基于虛擬儀器的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

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(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：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(hào)發(fā)生器其功能完全靠硬件實(shí)現(xiàn)，功能單一而且用戶的購置、維護(hù)費(fèi)用高。更重要的是，對于傳統(tǒng)的信號(hào)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(hào)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(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。本課題完成了“虛擬信號(hào)發(fā)生器”的理論研究，在很大程度上解決了傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器的諸多弊端。本文主要研究虛擬儀器在信號(hào)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(hào)波形的同時(shí)產(chǎn)生與輸出，信號(hào)輸出頻率、幅度等參數(shù)實(shí)時(shí)可調(diào)。本文研究的虛擬信號(hào)發(fā)生器主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：用戶可自由定義其功能；系統(tǒng)功能升級(jí)擴(kuò)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(hào)發(fā)生器,虛擬信號(hào)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(hào)源，而信號(hào)發(fā)生器則為我們提供了在測量中所需的信號(hào)源，它可以產(chǎn)生不同頻率的正弦信號(hào)、方波、三角波、鋸齒波、正負(fù)脈沖信號(hào)、調(diào)幅信號(hào)、調(diào)頻信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)等，其輸出信號(hào)的幅值也可以按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器種類繁多，價(jià)格昂貴，而且儀器功能固定單一，不具備用戶對儀器進(jìn)行定義及編程的功能，一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室很難同時(shí)擁有多類信號(hào)發(fā)生器，然而，基于虛擬儀器技術(shù)的信號(hào)發(fā)生器則能夠?qū)崿F(xiàn)這一要求。隨著計(jì)算機(jī)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(dòng)測試和儀器控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)和推動(dòng)測試系統(tǒng)和儀器控制的設(shè)計(jì)方法與實(shí)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(hào)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(dòng)化應(yīng)用。本課題介紹了基于LabVIEW的虛擬信號(hào)發(fā)生器的研究背景和發(fā)展動(dòng)態(tài),了解虛擬儀器的特點(diǎn)、現(xiàn)狀和實(shí)現(xiàn)方法，探索虛擬儀器的發(fā)展方向，點(diǎn)（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(dòng)的，從源端口向一個(gè)或多個(gè)目的端口流動(dòng)。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(qiáng)調(diào)。當(dāng)需要連接兩個(gè)端子時(shí)，在第一個(gè)端子上點(diǎn)擊連線工具（從工具模板欄調(diào)用），然后移動(dòng)到另一個(gè)端子，再點(diǎn)擊第二個(gè)端子。端子的先后次序不影響數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。當(dāng)把連線工具放在端子上時(shí)，該端子區(qū)域?qū)?huì)閃爍，表示連線將會(huì)接通該端子。虛擬儀器通過底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件與真實(shí)的儀器系統(tǒng)進(jìn)行通訊,并以虛擬儀器面板的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與真實(shí)儀器面板操作元素相對應(yīng)的各種控鍵.虛擬信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波和三角波等信號(hào),根據(jù)需要,可調(diào)節(jié)其中面板上的控鍵,改變信號(hào)的頻率、幅度與相位,并可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),所有信號(hào)發(fā)生的結(jié)果都可以通過軟件設(shè)計(jì)的虛擬面板顯示。信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)下面將創(chuàng)建一個(gè)VI，該VI產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)并在圖形中顯示出來。啟動(dòng)labview時(shí)將出現(xiàn)下面的窗口如圖1所示。在這個(gè)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(dòng)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(gè)生成信號(hào)并在前面板中顯示該信號(hào)的VI。1、啟動(dòng)LabVIEW。2、在啟動(dòng)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(jì)1、前面板的設(shè)計(jì)（1）五個(gè)輸入型數(shù)字控件。五個(gè)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(diǎn)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(gè)輸入型數(shù)子控件，分別標(biāo)記為“信號(hào)頻率”、“采樣頻率”、“采樣點(diǎn)數(shù)”、“信號(hào)幅值”和“初始相位”。（2）一個(gè)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(shí)間軸。應(yīng)考慮到生成信號(hào)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(hào)幅值的范圍應(yīng)充滿整個(gè)顯示畫面，故選用“波形圖”顯示器。（3）兩個(gè)開關(guān)控件。執(zhí)行右鍵>>按鈕與開關(guān)>>垂直滑動(dòng)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(jì)完成，如下圖：2、程序框圖的設(shè)計(jì)（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(hào)的生成和預(yù)覽，但是要將信號(hào)送出去就必須將信號(hào)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(gè)除法器，一個(gè)倒數(shù)器及兩個(gè)常數(shù)0和10。（3）在程序框圖中執(zhí)行右鍵>>信號(hào)處理>>信號(hào)生成>>正弦信號(hào)生成.vi操作,可調(diào)入正弦信號(hào)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(shí)間延遲操作，調(diào)入時(shí)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(hào)頻率與采樣頻率之比的運(yùn)算，同時(shí)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(hào)發(fā)生器程序框圖3、正弦波運(yùn)行結(jié)果單擊運(yùn)行快捷按鈕，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的功能是否已完全實(shí)現(xiàn)。設(shè)置頻率信號(hào)：10Hz采樣頻率：100Hz采樣點(diǎn)數(shù)：100信號(hào)幅值：5V初始相位：0°其值都是可選的。運(yùn)行結(jié)果如下圖：正弦信號(hào)發(fā)生器前面板功能描述該虛擬正弦信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生正弦信號(hào)。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(diǎn)數(shù):N=8～512,可選。虛擬方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)虛擬方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)和正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)大體相同。設(shè)計(jì)出來的前面板和程序框圖分別如下圖所示：前面板：取信號(hào)頻率0.8Hz，采樣頻率10Hz，采樣點(diǎn)數(shù)200，信號(hào)幅值5V，初始相位0°方波信號(hào)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(dòng)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(jì)周期的各個(gè)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(shí)間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的