基于LabVIEW的信號發(fā)生器的設計開題報告

1、開題報告開題報告基于 LabVIEW 的信號發(fā)生器的設計1 1 選題的背景、意義選題的背景、意義隨著測試技術及大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的電子測試儀器已從模擬技術向數(shù)字技術發(fā)展；從單臺儀器向多種功能儀器的組合及系統(tǒng)型發(fā)展；從完全由硬件實現(xiàn)儀器功能向軟硬結合方向發(fā)展；從功能組合向以個人計算機為核心構成通用測試平臺、功能模塊及軟件包形式的自動測試系統(tǒng)發(fā)展。同時，隨著計算機技術的不斷提高，現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)正向儀器的自動化、智能化、小型化和綜合化方向發(fā)展1。虛擬儀器的出現(xiàn)給現(xiàn)代測試技術帶來了一場革命，虛擬儀器技術是測試技術和計算機技術相結合的產物，是兩門學科的最新技術的結晶，融合了測試理論、儀器原

2、理和技術、計算機接口技術、高速總線技能化、多樣化、模塊化和網絡化，體現(xiàn)出多功能、低成本、應用靈活、操作方便等優(yōu)點，在很多領域大有取代傳統(tǒng)儀器的趨勢，成為當代儀器發(fā)展的一個重要方向，并受到各國企業(yè)界的高度重視2。所謂虛擬儀器 Virtual Instruments，就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，利用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺在計算機的屏幕上虛擬出儀器 的面板以及相應的功能，人們通過鼠標或鍵盤操作虛擬儀器面板上的旋鈕、開關和按鍵，去選用儀器功能，設置各種工作參數(shù)，啟動或停止一臺儀器的工作。在計算機軟件控制下對輸入的信號進行采集、分析、處理，測量結果和儀器工作狀態(tài)都可從虛擬儀器面板上讀出。用戶在屏

3、幕上通過虛擬儀器面板對儀器的操作如同在真實儀器上的操作一樣直觀、方便、靈活3。 虛擬儀器完成各種測試功能時，通過使用計算機顯示器的顯示功能來模仿傳統(tǒng)儀器的控制面板，輸出各種形式的測試結果，通過使用計算機強大的軟件功能管理賬戶，分析和運算信號數(shù)據(jù)，并通過輸入/輸出口完成對數(shù)據(jù)的采集、測量和調整。其核心思想是利用計算機強大的資源使原有的硬件技術需求程序化，以最大限度降低系統(tǒng)的成本，并且加強系統(tǒng)的功能和靈活性。其實質是利用計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力，加上專門設計的硬件儀器，以建立擁有友好界面和豐富功能的新設備。僅需要通過軟件界面進行簡單的計算機操作，操作人員便可輕松完成對測試對象數(shù)據(jù)的采集和分析、判斷

4、4、5。虛擬儀器軟件編程環(huán)境給用戶提供了一個充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間，可根據(jù)用戶自己的設想及要求，通過編程來設計、組建自己的儀器系統(tǒng)。虛擬儀器由用戶自行設計、自行定義，徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由生產廠家定義、用戶無法改變的模式6。LabVIEW 是美國國家儀器公司（NI）的創(chuàng)新產品，是目前國際上進行虛擬儀器開發(fā)的一個最佳平臺，是新一代測試系統(tǒng)的核心。LabVIEW 使用一種功能齊全的圖形化編程語言，LabVIEW 以其獲得專利的數(shù)據(jù)流編程模式為我們擺脫了基于文本編程語言的順序架構的桎梏。LabVIEW 與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，LabVIE

5、W 使用的是圖形化編程語言編寫程序，產生的程序是框圖的形式。與文本的順序行所不同，節(jié)點間的數(shù)據(jù)流確定了 LabVIEW 的執(zhí)行次序。用戶可以輕松地創(chuàng)建可并行執(zhí)行多種操作的程序框圖。此外，LabVIEW 并行執(zhí)行的本質令多任務和多線程的執(zhí)行得以簡化。使用 LabVIEW 的調試工具，用戶可監(jiān)控數(shù)據(jù)在程序中的移動并精確掌握數(shù)據(jù)通過線纜在函數(shù)間移動的情況。這種方式與基于文本的語言不同， 基于文本的語言要求用戶監(jiān)控每個函數(shù)用以跟蹤程序的執(zhí)行狀況，而 LabVIEW擁有所有的通用編程環(huán)境，如數(shù)據(jù)結構、循環(huán)結構和事件處理。LabVIEW 有一個內置編譯器，可在編輯時間編譯所有代碼。選擇 LabVIEW 開

6、發(fā)測試和測量應用的一大決定性因素是其開發(fā)速度。通常，使用 LabVIEW 開發(fā)應用系統(tǒng)的速度比使用其它編程語言快 4 到 10 倍。其原因在于，圖形化編程語言為用戶提供了豐富的擴展函數(shù)庫，這些擴展函數(shù)庫主要面向數(shù)據(jù)采集、GPIB 和數(shù)據(jù)分析、顯示、存儲，為用戶節(jié)省了寶貴的開發(fā)時間。同時 LabVIEW 還支持非常強大的網絡處理功能，方便進行遠程儀器開發(fā)。這樣就可以通過網絡來遠程完成儀器開發(fā)和數(shù)據(jù)采集。LabVIEW 還提供與其他編程語言的接口來完成更復雜的數(shù)值分析任務7、8。在硬件平臺確立之后，是由軟件而不是硬件來決定儀器的功能，虛擬儀器可通過改變軟件的方法來適應不同的需求，它的功能靈活、開放

7、，容易與其他外設、網絡相連，構成更大的系統(tǒng)，技術更新周期短，可隨著計算機技術的發(fā)展和用戶的需求進行儀器與系統(tǒng)的升級，在性能維護和靈活組態(tài)等多個方面都有著傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)點，且投入少，收效大9。信號發(fā)生器主要用來產生幅度不同，頻率各異的各種激勵信號，是電工電子實驗室、自動控制系統(tǒng)和科學研究領域經常用的一種測量儀器。普通臺式信號發(fā)生器價格昂貴，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。所以采用虛擬儀器技術設計函數(shù)信號發(fā)生器，可以降低成本，縮短開發(fā)周期，并且能夠和其它虛擬儀器構成一個完整的實驗系統(tǒng)，也可以增加一些數(shù)字信號處理功能，極大地方便用戶。所以，虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計在

8、電子測量領域中將會發(fā)揮極大的作用10、11。2 2 相關研究的最新成果及動態(tài)相關研究的最新成果及動態(tài) 國外虛擬儀器技術自上世紀 80 年代由美國 NI 公司提出以來，一直成為發(fā)達國家自動測控領域的研究熱點和應用前沿，是現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展的重要方向。近年來，世界各國的許多大型自動測控和儀器公司均相繼研制了為數(shù)不少的虛擬儀器開發(fā)平臺，但最早和最具影響力的還是 NI 公司的圖形化開發(fā)平臺LabVIEW。虛擬儀器在國外已發(fā)展成為一種新的產業(yè)。美國是虛擬儀器的誕生地，目前也是全球最大的虛擬儀器制造國12。阿爾卡特美國公司是全球領先的世界上電信設備制造商領導者之一。位于加州佩塔盧馬的接入部，開發(fā) Lites

9、pan 接入平臺一種光纖數(shù)字環(huán)路載波（DLC）。DLC 能夠將電話公司中心機房普通銅線上的電話業(yè)務傳遞到更遠的地方。通過 LabVIEW，在相對短的時間內開發(fā)了一個全面測試方案。同時測試對每個信道單元的 16 個 ANSI 要求的環(huán)路和 4 條 ISDN 線路的一個信道單元進行測試時，每項測試所花費的時間為 12 分鐘。由于一些信道單元需要測試某個溫度范圍內的狀況，因而整個測試需要幾天的時間。阿爾卡特公司 Litespan 硬件質量部的一位工程師，在程序中增加了一項功能，使得測試可以全天進行，甚至在周末也行。這項功能極大地擴展豐富了測試平臺，提高了測試效率13。國內虛擬儀器最早的研究也是從引進

10、消化 NI 的產品開始。國家自然科學基金委員會也曾將虛擬儀器研究作為現(xiàn)代機械工程科學前沿學科之一,列入過為 “十五”期間優(yōu)先資助領域。目前有些研究已取得可喜成績，如由重慶大學測試中心秦樹人教授承擔的國家 863 項目“虛擬儀器關鍵技術的研究及其產業(yè)化”，所研發(fā)的“一體化虛擬儀器”就是一種不同于歐美虛擬儀器的新技術。這項成果表明我國在虛擬式儀器方面走出一條與歐美技術線路完全不同的自主創(chuàng)新路子,并成為國際上嵌入式一體化虛擬儀器研發(fā)的先行者14。1999 年重慶大學機械工程學院秦樹人教授提出“智能虛擬控件”概念以來，由他率領的研究團隊先后取得了“智能控件化虛擬儀器”、“虛擬儀器拼搭場”、“智能虛擬控

11、件和控件化虛擬儀器”和“巖石模型”等一系列研究成果，專家認為，這一系列成果標志著我國在虛擬儀器研究方面憑借自己原創(chuàng)技術躋身世界先進行列。從上個世紀 80 年代中期美國推出虛擬儀器(VI)以來，至今已產生了LabVIEW、HPVEE 等國際上流行的開發(fā)系統(tǒng)，在虛擬智能測試方面積累了豐富資源。在落后歐美水平十幾年的條件下，秦樹人提出一種全新的虛擬儀器模式-“智能虛擬控件”原理，建立信號變換的統(tǒng)一模型，奠定了這一新型儀器模式的理論基礎，并在此基礎上研制成功了虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)(VMIDS)，把虛擬儀器的設計理論與方法、資源開發(fā)積累的程度提到了一個全新的高度，使得開發(fā)成功的虛擬測試儀器最終產品已達數(shù)十種

12、，而開發(fā)成功可直接用于組建儀器產品的“智能虛擬控件”更達數(shù)百上千種。秦樹人認為,由于虛擬智能測試系統(tǒng)尚未建立統(tǒng)一的模型，功能軟件的優(yōu)勢雖然能夠大部分取代硬件部件，但仍未擺脫硬件儀器單機系統(tǒng)的制造和調用形式；軟件的功能雖然提高了儀器的靈活性和開放性，但在制造上沒有引入深度集成的原理和方法，還難以從根本上改變目前虛擬智能測試的模式，因此亟待創(chuàng)建一個全新的、具有更豐富內涵的測試功能系統(tǒng)。秦樹人教授在前期大量有成效的研究基礎上，提出了“巖石模型”理論。這一理論提出對全部機械測試類儀器建立“有界無限”的統(tǒng)一模型，所謂“有界無限”是指“機械測試”是一個“界” ，而只要在這個“界”內，任何測試功能或儀器都將

13、包含或可添加至這一系統(tǒng)(巖石模型)之中?；谶@一理論，對測試功能和儀器進行多次、深度的集成制造便可演變成為一個“有界無限” 、包含大量測試儀器并可供實際使用的復雜、大型測試儀器庫。 “巖石模型”在應用上將是一個取之不盡、用之不竭的大型機械測試儀器倉庫，可為機械科學的研究和機械產品的制造提供全方位的在線和離線測試手段，具有廣泛的產業(yè)應用前景15。3 3 課題的研究內容及擬采取的研究方法（技術路線）課題的研究內容及擬采取的研究方法（技術路線） 、研究難點及預、研究難點及預期達到的目標期達到的目標3.1 研究內容：本虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的開發(fā),基于 LabVIEW 這個軟件開發(fā)平臺。根據(jù)LabVIEW

14、 的特點結合信號源的需求,確定總體設計思想：（1）可以產生 10HZ 到 100MHZ 的正弦波、方波、三角波、鋸齒波；（2）信號頻率、幅度可調可控；（3）可以根據(jù)需要，保存波形的分析參數(shù)到指定文件。3.2 研究方法：根據(jù)上述總體設計思想,將該系統(tǒng)軟件設計分成屬性設置、信號產生、波形顯示和數(shù)據(jù)存儲四大模塊,其軟件結構框圖如圖 1 所示。在虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺LabVIEW 上,根據(jù)設計要求,在 VI 程序的控制模板和函數(shù)模板上選擇相應的控制件和顯示件以及所涉及到的函數(shù),利用所選定的目標項分別實現(xiàn)各子模塊的功能,最終實現(xiàn)虛擬信號發(fā)生器。圖 1 虛擬信號發(fā)生器的原理框圖3.3 研究難點：1.可調

15、頻率范圍大，在頻率檔位變化時采樣頻率需同時更新。2.由于第一次接觸 LabVIEW，雖然說這平臺操作不是很復雜，自學起來也容易，但是一些小細節(jié)和小操作需要自己去尋找和發(fā)現(xiàn)。3.4 預期達到的目的：3.4.1.能實現(xiàn)的功能：（1）可以產生 10HZ 到 100MHZ 的正弦波、方波、三角波、鋸齒波；（2）信號頻率、幅度可調可控；（3）可以根據(jù)需要，保存波形的分析參數(shù)到指定文件。3.4.2.待擴展的功能： 任意函數(shù)波形的實現(xiàn)。4 4 研究工作詳細進度和安排研究工作詳細進度和安排2010 年 11 月 23 日2010 年 12 月 5 日 布置畢業(yè)設計任務，講解畢業(yè)設計的方法和步驟，查找、分析相關

16、文獻資料；2010 年 12 月 6 日2011 年 1 月 10 日 初步擬定系統(tǒng)采取的研究方法、設計路線，完成文獻綜述、外文翻譯的撰寫；2011 年 1 月 11 日2011 年 3 月 5 日 整理相關資料，確定系統(tǒng)完成的主要功能，繪制系統(tǒng)的流程圖。完成開題報告； 2011 年 3 月 5 日2011 年 4 月 8 日 進行詳細的系統(tǒng)分析，完成電路的設計，每周匯總情況、問題和進度一次，隨時可通過電話聯(lián)系。開始撰寫論文大綱及初稿； 2011 年 4 月 9 日2011 年 5 月 3 日 系統(tǒng)開發(fā)、代碼設計、系統(tǒng)調試、修改及優(yōu)化階段。 2011 年 5 月 4 日2011 年 5 月 2

17、6 日 完成畢業(yè)論文并提交；2011 年 5 月 27 日2011 年 5 月 29 日 畢業(yè)論文答辯。 5 5 參考文獻參考文獻1 屈爾慶.基于 LabVIEW 的信號發(fā)生器的設計J.信號處理.106-107.2 于潔,鐘佩思.信號發(fā)生器在虛擬儀器界面中的設計與實現(xiàn)J.山東理工大學學報(自然科學版). 2005，19(2):106-1103 袁淵，古軍.虛擬儀器基礎教程M.西安：西安電子科技大學出版社，20024 Shen Xiaoyan,Zhang Guang,Zhen Shuchun,the Missile Institute of the Air-force Engineering U

18、niversity Sanyuan, Shaanxi 713800, China; Analysis and Design of Microwave Virtual Time-Frequency AnalyzerA; Proceedings of the 5th InternationalSymposium on Test and Measurement (Volume 1)C;2003 年.5 LI Zhili,XUE Changsheng,XU Yihui 9 Department of Beijing Institute ofSpecialE.&M.TechnologyBeiji

19、ng,NO.1,Anwaibeiyuan,P.R.China;Application of the Virtual Instrument Technology in the Automatic Testing System of Weapon EquipmentA;第七屆國際測試技術研討會論文集C;2007年.6 李震,柯旭貴,汪云祥.虛擬儀器的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀與展望J.安徽工程科技學院學報,2005,18,(4):1-4.7 朱治國，鄭建榮，劉小平.虛擬儀器及其常用開發(fā)軟件J，現(xiàn)代儀器，2004，1:1516.8 張毅剛.虛擬儀器技術介紹J.國外電子測量技術,2006,25,(6):1-6