基于LabVIEW的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

1、基于labview的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)摘要：虛擬儀器（virtual instrument）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。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。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(lái)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(gè)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是美國(guó) ni 公司的 labview。 關(guān)鍵字：虛擬儀器；labview；函數(shù)信

2、號(hào)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(lái)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(jì)虛擬函數(shù)發(fā)生器，使虛擬函數(shù)發(fā)生器對(duì)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(yàn)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(yǔ)言，可以用來(lái)創(chuàng)建通用的應(yīng)用程序。labview在測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化等領(lǐng)域具有更大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)為后期的數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲(chǔ)等提供了大量的工具與函數(shù)2。虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在仿真實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，簡(jiǎn)單介紹下通用多波形虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的在仿真實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，按照

4、信號(hào)與系統(tǒng)課程中，信號(hào)的加，減，乘，除等幾種不同的運(yùn)算，我們可以通過(guò)虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器對(duì)這幾種運(yùn)算進(jìn)行驗(yàn)證和簡(jiǎn)單研究。本文將簡(jiǎn)單介紹基于labview上的虛擬函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)外研究歷史、發(fā)展動(dòng)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(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)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(jí)的計(jì)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(jì)算機(jī)上推出了labview2.0 以前的版本5。對(duì)虛擬儀器和 labvi

5、ew長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究開(kāi)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(duì)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(jì)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(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)性能不可能太高7。目前作為計(jì)算機(jī)化儀器的一個(gè)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(gè)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(méi)有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計(jì)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(jì)算機(jī)相連，就組成了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。vxi 儀器價(jià)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(jì)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(guó)ni公司的labview是圖形化編程工具，它可以通過(guò)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(guò)三種編程

7、語(yǔ)言visual c+,visual basic,labviews/cvi構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)，它充分利用計(jì)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(wú)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(jià)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(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置，它們把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上，通?？梢酝瓿筛鞣N測(cè)量測(cè)試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計(jì)、數(shù)字萬(wàn)用表、功率計(jì)、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)

8、記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。美國(guó)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(jì)算機(jī)相連，方便野外作業(yè)，又可與臺(tái)式pc機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用，非常方便。由于其價(jià)格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門(mén)和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)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(cè)量獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，典型的gpib系統(tǒng)由一臺(tái)pc機(jī)、一塊gpib接口卡和若干臺(tái)gpib形式的儀器通過(guò)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(tái)儀器，電纜長(zhǎng)度可達(dá)40米。gpib技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)儀器組合起來(lái)，形成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。gpib測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用于臺(tái)式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用。四、vxi總線方式虛擬儀器vxi總線是一種高速計(jì)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(kāi)放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)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(guò)十多年的發(fā)展，vxi系統(tǒng)的組建和使用越來(lái)越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合12。有其他儀器

10、無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。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(jià)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(gè)擴(kuò)展槽，而臺(tái)式pci系統(tǒng)只有34個(gè)擴(kuò)展槽，通過(guò)使用pcipci橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，臺(tái)式pc的性能價(jià)格比和pci總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，將形成未來(lái)的虛擬儀器平臺(tái)?？偨Y(jié)未來(lái)的這種連通水平將會(huì)更高，屆時(shí)將賦予模塊化新的定義。隨著互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)鞏固開(kāi)發(fā)過(guò)程每個(gè)階段工程師們的努力成果。 商業(yè)科技的發(fā)展浪潮將會(huì)繼續(xù)，同時(shí)也會(huì)將虛擬儀器技術(shù)推向新的水平。因此，性能的提高將會(huì)更容易實(shí)現(xiàn)，從而節(jié)省寶貴的開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)集成時(shí)間，同時(shí)又比傳統(tǒng)儀器測(cè)量方案成倍降低成本。沒(méi)有人能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)的虛擬儀器將會(huì)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(huì)是虛擬儀器技術(shù)的核心，而您有了它的幫助將會(huì)更成功。參考文獻(xiàn)1 楊樂(lè)平,呂英軍.虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)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(cè)控j.微計(jì)算機(jī)信息.2

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