虚拟信号发生器周康富1

1、目 录第一章 设计总体思路，功能描述1 1.1 设计的总体构思.1 1.2 设计的流程图.2第二章 虚拟信号发生器的软件设计32.1前面板的设计32.2 参数设置控件32.3 输出波形选择按钮32.4 波形显示控件.42.5 开关控件42.6 流程图的设计42.7程序图标的调入42.8程序设计4第三章 虚拟函数信号发生器的实现63.1数字波形产生模块63.2 频率单位变化控制模块6第四章 虚拟信号发生器的综合设计74.1 发生器的前面板74.2 综合发生器流程图设计74.3 虚拟信号发生器的运行结果8总 结 .11参考文献.12一、设计总体思路，功能描述1.1、设计的整体构思通过对课题的解析以

2、及对相关资料的熟悉，逐步确立了虚拟函数发生器设计的整体思路。归纳起来，主要有以下四个方面：1. 波形的选择：一个函数发生器的使用中，我们首先考虑的是应该使用哪一种波形，进而得先确定所选波形。对于波形的选择，我们通过LabVIEW中的一个条件结构（即case结构）来完成。编写多个波形分支，在条件结构外围设置一个输入控件来控制条件结构的分支，不同的分支得到不同的波形，进而达到波形选择的目的。2. 信号的产生：在LabVIEW中，信号的产生有很多种方法，如利用“函数”选板中的“波形产生”，或者利用“仿真信号”产生一个想要的波形等等。本次设计中采用“仿真信号”产生想要的波形。3. 波形的控制：在得到想

3、要的波形后，我们还要考虑所得波形是否为想要的波形。为解决这个问题，我们在条件结构外围分别放置了波形、幅度、频率、偏置等参数的输入控件，用于改变参数，以达到波形控制的目的。同时，在函数发生器不工作时，我们还得考虑让其停止工作，所以，我们在整个程序外围使用了一个While循环，利用一个布尔开关连接循环条件，设置为“为真时继续”，即当开关播上程序正常运行，当播下开关时，程序处于非工作状态。4. 波形显示：在波形设置好参数后，为查看波形是否为当前所设置波形，我们还得查看一下当前波形的实际参数。为此，我们又分别在波形、幅度、频率、偏置等几个量上增加了几个输出控件，用以查看当前波形的参数，方便用户按需修改

4、。1.2 设计的流程图根据本次课题总体的构思，列出程序编写的流程图图3-1所示。开始波形选择参数选择波形与参数显示参数改变结束是否循环YNYN第二章 虚拟信号发生器的软件设计2.1前面板的设计根据传统信号发生器面板控键的功能,利用Labview 中的控制模板,分别在设计面板上放入模拟实际信号发生器控键的数据输入控键、显示器、数据输出控件、开关、选择器. 显示器用于显示输出的信号波形,数据输入控键用于输出信号的信号频率、采样频率、偏移量、振幅和相位,数据输出控键则用于选择信号类型.打开Labview 前面板编辑窗口,点击鼠标右键,显示控制模板,选择Graph > > Waveform

5、 Graph ,作为信号发生器的显示器. 在显示器模板上点击鼠标右键,对其进行属性设置,如根据被显示波形的频率与幅度值的变化,利用工具模板中的文字工具,对显示器横(时间) 、纵(幅度) 坐标的刻度重新设置. 用Graph 控键设计的显示器是完全同步的,波形稳定.2.2 参数设置控件(1) 在前面板的设计窗口中,打开控制模块执行All cont roll s > > Numeric > > Knob 操作,得到幅值等控制旋钮.(2) 将鼠标移至旋钮单击右键选择属性( Proper2ties) 选项,在随后弹出的对话框中的外观(Appear2ance) 选项的标签中将这些旋

6、钮分别命名为“频率调节”、“幅度调节”和“相位调节”等. (3) 最后定义精度. 根据频率和幅度的数值范围,我们将其精度定义为双精度浮点型(DBL) . 具体操作仍然是在属性( Properties) 选项的数据范围(Datarange) 选项中的Representation 内完成.2.3 输出波形选择按钮用一个Case 结构来控制波形的产生. 可以选择输出为正弦信号或是方波信号、三角波等. 具体操作为:在前面板的设计窗口中,打开控制模块,执行Almont roll ring &E num Text ring ,修改名称为wave select (波形选择) . 然后右键点击prop

7、erties 选择Edit Items 项,在表格中添加和编辑sine wave 、t triangle 、square wave 等,并设置其先后顺序.2.4 波形显示控件这个控件用来显示所产生的波形.执行Cont rols > > Graph > > Waveform Chart 操作,调入所选图标. 其横轴为时间轴,纵轴为电压轴.注意:控件参数设置应考虑到采样频率fs , 信号频率f 一个周期采样点n 与总点数N = Samples 的关系: fs = nfx ,所以fs 的最大值应该是被测信号频率f s 的最大值n ,且N n.2.5 开关控件此开关用于结束运行

8、.执行All controls > > Boolean > > StopButton操作,调入开关按钮,标记为“STOP”. 。注意:在完成对虚拟仪器的前面板设计后,若需对其进行装饰,可以执行All cont roll s > > Decorations操作,然后根据需要在其选项框里选择相应的内容对你所设计的前面板进行必要的修饰.2.6 流程图的设计对于虚拟信号发生器而言,它的主要功能就是为我们提供激励信号,所以在流程图设计中,我们首先要选择产生信号的图标以及用于产生信号的case 结构和循环控制While 循环.2.7程序图标的调入(1) 在流程图设计窗口

9、中打开( Function) 模块,执行All Functions > > structures > > While loop 调入While loop 循环,控制程序的运行.(2) 执行structures > > case structures 调入case循环,用于控制产生不同信号的运行.(3) 执行All Functions > > Analyze > > Signal Processing > > Signal Generation 操作, 分别调入Triangle Wave. vi (三角波) 、Sine Wa

10、ve. vi (正弦波) 、Square Wave. vi (方波)等图标.(4) 执行All Functions > > Numeric > > Multi2ple/ Add 分别调入乘法器和加法器.2.8程序设计(1) 频率设置. 在模拟电路范围,信号频率以Hz或周期来测量,但是在数字系统中我们使用数字频率,它是模拟频率和采样频率之比,如下数字频率= 模拟频率/ 采样频率采样间隔也是信号产生的必要条件,在遵循抽样定理的基础上,我们需要给出采样频率和采样点数,用以产生信号. 数字频率由除法器的输出提供,该除法器完成了信号频率和采样频率之比的运算,将所需要的数字频率输出

11、送给信号发生图标. 第三章 虚拟函数信号发生器的实现软件部分采用专业的Labview8.6图形化虚拟仪器开发工具。虚拟函数信号发生器主要由软件完成输出波形信号的产生和输出信号频率的显示。输出波形频率的变化的具体实现是将波形数据写入数据采集卡的缓冲区当中，通过设置缓冲区的更新频率（改变内部的时钟频率）来实现输出数据频率的变化。该过程主要运用了Labview中的数据采集子模块中的AO START 功能模块。从实现功能的角度来说，本次设计的虚拟函数信号发生器的功能结构主要包括两大功能模块：波形产生模块（FG模块）和频率单位变化控制（DISPLAY）模块。波形产生模块又调用FGEN模块。FGEN模块为

12、数字波形产生模块。3.1数字波形产生模块 波形产生模块是虚拟函数信号发生器软件的核心。利用该模块可实现正弦波、方波、锯齿波、三角波等波形。正弦波的产生原理是通过调用sin(x)函数来实现。在本次设计，设计每一正弦波周期由1000点组成，利用类似C语言中的For循环为x 赋值，这样执行一次For循环，便可以产生生成一个周期正弦波所需的数据，然后利用While 循环，使程序反复执行，就可以连续输出正弦波.方波、锯齿波、三角波的产生原理与正弦波产生原理相近,都是通过数学运算来实现代表波形的数字序列。与模拟信号相比，利用软件的方法产生的波形数字序列虽然存在着一定的误差，但只要一个周期内选的点数足够的多

13、，就可以使误差降到最低，对结果的影响最小。利用软件产生波形的一个最大的优点是使仪器的成本大大降低，而且使仪器小型化，智能化。3.2 频率单位变化控制模块 当输出频率动态范围较大时，用单个旋转按钮控制时，由于旋转一个很小的角度就会产生较大的频率变动，给频率的准确设置带来了较大困难，通过使用一个旋钮和频率倍乘相结合，可大大提高频率的输出控制精度。为了提高频率的输出控制精度，在本次的设计当中，通过使用频率单位变化控制模块，使输出控制精度可达到0.001Hz。第四章 虚拟信号发生器的综合设计4.1 发生器的前面板 在此这四种波综合设计的功能描述，设计步骤基本上和这四种波单独设计时一样所以不再作解说。其

14、几种波的综合出来的前面板如下图所示：图1虚拟综合发生器前面板的设计4.2 综合发生器流程图设计 其具体所需要的调入和前面几种波的调入一样，在此需要说明的是怎样把几种波组合在一起，使之能够同时产生波形，这样可以免去分别进行时的麻烦，把这几种波综合在一起也很有利于对几种波的观察，比较。此流程图的设计产生出来的波，他们共用相同的采样点数，信号频率，采样频率，信号幅值，及初始相位。如下图：图5.2 虚拟综合发生器流程图的设计4.3 虚拟信号发生器的运行结果 （1）设置信号频率：1Hz 采样频率：1Hz 信号幅值：1V 初始相位：0°，波形选择：正弦波。综合发生器运行结果如下图所示：图4.3.

15、1正弦波运行结果（2）设置信号频率：1Hz 采样频率：1Hz 信号幅值：1V 初始相位：0°，波形选择：三角波。图4.3.2三角波运行结果 （3）设置信号频率：1Hz 采样频率：3Hz 信号幅值：1V 初始相位：0°，波形选择：方波。图4.3.3方波运行结果（4） 设置信号频率：1Hz 采样频率：3Hz 信号幅值：1V 初始相位：0°，波形选择：锯齿波。图4.3.4锯齿波运行结果总 结 开始课题的设计到在资料的查阅，熟悉本课题的基础上，列出了设计的整体构思，进而得到程序设计的流程图。有了流程图，后面的设计我们顺理成章地展开。程序设计，我们采用局部到整体的设计理念，

16、先由各个波形分支的设计入手，介绍了正弦波、方波、三角波、锯齿波以及白噪声信号以及任意公式信号的程序框图设计，然后对整体的前后面板做一个总的概述，由此完成了程序的设计。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关Labview方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！ 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。 在整个设