基于虚拟仪器的信号发生器设计

南京信息工程大学遥控遥测技术题目：基于虚拟仪器的信号发生器设计姓名：学号：专业：电子信息工程院系：电子与信息工程学院摘要传统的信号发生器其功能完全靠硬件实现，功能单一而且用户的购置、维护费用高。更重要的是，对于传统的信号发生器，其功能一旦确定便不能更改，用户要想使用新的功能则必须重新购买新的仪器，传统信号发生器的不足是显而易见的。虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。本课题完成了“虚拟信号发生器”的理论研究，在很大程度上解决了传统信号发生器的诸多弊端。本文主要研究虚拟仪器在信号发生器领域里的软件编程。本虚拟仪器可完成输出多种信号波形的同时产生与输出，信号输出频率、幅度等参数实时可调。本文研究的虚拟信号发生器主要具有如下优点：用户可自由定义其功能；系统功能升级扩充方便快捷、可与电脑等设备方便的互联。关键词:虚拟仪器,信号发生器,虚拟信号发生器,LabVIEW绪论在有关电参量的测量中，我们需要用到信号源，而信号发生器则为我们提供了在测量中所需的信号源，它可以产生不同频率的正弦信号、方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号、调幅信号、调频信号和随机信号等，其输出信号的幅值也可以按需要进行调节。传统信号发生器种类繁多，价格昂贵，而且仪器功能固定单一，不具备用户对仪器进行定义及编程的功能，一个传统实验室很难同时拥有多类信号发生器，然而，基于虚拟仪器技术的信号发生器则能够实现这一要求。随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术在数据采集、自动测试和仪器控制领域得到了广泛的应用，促进和推动测试系统和仪器控制的设计方法与实现技术发生了深刻的变化。“软件即是仪器”已成为测试与测量技术发展的重要标志。虚拟信号发生器就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的LabVIEW软件来完成各种测试、测量和自动化应用。本课题介绍了基于LabVIEW的虚拟信号发生器的研究背景和发展动态,了解虚拟仪器的特点、现状和实现方法，探索虚拟仪器的发展方向，点（CIN）是框图程序与用户提供的C语言文本程序的接口。连线是端口间的数据通道。它们类似于普通程序中的变量。数据是单向流动的，从源端口向一个或多个目的端口流动。不同的线型代表不同的数据类型。在彩显上，每种数据类型还以不同的颜色予以强调。当需要连接两个端子时，在第一个端子上点击连线工具（从工具模板栏调用），然后移动到另一个端子，再点击第二个端子。端子的先后次序不影响数据流动的方向。当把连线工具放在端子上时，该端子区域将会闪烁，表示连线将会接通该端子。虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通讯,并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相对应的各种控键.虚拟信号发生器可产生正弦波、方波和三角波等信号,根据需要,可调节其中面板上的控键,改变信号的频率、幅度与相位,并可以进行数据存储,所有信号发生的结果都可以通过软件设计的虚拟面板显示。信号发生器的设计下面将创建一个VI，该VI产生一个信号并在图形中显示出来。启动labview时将出现下面的窗口如图1所示。在这个窗口中可创建新VI、选择最近打开的LabVIEW文件、查找范例以及打开LabVIEW帮助。图1虚拟仪器的启动界面LabVIEW提供内置VI模板，包括用于创建常规测量应用程序所需的子VI、函数、结构和前面板对象。按照下列步骤，创建一个生成信号并在前面板中显示该信号的VI。1、启动LabVIEW。2、在启动窗口中单击新建下面的VI链接，显示新建对话框。正弦波发生器的设计1、前面板的设计（1）五个输入型数字控件。五个输入型数子控件提供使用者键入生成正弦波的频率、初始相位、幅值、总采样点数N与采样频率。五次连续执行右键》数值输入控件》数值输入控件，得到五个输入型数子控件，分别标记为“信号频率”、“采样频率”、“采样点数”、“信号幅值”和“初始相位”。（2）一个输出显示型图形控件。输出显示型图形控件用来显示所产生的正弦波波形。执行右键>>图形显示控件>>波形图操作，调入图形控件。其横轴为时间轴。应考虑到生成信号频率跨度大，在0.1Hz～10KHz范围内，其周期跨度也大，在10s～0.1ms范围内；行成信号幅值的范围应充满整个显示画面，故选用“波形图”显示器。（3）两个开关控件。执行右键>>按钮与开关>>垂直滑动杆开关操作，调入开关按钮控件，标记为“复位相位”。执行右键>>按钮与开关>>停止操作，调入开关按钮控件。前面板设计完成，如下图：2、程序框图的设计（1）在程序框图中执行右键>>执行过程控制>>While循环操作，调入While在这一部分，系统完成了对信号的生成和预览，但是要将信号送出去就必须将信号发送的循环结构。（2）执行右键>>算数与比较》数值四次，可以分别放置一个除法器，一个倒数器及两个常数0和10。（3）在程序框图中执行右键>>信号处理>>信号生成>>正弦信号生成.vi操作,可调入正弦信号生成图标。（4）在程序框图中执行右键>>编程>>簇、类、变体操作，调入捆绑图标。（5）在程序框图流程图中执行右键>>执行过程控制>>时间延迟操作，调入时钟图标。（6）在程序框图中执行右键>>算术与比较>>布尔操作，调入非图标。注：所需的数字频率由除法器的输出提供，该除法器完成信号频率与采样频率之比的运算，同时将采样频率取倒数转换为采样间隔，给出正弦波形的采样间隔，便于显示。如下图：正弦信号发生器程序框图3、正弦波运行结果单击运行快捷按钮，检验设计的功能是否已完全实现。设置频率信号：10Hz采样频率：100Hz采样点数：100信号幅值：5V初始相位：0°其值都是可选的。运行结果如下图：正弦信号发生器前面板功能描述该虚拟正弦信号发生器可产生正弦信号。指标为:频率范围:1Hz～10000Hz,可选;初始相位:0°～180°,可选;幅值:1V～510V,可选;生成波形的总点数:N=8～512,可选。虚拟方波发生器的设计虚拟方波发生器的设计和正弦波发生器的设计大体相同。设计出来的前面板和程序框图分别如下图所示：前面板：取信号频率0.8Hz，采样频率10Hz，采样点数200，信号幅值5V，初始相位0°方波信号发生器前面板结束语：虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。世界各国的工程师和科学家们都已将NILabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的