本式編程是一種順序的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)者必須寫出執(zhí)行的語句。而LABVIEW是基于數(shù)據(jù)流的工作方式，同時(shí)也是基于圖形化的編程，這使得設(shè)計(jì)者不必掌握大量的編程語言和程序設(shè)計(jì)技巧便可設(shè)計(jì)出虛擬儀器系統(tǒng)。目前，在以PC機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)試和工控軟件中，LABVIEW的市場(chǎng)普及率僅次于C++/C語言。LABVIEW具有一系列無與倫比的優(yōu)點(diǎn)：首先，LABVIEW作為圖形化語言編程，采用流程圖式的編程，運(yùn)用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過程和思維過程非常相似；同時(shí)，LABVIEW提供了豐富的VI庫(kù)和儀器面板素材庫(kù)，近600種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，如GPIB設(shè)備控制、VXI總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ)；并且LABVIEW還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設(shè)置斷點(diǎn)，調(diào)試過程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動(dòng)態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，更加便于程序的調(diào)試。因此，LABVIEW受到越來越多工程師和科學(xué)家的青睞。利用LABVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32編譯器。像許多通用的軟件一樣，LABVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、MacintoshOS等多種版本。2.3.3基于LABVIEW平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì)所有的LABVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器(VI)，它包括前面板(FrontPanel)、流程圖(BlockDiagram)以及圖標(biāo)/連結(jié)器(Icon/Connector)三部分。1）前面板：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(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。但并非畫出兩個(gè)控件后程序就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的流程圖。2）流程圖：流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對(duì)VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件連線端子，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。如果將VI與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對(duì)應(yīng)的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線端子相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器箱內(nèi)的硬件電路。在許多情況下，使用VI可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無幾[14]。這種設(shè)計(jì)思想的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩方面：（1）類似流程圖的設(shè)計(jì)思想，很容易被工程人員接受和掌握，特別是那些沒有很多程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程人員。（2）設(shè)計(jì)的思路和運(yùn)行過程清晰而且直觀。如通過使用數(shù)據(jù)探針、高亮執(zhí)行調(diào)試等多種方法，程序以較慢的速度運(yùn)行，使沒有執(zhí)行的代碼顯示灰色，執(zhí)行后的代碼會(huì)高亮顯示，同時(shí)在線顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值，完全跟蹤數(shù)據(jù)流的運(yùn)行。這為程序的調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定帶來很大的方便。3）圖標(biāo)/連接設(shè)計(jì)：這部分的設(shè)計(jì)突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設(shè)計(jì)的思想。在設(shè)計(jì)大型自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)一步完成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)有難度的。而在LABVIEW中提供的圖標(biāo)/連接工具正是為實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)而準(zhǔn)備的。設(shè)計(jì)者可把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)都可完成一定的功能。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)思路清晰，給設(shè)計(jì)者調(diào)試程序帶來了諸多的方便。同時(shí)也對(duì)于將來系統(tǒng)的維護(hù)提供了便利。（2）一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)子系統(tǒng)都是一個(gè)完整的功能模塊，這樣把測(cè)試功能細(xì)節(jié)化，便于實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用，大大節(jié)省軟件研發(fā)周期，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。（3）便于實(shí)現(xiàn)“測(cè)試集成”和虛擬儀器庫(kù)的思想。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)虛擬儀器設(shè)計(jì)的靈活性提供了前提。2.4虛擬儀器的發(fā)展方向虛擬儀器作為新興的儀器儀表，其優(yōu)勢(shì)在于用戶可自行定義儀器的功能和結(jié)構(gòu)等，且構(gòu)建容易、轉(zhuǎn)換靈活，它已廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、聲學(xué)分析、故障診斷、航天航空、機(jī)械工程、建筑工程、鐵路交通、生物醫(yī)療、教學(xué)及科研等諸多方面。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，給虛擬儀器的發(fā)展提供了廣闊的天地，國(guó)內(nèi)外儀器界正看中這個(gè)大市場(chǎng)。測(cè)控儀器將會(huì)向高效、高速、高精度和高可靠性以及自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。開放式數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)將使虛擬儀器走上標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化和模塊化的道路[15]。虛擬儀器作為教學(xué)的新手段，已慢慢地走進(jìn)了電子技術(shù)的課堂和實(shí)驗(yàn)室，正逐漸改變著電子技術(shù)教學(xué)的傳統(tǒng)模式，這也是現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的必然。在電工電子實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中，實(shí)驗(yàn)室常規(guī)設(shè)備有的已經(jīng)老化，有的技術(shù)上有些落后，在當(dāng)前學(xué)校經(jīng)費(fèi)較少的情況下，如果配置常規(guī)儀器、儀表，學(xué)校財(cái)力難以支付，也不符合目前學(xué)校的實(shí)際。而且，隨著測(cè)試儀器的數(shù)字化、計(jì)算機(jī)化的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)測(cè)試儀器漸漸有被取代的趨勢(shì)。如果運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)，以微機(jī)為基礎(chǔ)，構(gòu)建集成化測(cè)試平臺(tái)，代替常規(guī)儀器、儀表，不但滿足電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，而且將這批微機(jī)可作為其他有關(guān)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)用機(jī)，大大提高了設(shè)備利用率，降低了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的成本。當(dāng)前應(yīng)該解決的是如何使虛擬儀器和現(xiàn)有儀器配合，挖掘現(xiàn)有儀器的潛力，達(dá)到逐步淘汰和取代傳統(tǒng)儀器的目的。總之，虛擬儀器有很廣闊的發(fā)展空間，并最終要取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，成為測(cè)量、分析、控制、自動(dòng)化儀表的核心。3.課題要求3.1編寫LABVIEW仿真信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)程序，要求（1）編寫LABVIEW仿真信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)程序，要求可以產(chǎn)生方波（占空比可調(diào)）、正弦波、三角波、鋸齒波等多種波形，且要求各種波形的參數(shù)可調(diào)。可控。頻率調(diào)節(jié)范圍不小于20HZ~300HZ。（2）寫程序?qū)Ω鞣N波形的有效值、全波平均值、峰值等進(jìn)行測(cè)量，在全波平均值測(cè)量時(shí)要注意程序編寫過程。同時(shí)記錄各種關(guān)鍵的試驗(yàn)程序和實(shí)驗(yàn)波形并說明。（3）界面要求：參數(shù)控制、控制按鈕、波形顯示。（4）觀察仿真結(jié)果并進(jìn)行分析。（5）對(duì)該虛擬信號(hào)源進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。4.課題要點(diǎn)和指導(dǎo)4.1信號(hào)發(fā)生器的基本組成 雖然各類信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)的方法及功能各有不同，但基本的構(gòu)成一般都可用圖6的框圖描述。下面對(duì)框圖中各個(gè)部分做扼要介紹。輸出級(jí)輸出級(jí)指示器變換器電源振蕩器調(diào)制器圖6信號(hào)發(fā)生器的基本構(gòu)成振蕩器：是信號(hào)發(fā)生器的核心部分，由它產(chǎn)生不同頻率、不同波形的信號(hào)產(chǎn)生不同頻段、不同波形信號(hào)的振蕩器其原理、結(jié)構(gòu)差別很大。變換器：可以是電壓放大器、功率放大器、調(diào)制器或整形器。一般其情況下，振蕩器輸出的信號(hào)都較微弱，需在該部分加以放大。此外，調(diào)幅、調(diào)頻等信號(hào)也需在這部分由調(diào)制信號(hào)對(duì)載頻加以調(diào)制，而函數(shù)發(fā)生器、振蕩器輸出的是三角波，需在這里由整形電路整形成方波或正弦波。輸出級(jí)：其基本功能是調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的電平和輸出阻抗，可以是衰減器、匹配變壓器和射極跟隨器等。指示器：用來監(jiān)視輸出信號(hào)，可以是電子電壓表、功率計(jì)、頻率計(jì)和調(diào)制度表等。有些脈沖信號(hào)發(fā)生器還附帶有簡(jiǎn)易示波器，使用時(shí)可通過指示器來調(diào)整輸出信號(hào)的頻率、幅度及其特性。通常情況下。指示器接于衰減器之前，并且由于指示儀表本身準(zhǔn)確度不高，其示值僅供參考，從輸出端輸出信號(hào)的實(shí)際特性需要用其他更準(zhǔn)確的測(cè)量?jī)x表來測(cè)量。4.2根據(jù)信號(hào)發(fā)生器的基本組成，使用LABVIEW設(shè)計(jì)虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)源的波形有正弦波、方波、三角波、鋸齒波、PWM（PulseWidthModulation）波等不同種類。信號(hào)的頻率、幅值和占空比等波形參數(shù)可按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。并了解和掌握各功能模塊對(duì)信號(hào)發(fā)生器性能的影響，掌握使用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬信號(hào)發(fā)生器的基本方法。5.LABVIEW信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)思路軟件設(shè)計(jì)是虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的核心。Labview程序由兩部分組成:前面板程序和框圖程序。整個(gè)程序基于多線程設(shè)計(jì),即前面板和系統(tǒng)程序各占用一個(gè)線程。虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的前面板如圖1所示。前面板是用戶接口,即交互式界面,用于用戶向程序中輸入各種控制參數(shù)和觀察輸出量,在前面板中,使用了各種仿真圖標(biāo),如開關(guān)、旋鈕等,并以數(shù)字或?qū)崟r(shí)趨勢(shì)圖等各種形式的輸出測(cè)試結(jié)果來模擬真實(shí)儀器的面板。前面板的設(shè)計(jì),充分發(fā)揮了Labview的特長(zhǎng),即建立了友好的人機(jī)操作界面,是虛擬信號(hào)發(fā)生器的最上層。在使用中直接通過鼠標(biāo)和鍵盤設(shè)定信號(hào)的相關(guān)參數(shù)。使用波形顯示器對(duì)輸出波形進(jìn)行觀察和測(cè)量,并且可以直接讀出信號(hào)的幅值和頻率。5.1制作過程啟動(dòng)Labview:下面開始創(chuàng)建一個(gè)VI，該VI產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)并將信號(hào)在圖形中顯示。啟動(dòng)LabVIEW后會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)窗口如下圖7所示。這個(gè)窗口可創(chuàng)建新VI、瀏覽最近打開的LabVIEW文件及尋求幫助等，新建VI既可以進(jìn)行虛擬儀器的編輯。圖7啟動(dòng)LABVIEW5.1.1信號(hào)發(fā)生器前面板設(shè)計(jì)首先在前面板需要添加一個(gè)波形顯示窗口，用于顯示產(chǎn)生的信號(hào)，由于生產(chǎn)信號(hào)的頻率、頻率檔選擇、幅值、相位、偏移量以及當(dāng)波形為矩形波時(shí)的占空比可調(diào)，所以要在前面板添加四個(gè)旋鈕控件。為了更準(zhǔn)確的輸入并實(shí)時(shí)顯示這四個(gè)旋鈕控件的具體數(shù)值，需要打開控件