基于NI数据采集卡的虚拟信号发生器

-0-扬州大学水利与能源动力工程学院虚拟仪器及技术应用课程设计课程设计报告基于NI数据采集卡的虚拟信号发生器设计—王景云2018.01小组成员：电气1602姜屹161502208王景云161502222丁凯161504102陈钊均161502202基于NI数据采集卡的虚拟信号发生器设计报告设计主要内容及要求1）：产生任意信号（至少8种）2）：通过采集卡将此信号输出3）：用示波器测量产生的信号，调节信号的相关参数，观察示波器的变化。注意：信号的幅值和频率，与采集卡的关系。4）讨论信号失真的原因，并在程序中加以限制，当用户的参数选择受限时，报警（提示用户，该参数会造成信号发生器输出与要求不符），并要求重新输入设计的目的、性质与任务课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。《虚拟仪器技术及应用》是一门实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。虚拟仪器技术及应用课程是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物，它结合相应的硬件，突破传统仪器在数据处理、显示、传送等方面的限制，使用户可以方便地对其进行维护、扩展、升级等，广泛地应用在通讯、自动化、半导体、航空、电子、电力、生化制药和工业生产等各种领域。该课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要电路分析基础、程序设计、硬件电路设计、计算机基础等方面的知识融合。通过课程设计，使学生能熟练掌握LabVIEW软件应用设计，学会工程数据采集、分析、处理、显示等编程方法与技巧，使学生了解掌握虚拟仪器技术应用于工业系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，培养学生的科研基本素养，提高分析问题解决问题的能力，为后续的大学生创新实践(课外)、电气工程专业综合设计、毕业设计打下坚实的基础。设计的基本要求通过本课程设计，使学生熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，掌握通信系统设计和仿真工具，能运用电路分析基础等相关课程中的基本理论和实践知识，采用LabVIEW开发工具正确地解决电气工程系统设计中的问题。培养学生学会使用相关的技术手册及查找资料；培养学生的自学能力和独立分析问题解决问题的能力。另：自觉遵守实验室各项规章制度；认真完成所选题目的程序调试，编写设计说明书。中文摘要随着科学技术的发展，测量仪器已经广泛的应用在实践之中。与此同时，为了满足人们的需要，虚拟仪器这一虚拟测量技术也得到了广泛的应用。虚拟仪器技术是利用高性能的模拟化硬件，结合高效、灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化应用。自1986年问世以来，以其性能高、扩展性强、开发时间少、无缝集成等优点备受广泛的应用与好评。本次虚拟仪器课程设计我所设计的课题为：“基于Labview的虚拟信号发生器设计”。该课程设计题目的基本要求是：基于Labview实现一些基本函数信号的产生与调节。我所设计的虚拟信号发生器可以产生四种基本形式的波形。他们分别为：正弦波、方波、三角波、锯齿波、函数波形以及噪声波形。在产生这些波形的同时可以对其频率、幅值、相位、偏移量以及方波的占空比等参数进行人工的调节与控制。同时对于由DAQ自身所引起的信号失真这一现象给予文字及指示灯的提示，以避免该虚拟信号发生器产生的信号有较大幅度的失真。本次课程设计是基于Labview17.0这一软件所设计的。根据常用信号源的基本要求设计合理的数学模型，并通过虚拟仪器和数据采集卡共同作用输出信号。英文摘要Withthedevelopmentofscienceandtechnology,measuringinstrumentshavebeenwidelyusedinpractice.Atthesametime,inordertomeettheneedsofpeople,virtualinstrument,avirtualmeasuringtechnology,hasalsobeenwidelyused.Virtualinstrumenttechnologyistheuseofhighperformanceanaloghardware,combinedwithefficientandflexiblesoftwaretocompleteavarietyoftesting,measurementandautomationapplications.Sinceitsadventin1986,ithasbeenwidelyusedandpraisedforitsadvantages,suchashighperformance,strongexpansibility,lessdevelopmenttime,seamlessintegrationandsoon.Thesubjectofthisvirtualinstrumentcoursedesignis"designofvirtualsignalgeneratorbasedonLabVIEWbasicrequirementofthecoursedesigntopicistorealizeandadjustsomebasicfunctionsignalsbasedonLabVIEWThevirtualsignalgeneratorIdesignedcanproducefourbasicformsofthewaveform.Theyaresinewave,FangBo,trianglewave,sawtoothwave,functionwaveandnoisewave.Thefrequency,amplitude,phase,offset,andthedutyratioofsquarewavecanbeadjustedandcontrolledartificiallyatthesametime.Atthesametime,thetextandindicatorlightarepromptedforthephenomenonofsignaldistortioncausedbyDAQ,inordertoavoidthedistortionofthesignalgeneratedbythevirtualsignalgenerator.ThedesignofthiscourseisbasedonthesoftwareofLabview17.0.Areasonablemathematicalmodelisdesignedaccordingtothebasicrequirementsofthecommonsignalsource,andtheoutputsignaliscombinedthroughthevirtualinstrumentandthedataacquisitioncard.关键词：虚拟信号发生器、正弦波、方波、三角波、锯齿波、函数波形、噪声波形、NI-DAQ采集卡目录基于LabVIEW的虚拟信号发生器设计…………1双文摘要………………………2一设计思路…………4二设计方框图………………………6三设计原理…………63.1信号发生器总开关…………63.2信号输出……………………63.2.1信号发生器输出波形选择…………63.3.2信号发生器输出波形相关参数调节………………63.3输入频率判断………………63.3.1提示正常频率………63.3.2输入频率过低时……………………63.3.3输入频率过高时……………………63.3.4输入频率在指定范围内时…………73.4建立DAQ助手………………7四程序设计…………74.1信号发生器总开关…………74.1.1控件…………………74.1.2程序…………………74.2信号输出……………………74.2.1控件…………………74.2.2程序…………………94.3输入频率判断………………144.3.1控件…………………144.3.2程序…………………154.4建立DAQ助手………………21小结…………………21参考文献……………21设计思路我所设计的虚拟信号发生器主要由四部分组成。第一部分：信号发生器总开关。用于控制信号发生器的开与关。总开关的控制通过while循环来实现。第二部分：信号输出。信号发生器输出波形的选择及其相关参数（频率、幅度、相位、偏移量、方波占空比）的调节，并输出信号。波形的选择通过条件结构来实现，波形选择的显示通过组合框来实现，相关参数的调节通过数值输入控件或旋钮来实现，相关参数的数值显示通过数值显示控件来实现，输出信号通过波形图显示来是实现。第三部分：输入频率判断。提示用户所选波形在正常情况下的频率范围并对用户所选的频率进行判断，在不符合要求时给予提示。频率的正常范围通过字符串显示控件来实现。如果用户所选的频率过低或过高则提示用户并要求重新选择频率。用户所选频率的判断通过条件结构来实现，提示通过字符串显示控件以及圆形指示灯来实现。频率过低时提示：“频率过低，失真，请重新输入”。频率过高时提示：“频率过高，失真，请重新输入”。在正常范围内时提示：“正确输出”。第四部分：建立DAQ助手。根据用户所选择的波形及参数，将用户所需要的波形输出并在示波器上显示。以上就是我所设计的虚拟信号发生器的设计思路。二、设计方框图开关开关波形波形选择噪声波形函数波形锯齿波南北红三角波南北红方波南北红正弦波南北红噪声波形函数波形锯齿波南北红三角波南北红方波南北红正弦波南北红 波形波形调节占空比调节南北红偏移量调节南北红相位调节占空比调节南北红偏移量调节南北红相位调节南北红幅度调节南北红频率调节南北红是否是否失真否南北红否南北红是南北红失真提示南北红失真提示南北红输出波形三、设计原理3.1信号发生器总开关信号发生器总开关为：控件→新式→布尔→开关（采用方形指示灯（输入））按钮。开关按钮按亮时，输出真：未按亮时，输出假。通过while结构进行判断，开关按钮输出真时，产生信号。开关按钮输出假时，不产生信号，程序停止。3.2信号输出3.2.1信号发生器输出波形选择选择信号发生器输出波形显示为：基本波形采用控件→新式→字符串与路径→组合框；基本波形与噪声波形切换及噪声波形选择采用枚举控件。用户可以从正弦波、方波、三角波、锯齿波，函数波形，五种基本波形和三种噪声波形中选择其中的一种。波形选择与显示通过组合框来完成。波形选择后将用户所选的选项通过条件结构，根据用户所选的波形对应执行不同的程序，输出不同的波形。3.2.2信号发生器输出波形相关参数调节参数调节为：数值输入：控件→新式→数值→数值输入控件。旋钮：控件→新式→数值→旋钮。重置信号：控件→新式→布尔→垂直摇杆开关。参数显示为：控件→新式→数值→数值显示控件。将数值显示控件与数值输入或旋钮连在一起，使它们的数据同步。根据用户所选择的波形参数（频率、幅值、相位、偏移量、占空比）输出相应的波形。其他参数的调节由各自对应的输入控件组成。3.3输入频率判断利用字符串显示控件提示用户其所选波形的正常输出的频率范围。利用条件结构对输入的频率进行判断，当频率过低时执行提示程序：“频率过低，失真，请重新输入”；圆形指示灯亮。当频率过高时执行提示程序：“频率过高，失真，请重新输入”；圆形指示灯亮。当频率适当时执行提示程序：“正确输出”；圆形指示灯灭。3.3.提示正常频率正常频率提示为：控件→新式→字符串与路径→字符串显示控件。根据用户所选的波形执行相应的程序：文字频率提示依次为：“正弦波频率范围10-90HZ”；“方波频率范围200-280HZ”；“三角波频率范围20-90HZ”；“锯齿波频率范围40-170HZ”。3.3.2输入频率过低时文字提示为：控件→新式→字符串与路径→字符串显示控件。指示灯提示为：控件→新式→布尔→圆形指示灯。当输入频率过低时执行提示程序：显示“频率过低，失真，请重新输入”。圆形指示灯亮。3.3.3输入频率过高时文字提示为：控件→新式→字符串与路径→字符串显示控件。指示灯提示为：控件→新式→布尔→圆形指示灯。当输入频率过高时执行提示程序：显示：“频率过高，失真，请重新输入”。圆形指示灯亮。3.3.4输入频率在指定范围内时文字提示为：控件→新式→字符串与路径→字符串显示控件。指示灯提示为：控件→新式→布尔→圆形指示灯。当输入频率适当时执行提示程序：显示：“正确输出”。圆形指示灯灭。3.4建立DAQ助手DAQ为：函数→测量I/O→DAQmx-数据采集→DAQ助手。根据用户所选的波形及参数，将用户所需的波形输出，并在示波器上显示四、程序设计4.1信号发生器总开关开关按钮：按下时，输出真。未按下时，输出假。通过while结构进行判断，开关按钮输出真时，产生信号。开关按钮输出假时，不产生信号，程序停止。4.1.1控件1.开关4.1.2程序1.总开关控制4.2信号输出用户可以从正弦波、方波、三角波、锯齿波、函数波形、噪声波形六种波形中选择其中的一种。波形选择与显示通过组合框来完成。波形选择后将用户所选的选项通过条件结构，根据用户所选的波形对应执行不同的程序，输出不同的波形。将数值显示控件与数值输入或旋钮连在一起，使它们的数据同步。根据用户所选择的波形参数（频率、幅值、相位、偏移量、占空比）输出相应的波形。4.2.1控件波形选择选择设置2.数值输入3.旋钮4.数值显示5.重置信号6.波形正弦波方波三角波锯齿波函数波形高斯白噪泊松噪声均匀白噪7.函数信号图4.2.2程序基本波形1.正弦波波形选择与显示通过组合框来完成。波形选择后将用户所选的选项通过条件结构，根据用户所选的波形对应执行不同的程序，输出不同的波形。将数值显示控件与数值输入或旋钮连在一起，使它们的数据同步。根据用户所选择的波形参数（频率、幅值、相位、偏移量、占空比）输出相应的波形。频率、幅值、相位这三项参数用户可手动输入准确数值；偏移量这项参数用户可利用旋钮来调节，具体数值均可通过数值显示控件来查看。重置信号为一垂直摇杆开关，用户可在需要时使用。2.方波波形选择与显示通过组合框来完成。波形选择后将用户所选的选项通过条件结构，根据用户所选的波形对应执行不同的程序，输出不同的波形。将数值显示控件与数值输入或旋钮连在一起，使它们的数据同步。根据用户所选择的波形参数（频率、幅值、相位、偏移量、占空比）输出相应的波形。频率、幅值、相位这三项参数用户可手动输入准确数值；偏移量、占空比这两项参数用户可利用旋钮来调节，具体数值均可通过数值显示控件来查看。重置信号为一垂直摇杆开关，用户可在需要时使用。3.三角波波形选择与显示通过组合框来完成。波形选择后将用户所选的选项通过条件结构，根据用户所选的波形对应执行不同的程序，输出不同的波形。将数值显示控件与数值输入或旋钮连在一起，使它们的数据同步。根据用户所选择的波形参数（频率、幅值、相位、偏移量、占空比）输出相应的波形。频率、幅值、相位这三项参数用户可手动输入准确数值；偏移量这项参数用户可利用旋钮来调节，具体数值均可通过数值显示控件来查看。重置信号为一垂直摇杆开关，用户可在需要时使用。4.锯齿波波形选择与显示通过组合框来完成。波形选择后将用户所选的选项通过条件结构，根据用户所选的波形对应执行不同的程序，输出不同的波形。将数值显示控件与数值输入或旋钮连在一起，使它们的数据同步。根据用户所选择的波形参数（频率、幅值、相位、偏移量、占空比）输出相应的波形。频率、幅值、相位这三项参数用户可手动输入准确数值；偏移量这项参数用户可利用旋钮来调节，具体数值均可通过数值显示控件来查看。重置信号为一垂直摇杆开关，用户可在需要时使用。5.函数波形波形选择与显示通过组合框来完成。波形选择后将用户所选的选项通过条件结构，根据用户所选的波形对应执行不同的程序，输出不同的波形。将数值显示控件与函数输入连在一起，使它们的数据同步。根据用户所输入的函数输出相应的波形。重置信号为一垂直摇杆开关，用户可在需要时使用。噪声波形波形选择与显示通过组合框来完成。波形选择后将用户所选的选项通过条件结构，根据用户所选的波形对应执行不同的程序，输出不同的波形。将数值显示控件与数值输入或旋钮连在一起，使它们的数据同步。根据用户所选择的波形参数输出相应的波形。频率、幅值、相位、种子、标准差这五项参数用户可手动输入准确数值；偏移量这项参数用户可利用旋钮来调节，具体数值均可通过数值显示控件来查看。重置信号为一垂直摇杆开关，用户可在需要时使用。1.高斯白噪2．泊松噪声3.均匀白噪4.3输入频率判断利用字符串显示控件提示用户所选波形的正常输出频率的范围。利用条件结构对输入的频率进行判断，当频率过低时执行提示程序：“频率过低，失真，请重新输入”；圆形指示灯亮。当频率过高时执行提示程序：“频率过高，失真，请重新输入”；圆形指示灯亮。当频率适当时执行提示程序：“正确输出”；圆形指示灯灭。4.3.1控件1、字符串常量频率过低，失真，请重新输入正确输入频率过高，失真，请重新输入2、真常量3、假常量4、正常频率提示5、提示6、指示灯4.3.2程序1.正弦波正弦波输入频率过低文字频率提示为：“正弦波频率范围10-90HZ”。当输入频率过低时执行提示程序：显示“频率过低，失真，请重新输入”。圆形指示灯亮。正弦波输入频率适当文字频率提示为：“正弦波频率范围10-90HZ”。当输入频率适当时执行提示程序：显示：“正确输出”。圆形指示灯灭。正弦波输入频率过高文字频率提示为：“正弦波频率范围10-90HZ”。当输入频率过高时执行提示程序：显示：“频率过高，失真，请重新输入”。圆形指示灯亮。2.方波方波输入频率过低文字频率提示为：“方波频率范围200-280HZ”。当输入频率过低时执行提示程序：显示“频率过低，失真，请重新输入”。圆形指示灯亮。方波输入频率适当文字频率提示为：“方波频率范围200-280HZ”。当输入频率适当时执行提示程序：显示：“正确输出”。圆形指示灯灭。方波输入频率过高文字频率提示为：“方波频率范围200-280HZ”。当输入频率过高时执行提示程序：显示：“频率过高，失真，请重新输入”。圆形指示灯亮。3.三角波三角波输入频率过低文字频率提示为：“三角波频率范围20-90HZ”。当输入频率过低时执行提示程序：显示“频率过低，失真，请重新输入”。圆形指示灯亮。三角波输入频率适当文字频率提示为：“三角波频率范围20-90HZ”。当输入频率适当时执行提示程序：显示：“正确输出”。圆形指示灯灭。