基于labview的虚拟函数信号发生器的设计外文翻译

PAGE10中文1963字Labview-basedvirtualfunctionSignalGeneratorVMarozas,RJurkonis1IntroductionSince1986,theU.S.NI(NationalInstrument)companiestotheconceptofvirtualinstrumentation,alongwithcomputertechnologyandmeasurementtechnology,virtualinstrumenttechnologyhasalsobeendevelopedrapidly.Virtualinstrumentmeans:useoftheexistingPC,withaspeciallydesignedinstrumenthardwareandproprietarysoftware,theformationofthebasicfunctionsofboththeordinaryinstrument,thereareusuallynospecialequipmentfeaturesofthenewinstrument.Comparedwiththetraditionalinstrumentsofitsfeaturesare:bettermeasurementaccuracyandrepeatability;measurementspeed;systemsetuptimeisshort;instrumentfunctiondefinedbytheuser;scalability;technicalupdatesandquick.Virtualinstrumentsoftwareasthecore,thesoftwarecompanyYouyiU.S.NILabviewvirtualinstrumentsoftwaredevelopmentplatformmostcommonlyused.Labviewisagraphicalprogramminglanguage,mainlyusedtodevelopdataacquisition,instrumentcontrolanddataprocessingandanalysissoftware,andpowerful.Currently,thedevelopmentofsoftwareintheinternationaltest,measurementandcontrolindustry,popular,measurementandcontrolareasinthecountryhasalsobeenwidelyused.FunctionGeneratorisascientificresearchandengineeringdesigninawidelyusedgeneral-purposeequipment.ThefollowingfunctionsignalgeneratorwithavirtualdesignanddevelopmentofspecificdescriptionisbasedongraphicalprogramminglanguageLabviewvirtualinstrumentprogrammingandimplementationoftechnology.

2virtualfunctionsignalgeneratorstructureandcomposition2.1VirtualFunctionGeneratorfrontpanelThisvirtualfunctionsignalgeneratormainlyconsistsofaPCIbus,multi-functiondataacquisitioncardandappropriatesoftware.TheminstalledonaPCrunningWindows95/98/2000/NTthemachine,shallconstituteapowerfulfunctionofsignalgenerator.ThedesignofthevirtualfunctionsignalgeneratorreferencesignalgeneratorSG1645powerfunctions,frontpanelshowninFigure1.Figure1virtualfunctionsignalgeneratorfrontpanelThefunctiongenerator'sfrontpanelfunctionofthefollowingcomponents:instrumentcontrolbutton,theoutputfrequencycontrolwindow(includingthefrequencyofdisplayunits),frequencyfoldintocontrol,waveformselection,frequencytuningbutton,dcbias,squarewaveaccountsforAirratioadjustment,theoutputwaveformamplitudecontrolbuttons.Frequencytuningrange:0.1~1Hz;DCbias:-10~10V;squarewavedutycycle:0to100%;outputwaveformrange:0~10V.Alsoincreasedthenumberofmodificationofvoltage-controlledcomponentssuchaspanelinputcountinput,synchronousoutput,voltageoutput.Modificationoftheuseofthesecomponentsisintendedtoincreasetheaestheticsoftheinstrument,andasfaraspossiblewithrealinstrumentsconsistentuserinterface2.2VirtualFunctionSignalGeneratorhardwarestructureThisvirtualfunctionsignalgeneratorhardwareinputandoutputdataacquisitioncardandacertainconfigurationrequirementsofthePC,thedatainputandoutputdependoninputdataacquisitioncard,thedefinitionofoutputachieved.ThisdesignusesthePCI-1200dataacquisitioncardisagoodcost-effectiveproducts,withtheD/Aconversionfunctions,cangeneratethedigitalsignalsintoanalogsignalsanddigital-analogconverterandhighprecision,butalsohasfilteringcapabilities,whichSmooththeoutputwaveform.Itsupportstheunipolarandbipolaranalogsignalinput,thesignalinputrangesof-5~+5Vand0~10V.Provide16single-ended/8differentialanaloginputchannels,2independentoftheDAoutputchannels,24-lineTTLdigitalI/O,316-bittimercountersandotherfeatures.Someofthehardwareinterfacefordatainputoroutputchannelsettings.SomeofthehardwareinterfaceblockdiagramshowninFigure2:Figure2

3VirtualFunctionSignalGeneratorDesignandImplementationSomeuseprofessionalLabVIEW6isoftwarevirtualinstrumentgraphicaldevelopmenttools.Virtualfunctionsignalgeneratoroutputwaveformmainlyinsoftwareproductionandtheoutputsignalfrequencydisplay.Changesinthefrequencyoftheoutputwaveformisaconcreterealizationofdataacquisitionwaveformdatawrittentothebufferamongthebuffersbysettingtheupdatefrequency(tochangetheinternalclockfrequency)toachievetheoutputdatafrequency.TheprocessismainlyintheuseofLabviewdataacquisitionsub-moduleoftheAOSTARTfunctionmodules.Functionfromtheimplementationpointofview,thisdesignfeaturesavirtualfunctionsignalgeneratorstructureincludestwomodules:Modulewaveformgenerator(FGmodule)andfrequencychangecontrolunit(DISPLAY)module.WaveformgeneratormoduleandcallFGENmodule.FGENmoduleforthedigitalwaveformgeneratormodule.Digitalwaveformgeneratormodule3.1Waveformgeneratedvirtualfunctionsignalgeneratormoduleisthecoreofthesoftware.Themodulecanberealizedusingsine,square,sawtooth,triangleandotherwaveforms.Sinewavegenerationprincipleisbycallingthesin(x)functiontoimplement.Inthisdesign,thedesignofeachcomponentsinewavecyclefrom1000,usingsimilarlanguageintheForloopCasxassignment,sothattheimplementationofaForloop,youcangenerateacycleofsinewavegeneratingthedataneeded,andthenuseWhileCirculation,maketheprogramrepeatedlyexecuted,canbecontinuouslyoutputsinewave.Squarewave,sawtooth,triangleandsinewavegenerationtheoryproducesimilarprinciplesareachievedthroughthemathematicalsequenceofnumbersrepresentativeofthewaveform.Comparedwiththeanalogsignal,generatedusingthesoftwaremethodofdigitalwaveformsequencealthoughtherearesomeerrors,buttheelectioncycleaslongasasufficientnumberofpoints,youcanmakeerrorstoaminimum,theleastimpactontheresults.Waveformgeneratedbythesoftwareoneofthebiggestadvantageisgreatlyreducedthecostoftheinstrumentandtheinstrumentofsmallintelligent.Waveformgeneratormodule'sfrontpanelshowninFigure3,waveformgenerationmoduleblockdiagramshowninFigure3Changeof3.2unitoffrequencycontrolmoduleWhentheoutputfrequencydynamicrangeislarge,withasinglespinbuttoncontrol,duetoasmallrotationangle,youwillhaveagreaterchangeinthefrequency,tothefrequencyofaccurateShezhibroughtgreaterKunnan,andfrequencybyusingaknobTimesbycombiningtheoutputfrequencycangreatlyimprovethecontrolaccuracy.Inordertoimprovecontrolaccuracyoftheoutputfrequency,whichinthisdesign,byusingtheunitoffrequencychangecontrolmodule,theoutputcontrolaccuracycanbeachieved0.001Hz.Themodule'sfrontpanelshownin,themoduleblockdiagramshowninFigure4.Figure4

4TotalResults:AsaLabviewgraphicalprogrammingsoftwaredevelopmentandtestingsystemisapowerful,convenientandefficientprogrammingtools.Similaritybetweenthegood,open,exclusive,makingthetestdevelopmentcycleisshort,lowcostandhighquality.Labview-basedvirtualmachineinteractionwiththefunctionsignalgeneratorisgood,easytooperateandsoon,toawiderangeofapplicationsandinscientificresearch,productionandotherfields.1PanHZ,etal.LabVIEW-basedvirtualFunctionSignalGenerator[J].ControlEnginerringPractice,2.EvansPD,BrownD.SimulationofbrushlessDCdrives[c]．IEEProceedingsB,ElectricPowerApplications，137(5):299-308．3.RenéSpée,AlanK.WallaceandJoelDavis.Modelingofbrushlessdcdrivesystemswithpulse-widthmodulatedexcitation[J],MathematicalandComputerModelling,Volume11,1988,Pages1166-1171.4.JawadFaiz,M.R.AzizianandM.Aboulghasemian-Azami.SimulationandanalysisofbrushlessDCmotordrivesusinghysteresis,rampcomparisonandpredictivecurrentcontroltechniques[J],SimulationPracticeandTheory,Volume3,Issue6,15January1996,Pages347-363.5.J.Figueroa,C.Brocart,J.CrosandP.Viarouge.SimplifiedsimulationmethodsforpolyphasebrushlessDCmotors[J].MathematicsandComputersinSimulation,Volume63,Issues3-5,17November2003,Pages209-224.6.J.Shao,D.Nolan,andT.Hopkins.ANovelDirectBackEMFDetectionforSensodessBrushlessDC(BLDC)MotorDrives[C].AppliedPowerElectronicConference(APEC2002),2002:33-38.7.Doo-HeeJungandIn-JoongHa.LowCostSensorlessControlofBrushlessDCMotorsUsingaFrequencyIndependentPhaseShifter[J]．IEEETransactionsonpowerelectronic,2000,15:744-752.8.Kuang-YaoChengandYing-YuTzou.DesignofaSensorlessCommutationICforBLDCMotors[J]．IEEETransactionsOnpowerelectronic,2003,18:1365-1375.基于Labview的虚拟函数信号发生器的设计VMarozas,RJurkonis1前言自从1986年美国NI(NationalInstrument)公司提出虚拟仪器的概念以来,随着计算机技术和测量技术的发展,虚拟仪器技术也得到很快的发展。虚拟仪器是指:利用现有的PC机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件,形成既有普通仪器的基本功能,又有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器。与传统的仪器相比其特点主要有:具有更好的测量精度和可重复性;测量速度快;系统组建时间短;由用户定义仪器功能;可扩展性强;技术更新快等。虚拟仪器以软件为核心,其软件又以美国NI公司的Labview虚拟仪器软件开发平台最为常用。Labview是一种图形化的编程语言,主要用来开发数据采集，仪器控制及数据处理分析等软件,功能强大。目前,该开发软件在国际测试、测控行业比较流行,在国内的测控领域也得到广泛应用。函数信号发生器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。下面结合一个虚拟函数信号发生器设计开发具体介绍基于图形化编程语言Labview的虚拟仪器编程方法与实现技术。

2虚拟函数信号发生器的结构与组成2.1虚拟函数信号发生器的前面板本虚拟函数信号发生器主要由一块PCI总线的多功能数据采集卡和相应的软件组成。将它们安装在一台运行Windows95/98/2000/NT的PC机上，即构成一台功能强大的函数信号发生器。本虚拟函数信号发生器的设计参考了SG1645功率函数信号发生器，前面板如图1所示。本函数信号发生器的前面板主要由以下几个部分构成：仪器控制按钮，输出频率控制窗口（包括频率显示单位），频率倍成控制，波形选择，频率微调按钮，直流偏置，方波占空比调节，输出波形幅度控制按钮。频率微调范围：0.1～1Hz；直流偏置：-10～10V；方波占空比：0～100%；输出波形幅度：0～10V。此外还增加了许多修饰性的元件如面板上的压控输入、记数输入、同步输出、电压输出等。使用这些修饰性的元件的目的是为了增加仪器的美观性，并尽量与真实仪器的使用界面相一致2.2虚拟函数信号发生器的硬件构成本虚拟函数信号发生器的输入输出的硬件部分为一数据采集卡和具有一定配置要求的PC机，数据的输入输出靠对数据采集卡输出输入口的定义来实现。本设计采用的PCI-1200数据采集卡是一块性价比较好的产品，具备数/模转换的功能，能将产生的数字信号转换成模拟信号且数模转换精度高，而且还具备滤波功能，从而使输出波形光滑。它支持单极和双极性模拟信号输入，信号输入范围分别为-5～+5V和0～10V。提供16路单端/8路差动模拟输入通道、2路独立的DA输出通道、24线的TTL型数字I/O、3个16位的定时计数器等多种功能。硬件接口部分用于数据输入或输出时的通道设置。硬件接口部分程序框图如图2所示：

3虚拟函数信号发生器的软件设计与实现软件部分采用专业的LabVIEW6i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AOSTART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形。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，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。波形产生模块的前面板如图3所示，波形产生模块的程序框图如图3所示。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。该模块的前面板如图5所示，该模块的程序框图如图4所示。

4总结Labview作为一个图形化编程软件，是开发测试系统的一种功能强大、方便快捷的编程工具。其良好的相通性、开放性、专用性，使测试系统的开发周期短、成本低、质量高。基于Labview的虚拟函数信号发生器具有机交互性好、易于操作等特点，能够广泛的应用与于科研、生产等领域。目录TOC\o"1-2"\h\z第一章项目基本情况 3一、项目情况说明 3二、可行性研究的依据 5第二章项目建设的必要性与可行性 8一、项目建设背景 8二、项目建设的必要性 9三、项目建设的可行性 14第三章市场供求分析及预测 17一、项目区生猪养殖和养殖粪污的利用现状 17二、禽畜粪污产量、沼气及沼肥产量调查与分析 18三、项目产品市场前景分析 20第四章项目承担单位的基本情况 21一、养殖场概况 21二、资产状况 21三、经营状况 21第五章项目地点选择分析 23一、选址原则 23二、项目选点 23三、项目区建设条件 24第六章 工艺技术方案分析 27一、污水处理模式的选择 27二、处理工艺的选择 29三、项目工艺流程 31四、主要技术参数 35五、主要设备选型 39第七章项目建设目标 40一、项目建设目标 40二、项目建设规模 40第八章项目建设内容 42一、建安工程 42二、仪器设备 46第九章投资估算和资金筹措 48一、投资估算的范围 48二、投资估算的依据 48三、投资估算 49四、资金使用计划 54五、资金筹措 54第十