基于虛擬儀器的信號發(fā)生器設(shè)計

南京信息工程大學(xué)遙控遙測技術(shù)題目：基于虛擬儀器的信號發(fā)生器設(shè)計姓名：學(xué)號：專業(yè)：電子信息工程院系：電子與信息工程學(xué)院摘要傳統(tǒng)的信號發(fā)生器其功能完全靠硬件實現(xiàn)，功能單一而且用戶的購置、維護費用高。更重要的是，對于傳統(tǒng)的信號發(fā)生器，其功能一旦確定便不能更改，用戶要想使用新的功能則必須重新購買新的儀器，傳統(tǒng)信號發(fā)生器的不足是顯而易見的。虛擬儀器是將儀器技術(shù)、計算機技術(shù)、總線技術(shù)和軟件技術(shù)緊密的融合在一起，利用計算機強大的數(shù)字處理能力實現(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。本課題完成了“虛擬信號發(fā)生器”的理論研究，在很大程度上解決了傳統(tǒng)信號發(fā)生器的諸多弊端。本文主要研究虛擬儀器在信號發(fā)生器領(lǐng)域里的軟件編程。本虛擬儀器可完成輸出多種信號波形的同時產(chǎn)生與輸出，信號輸出頻率、幅度等參數(shù)實時可調(diào)。本文研究的虛擬信號發(fā)生器主要具有如下優(yōu)點：用戶可自由定義其功能；系統(tǒng)功能升級擴充方便快捷、可與電腦等設(shè)備方便的互聯(lián)。關(guān)鍵詞:虛擬儀器,信號發(fā)生器,虛擬信號發(fā)生器,LabVIEW緒論在有關(guān)電參量的測量中，我們需要用到信號源，而信號發(fā)生器則為我們提供了在測量中所需的信號源，它可以產(chǎn)生不同頻率的正弦信號、方波、三角波、鋸齒波、正負(fù)脈沖信號、調(diào)幅信號、調(diào)頻信號和隨機信號等，其輸出信號的幅值也可以按需要進行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)信號發(fā)生器種類繁多，價格昂貴，而且儀器功能固定單一，不具備用戶對儀器進行定義及編程的功能，一個傳統(tǒng)實驗室很難同時擁有多類信號發(fā)生器，然而，基于虛擬儀器技術(shù)的信號發(fā)生器則能夠?qū)崿F(xiàn)這一要求。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、自動測試和儀器控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，促進和推動測試系統(tǒng)和儀器控制的設(shè)計方法與實現(xiàn)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化?！败浖词莾x器”已成為測試與測量技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。虛擬信號發(fā)生器就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的LabVIEW軟件來完成各種測試、測量和自動化應(yīng)用。本課題介紹了基于LabVIEW的虛擬信號發(fā)生器的研究背景和發(fā)展動態(tài),了解虛擬儀器的特點、現(xiàn)狀和實現(xiàn)方法，探索虛擬儀器的發(fā)展方向，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。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。信號發(fā)生器的設(shè)計下面將創(chuàng)建一個VI，該VI產(chǎn)生一個信號并在圖形中顯示出來。啟動labview時將出現(xiàn)下面的窗口如圖1所示。在這個窗口中可創(chuàng)建新VI、選擇最近打開的LabVIEW文件、查找范例以及打開LabVIEW幫助。圖1虛擬儀器的啟動界面LabVIEW提供內(nèi)置VI模板，包括用于創(chuàng)建常規(guī)測量應(yīng)用程序所需的子VI、函數(shù)、結(jié)構(gòu)和前面板對象。按照下列步驟，創(chuàng)建一個生成信號并在前面板中顯示該信號的VI。1、啟動LabVIEW。2、在啟動窗口中單擊新建下面的VI鏈接，顯示新建對話框。正弦波發(fā)生器的設(shè)計1、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。五次連續(xù)執(zhí)行右鍵》數(shù)值輸入控件》數(shù)值輸入控件，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)行右鍵>>圖形顯示控件>>波形圖操作，調(diào)入圖形控件。其橫軸為時間軸。應(yīng)考慮到生成信號頻率跨度大，在0.1Hz～10KHz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s～0.1ms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“波形圖”顯示器。（3）兩個開關(guān)控件。執(zhí)行右鍵>>按鈕與開關(guān)>>垂直滑動桿開關(guān)操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為“復(fù)位相位”。執(zhí)行右鍵>>按鈕與開關(guān)>>停止操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件。前面板設(shè)計完成，如下圖：2、程序框圖的設(shè)計（1）在程序框圖中執(zhí)行右鍵>>執(zhí)行過程控制>>While循環(huán)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)。（2）執(zhí)行右鍵>>算數(shù)與比較》數(shù)值四次，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。（3）在程序框圖中執(zhí)行右鍵>>信號處理>>信號生成>>正弦信號生成.vi操作,可調(diào)入正弦信號生成圖標(biāo)。（4）在程序框圖中執(zhí)行右鍵>>編程>>簇、類、變體操作，調(diào)入捆綁圖標(biāo)。（5）在程序框圖流程圖中執(zhí)行右鍵>>執(zhí)行過程控制>>時間延遲操作，調(diào)入時鐘圖標(biāo)。（6）在程序框圖中執(zhí)行右鍵>>算術(shù)與比較>>布爾操作，調(diào)入非圖標(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：正弦信號發(fā)生器程序框圖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：10Hz采樣頻率：100Hz采樣點數(shù)：100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：正弦信號發(fā)生器前面板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:1Hz～10000Hz,可選;初始相位:0°～180°,可選;幅值:1V～510V,可選;生成波形的總點數(shù):N=8～512,可選。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。設(shè)計出來的前面板和程序框圖分別如下圖所示：前面板：取信號頻率0.8Hz，采樣頻率10Hz，采樣點數(shù)200，信號幅值5V，初始相位0°方波信號發(fā)生器前面板結(jié)束語：虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。世界各國的工程師和科學(xué)家們都已將NILabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計周期的各個環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場的時間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的