1、.PAGE ：.；基于LabVIEW的多功能虛擬信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)作者姓名：XXX 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：XXXXXXXX 指點(diǎn)教師：XXXXXX摘 要隨著微型計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的開(kāi)展，虛擬儀器在智能化程序、處置才干、性能價(jià)錢(qián)比、可操作性等方面與傳統(tǒng)儀器相比都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將虛擬儀器引入高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不但可以提高測(cè)試效率和教學(xué)的質(zhì)量，而且為降低實(shí)驗(yàn)儀器本錢(qián)提供了有效的途徑和方法。本文選用LabVIEW圖形化編程言語(yǔ)為開(kāi)發(fā)軟件，主要開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)儀器：虛擬信號(hào)發(fā)生器，同時(shí)提出了虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立方案。基于專(zhuān)業(yè)虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具Labview，設(shè)計(jì)一虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。該虛擬信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、

2、鋸齒波等波形，頻率動(dòng)態(tài)范圍較寬且可微調(diào)。關(guān)鍵字：虛擬儀器 labVIEW 信號(hào)發(fā)器Abstrack：Along with the development of the microcomputer, compared with traditional instrument, the virtual instrument has the obvious technical advantage in knowledge ware, processing capability, the ratio between function and price, and Maneuver ability. Th

3、e introduction of the virtual instrument to the university can not only increase the efficiency and quality of testing, teaching, but also provide the effective method to reduce the cost of the experiment instrument. In that paper, selected LabVIEW graphical programming language for software develop

4、ment, mainly the development of virtual experiment equipment, virtual signal generator, virtual laboratory also made the building program. A Virtual Function Signal Generator is designed Based on Labview, The Virtual Function Signal Generator can generate Sine wave, triangle wave, square wave, teeth

5、 of a saw wave.etc。Dynamic range of frequency is wide and can regulate slightly。 Keyword : Virtual Instrument Labview Signal Generator目 錄 TOC o f h z u HYPERLINK l _Toc 第章 引 言 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .課題的提出 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .課題的主要研討任務(wù) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .課題意義 PAGE

6、REF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第章 虛擬信號(hào)發(fā)生器概略 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 信號(hào)發(fā)生器，虛擬儀器概述 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 信號(hào)發(fā)生器概述 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 虛擬儀器根本概念 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .虛擬儀器的特點(diǎn) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 虛擬儀器的現(xiàn)狀和開(kāi)展 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .虛擬儀器的現(xiàn)狀

7、PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .虛擬儀器的展望 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .虛擬信號(hào)發(fā)生器的引見(jiàn) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .信號(hào)發(fā)生器的根本原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .虛擬信號(hào)發(fā)生器的任務(wù)原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第章 虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . LabVIEW簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l

8、_Toc . LabVIEW的主要窗口 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . LabVIEW中信號(hào)處置與分析 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第章 虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .虛擬信號(hào)發(fā)生器創(chuàng)建過(guò)程 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .軟件設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 規(guī)范頻率 PAGEREF _Toc h HYPER

9、LINK l _Toc 數(shù)字信號(hào)處置 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .軟面板的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 儀器面板和參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .波形的產(chǎn)生與調(diào)理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 實(shí)現(xiàn)效果圖 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 結(jié) 論 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 致 謝 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 參考文獻(xiàn) PAGEREF

10、_Toc h 第章 引 言.課題的提出在大學(xué)四年學(xué)習(xí)中，電子產(chǎn)品的操作與制造，軟件工具的運(yùn)用與功能的實(shí)現(xiàn)都是他們主要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。我的畢業(yè)論文的標(biāo)題是用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的功能。課題的研討是基于虛擬儀器的研討與開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)而提出的。教師的辛勞用心就是希望我能多學(xué)一個(gè)軟件多會(huì)一門(mén)技術(shù)，在以后任務(wù)中多一個(gè)特點(diǎn)。.課題的主要研討任務(wù) LabVIEW在實(shí)踐生活中的廣泛運(yùn)用，其主要研討任務(wù)是學(xué)習(xí)LabVIEW的軟件功能，了解虛擬儀器的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生三角波，矩形波，正弦波，且其幅值，頻率可根據(jù)用戶(hù)進(jìn)展選擇的虛擬波形發(fā)生器。.課題意義 隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，在丈量領(lǐng)域中需求不斷更新丈量設(shè)備，以滿(mǎn)足越來(lái)

11、越高的丈量要求。在我國(guó)，傳統(tǒng)儀器技術(shù)還比較落后，目前有大批陳舊的測(cè)試儀器等待更新。這些儀器的丈量精度和可靠性均低于國(guó)外，并且自動(dòng)化程度較低。高檔儀器根本上依托國(guó)外進(jìn)口，每年都耗費(fèi)國(guó)家大量外匯。然而，花大量資金購(gòu)買(mǎi)的儀器，能夠他們只需求其中的一部分功能，同時(shí)有些其他運(yùn)用的功能要求，該儀器卻滿(mǎn)足不了。這些情況無(wú)疑是大大浪費(fèi)了投資。想象要是能將儀器略微改動(dòng)以實(shí)現(xiàn)更大的運(yùn)用范圍該多好。但是這對(duì)于傳統(tǒng)儀器來(lái)說(shuō)是非常困難的。虛擬儀器的出現(xiàn)，將徹底改動(dòng)這種局面。利用計(jì)算機(jī)豐富的軟硬件資源，用戶(hù)可以隨心所欲地根據(jù)本人的需求，設(shè)計(jì)本人的儀器系統(tǒng)，滿(mǎn)足多種多樣的運(yùn)用需求。數(shù)字信號(hào)發(fā)生器是在科學(xué)研討和工程設(shè)計(jì)中廣泛

12、運(yùn)用的一種通用儀器。目前高精度、具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)才干的信號(hào)發(fā)生器，消費(fèi)工藝復(fù)雜，價(jià)錢(qián)昂貴。所以虛擬數(shù)字存儲(chǔ)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值;虛擬信號(hào)發(fā)生器能充分發(fā)揚(yáng)虛擬儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單、功能豐富、價(jià)錢(qián)低廉、能反復(fù)開(kāi)發(fā)、可用戶(hù)自定義的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)的虛擬數(shù)字存儲(chǔ)信號(hào)發(fā)生器，可同時(shí)顯示、記錄和存儲(chǔ)多通道輸入的波形，并且可以對(duì)波形進(jìn)展數(shù)據(jù)分析和處置，具有一定的研討意義。第章 虛擬信號(hào)發(fā)生器概略. 信號(hào)發(fā)生器，虛擬儀器概述. 信號(hào)發(fā)生器概述信號(hào)發(fā)生器是消費(fèi)實(shí)際和科學(xué)研討中運(yùn)用非常廣泛的電子丈量?jī)x器。目前常用的模擬信號(hào)發(fā)生器，外型笨重，功能單一；數(shù)字信號(hào)發(fā)生器雖然有一定的功能擴(kuò)展，但價(jià)錢(qián)昂貴，維護(hù)晉級(jí)本錢(qián)高，短時(shí)間

13、內(nèi)難以普及運(yùn)用。近年來(lái)，出現(xiàn)了一種基于計(jì)算機(jī)和軟件的新型儀器虛擬儀器。虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為中心，功能由用戶(hù)定義和設(shè)計(jì)，具有虛擬面板，其測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器的關(guān)鍵是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件的功能，實(shí)現(xiàn)“軟件即儀器。在高等院校理工科教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，特別是根底課、專(zhuān)業(yè)根底課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在本科教學(xué)中尤為重要，他對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)起著有效的支撐作用。但是，近年來(lái)隨著學(xué)生人數(shù)的添加、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革不斷深化，原有實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和規(guī)模難以滿(mǎn)足開(kāi)展的需求。虛擬儀器的出現(xiàn)很好地處理了這些問(wèn)題。虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)為中心，功能由用戶(hù)定義和設(shè)計(jì)，具有虛擬面板，其測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器的關(guān)

14、鍵是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件的功能，實(shí)現(xiàn)“軟件即儀器。本文運(yùn)用虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW開(kāi)發(fā)了一種多功能虛擬信號(hào)發(fā)生器，擴(kuò)展了信號(hào)發(fā)生器的分析和計(jì)算才干，降低了儀器的價(jià)錢(qián)，加強(qiáng)了儀器的通用性，實(shí)現(xiàn)了波形顯示、存儲(chǔ)、打印和讀取以及多個(gè)丈量參數(shù)自動(dòng)顯示、相位差自動(dòng)計(jì)算等功能。. 虛擬儀器根本概念所謂虛擬儀器，就是在以計(jì)算機(jī)為中心的硬件平臺(tái)上，其功能由用戶(hù)設(shè)計(jì)和定義，具有虛擬面板，其測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的本質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種方式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果;利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處置;利用/O接口設(shè)備完成信號(hào)的采

15、集丈量與調(diào)理，從而完成各種測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。運(yùn)用者用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作虛擬面板，就好像運(yùn)用一臺(tái)公用丈量?jī)x器一樣。因此，虛擬儀器的出現(xiàn)，使丈量?jī)x器與計(jì)算機(jī)的界限模糊了.虛擬儀器的“虛擬兩字主要包含以下兩方面的含義。虛擬儀器virtual instrumention是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的親密結(jié)合是目前儀器開(kāi)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨減少，這類(lèi)儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大，目前曾經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)

16、現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖-反映了常見(jiàn)的虛擬儀器方案。圖- 虛擬儀器方案框圖虛擬儀器的主要特點(diǎn)有：盡能夠采用了通用的硬件，各種儀器的差別主要是軟件?？沙浞职l(fā)揚(yáng)計(jì)算機(jī)的才干，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處置功能，可以發(fā)明出功能更強(qiáng)的儀器。用戶(hù)可以根據(jù)本人的需求定義和制造各種儀器。虛擬儀器實(shí)踐上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研討中涉及的根底實(shí)際主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處置。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，運(yùn)用較為廣泛的計(jì)算機(jī)言語(yǔ)是美國(guó)NI公司的LabVIEW。虛擬儀器的來(lái)源可以追朔到世紀(jì)年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域曾經(jīng)有了相當(dāng)?shù)拈_(kāi)展。PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)

17、化成為能夠，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司曾經(jīng)在Macintosh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW.以前的版本。對(duì)虛擬儀器和LabVIEW長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研討開(kāi)發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。普通的PC有一些不可防止的弱點(diǎn)。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)性能不能夠太高。目前作為計(jì)算機(jī)化儀器的一個(gè)重要開(kāi)展方向是制定了VXI規(guī)范，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒(méi)有面板，其面板依然用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入規(guī)范的VXI機(jī)箱，再與計(jì)算機(jī)相連，就組成了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。VXI儀器價(jià)錢(qián)昂

18、貴，目前又推出了一種較為廉價(jià)的PXI規(guī)范儀器。 ()虛擬儀器的面板是虛擬的 虛擬儀器面板上的各種“圖標(biāo)與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件所完成的功能是一樣的:由各種開(kāi)關(guān)、按鈕、顯示器等圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)儀器電源的“通、“斷實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的“輸入通道、“放大倍數(shù)等參數(shù)的設(shè)置，以及實(shí)現(xiàn)丈量結(jié)果的“數(shù)值顯示、“波形顯示等。 傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是“實(shí)物，而且是由“手動(dòng)和“觸摸進(jìn)展操作的:虛擬儀器前面板是外形與實(shí)物相像的“圖標(biāo)，每個(gè)圖標(biāo)的“通、“斷、“放大等動(dòng)作經(jīng)過(guò)用戶(hù)操作計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)來(lái)完成。因此，設(shè)計(jì)虛擬儀器前面板就是在前面板設(shè)計(jì)窗口中擺放所需的圖標(biāo)，然后對(duì)圖標(biāo)的屬性進(jìn)展設(shè)置。()虛擬儀器丈量功能是經(jīng)過(guò)對(duì)圖形化

19、軟件流程圖的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的虛擬儀器是在以PC為中心組成的硬件平臺(tái)支持下，經(jīng)過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的功能。由于可以經(jīng)過(guò)不同測(cè)試功能軟件模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能，所以，在硬件平臺(tái)確定后，就有“軟件就是儀器的說(shuō)法。這也表達(dá)了測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)深層次的結(jié)合。虛擬儀器技術(shù)的本質(zhì)是充分利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，當(dāng)硬件確定以后，就可以經(jīng)過(guò)不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。用戶(hù)可以根據(jù)本人的需求，設(shè)計(jì)本人的儀器系統(tǒng)，滿(mǎn)足多種多樣的運(yùn)用要求。利用計(jì)算機(jī)豐富的軟、硬件資源，可以大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)的分析、處置、表達(dá)、傳送、儲(chǔ)存等方面的限制，到達(dá)傳統(tǒng)儀器無(wú)法比較的效果。它不僅可以

20、用于電子丈量、測(cè)試、分析、計(jì)量等領(lǐng)域，而且還可以用于進(jìn)展設(shè)備的監(jiān)控以及工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化。虛擬儀器還可以廣泛運(yùn)用于電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、缺點(diǎn)診斷及教學(xué)科研等多個(gè)方面。.虛擬儀器的特點(diǎn)LabVIEW是什么？LabVIEWLaboratory Virtual instrument Engineering是一種圖形化的編程言語(yǔ)，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研討實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)規(guī)范的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿(mǎn)足GPIB、VXI、RS-和RS-協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于運(yùn)用TCP/IP、ActiveX等軟件規(guī)范的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能

21、強(qiáng)大且靈敏的軟件。利用它可以方便地建立本人的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及運(yùn)用過(guò)程都生動(dòng)有趣。圖形化的程序文語(yǔ)，又稱(chēng)為“言語(yǔ)。運(yùn)用這種言語(yǔ)編程時(shí)，根本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡能夠利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟習(xí)的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具。它可以加強(qiáng)他構(gòu)建本人的科學(xué)和工程系統(tǒng)的才干，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便利途徑。運(yùn)用它進(jìn)展原理研討、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高任務(wù)效率。利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UN

22、IX、Linux、Macintosh的多種版本。與傳統(tǒng)儀器相比虛擬儀器主要有以下優(yōu)點(diǎn):()傳統(tǒng)儀器的面板只需一個(gè)，其上布置著種類(lèi)繁多的顯示與操作元件，易于導(dǎo)致許多識(shí)別與操作錯(cuò)誤。虛擬儀器與之不同，它可以經(jīng)過(guò)在幾個(gè)分面板上的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的功能。這樣，在每個(gè)分面板上就可以實(shí)現(xiàn)功能操作的單純化與面板布置的簡(jiǎn)捷化，從而提高操作的正確性與便利性。同時(shí)，虛擬儀器面板上的顯示元件和操作元件的種類(lèi)與方式不受“規(guī)范件和“加工工藝的限制，它們是由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)用戶(hù)的認(rèn)知要求和操作要求，設(shè)計(jì)儀器面板。()在通用硬件平臺(tái)確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來(lái)完成儀器的功育旨。()儀器的功能是用戶(hù)根據(jù)

23、需求由軟件來(lái)定義的，而不是事先由廠家定義好的。()儀器性能的改良和功能擴(kuò)展只需求更新相關(guān)軟件設(shè)計(jì)而不需求購(gòu)買(mǎi)新的器。()研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。()虛擬儀器開(kāi)放、靈敏，可與計(jì)算機(jī)同步開(kāi)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。Labview實(shí)現(xiàn)的功能虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的功能設(shè)計(jì)參考了常見(jiàn)信號(hào)發(fā)生器的功能，并結(jié)合虛擬儀器基于計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，在功能上有所擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：()可以產(chǎn)生lHzMHz的正弦波、方波、三角波、鋸齒波和恣意波形：()信號(hào)頻率、幅度、相位、偏移量和占空比的參數(shù)可以調(diào)理和控制；()可以顯示輸出信號(hào)波形；()采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)可以隨信號(hào)頻率在檔位變化時(shí)調(diào)理。. 虛擬儀器的現(xiàn)狀和開(kāi)展

24、.虛擬儀器的現(xiàn)狀 虛擬儀器的概念，是美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instruments Corp，簡(jiǎn)稱(chēng)NI)于年提出的。年代以來(lái)，NI公司研制和推出了許多總線系統(tǒng)的虛擬式儀器，成為這類(lèi)新型儀器世界第一消費(fèi)大戶(hù)。以后，美國(guó)的惠普(HP)公司，Tektronix公司，Racal公司等也相繼推出了許多此類(lèi)儀器，并在短短的余年便占有了世界儀器市場(chǎng)的%左右。虛擬儀器技術(shù)目前在國(guó)外開(kāi)展很快，以NI公司為代表的一批廠商己經(jīng)在市場(chǎng)上推出了基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計(jì)的商品化儀器產(chǎn)品。在美國(guó)，虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程言語(yǔ)，已作為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門(mén)必修課程。美國(guó)的斯坦福大學(xué)的機(jī)械工程系要求三、四年級(jí)的學(xué)生在

25、實(shí)驗(yàn)時(shí)運(yùn)用虛擬儀器進(jìn)展數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)控制。據(jù)“世界儀表及自動(dòng)化雜志預(yù)測(cè)，世紀(jì)初葉，世界虛擬儀器的消費(fèi)廠家將超越千家，其種類(lèi)將到達(dá)數(shù)千種，市場(chǎng)占有率將到達(dá)左右。虛擬儀器將成為本世紀(jì)儀器開(kāi)展的方向，而且有逐漸取代傳統(tǒng)硬件化電子儀器的趨勢(shì)。 近年來(lái)，世界各國(guó)的虛擬儀器公司開(kāi)發(fā)了不少虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件，以便運(yùn)用者利用這些儀器公司提供的開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件組建本人的虛擬儀器或測(cè)試系統(tǒng)，并編制測(cè)試軟件。LabVIEW采用圖形化編程方案，是非常適用的開(kāi)發(fā)軟件。LabWindows / CVI是為熟習(xí)C言語(yǔ)的開(kāi)發(fā)人員預(yù)備的、在Windows環(huán)境下的規(guī)范ANSIC開(kāi)發(fā)環(huán)境。 作為儀器領(lǐng)域中最新興的技術(shù)，虛擬儀器的開(kāi)發(fā)

26、和研討在國(guó)內(nèi)尚屬起步階段。虛擬儀器的開(kāi)發(fā)廠家，為擴(kuò)展虛擬儀器的功能，在丈量結(jié)果的數(shù)據(jù)處置、表達(dá)方式及變換方面也做了許多任務(wù)，發(fā)布了各種軟件，建立了數(shù)據(jù)處置的高級(jí)分析庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具庫(kù)(例如丈量結(jié)果的譜分析、快速傅立葉變換、各種數(shù)字濾波器、卷積處置和相關(guān)函數(shù)處置、微積分、峰值和闡值檢隊(duì)波形發(fā)生、噪聲發(fā)生、回歸分析、數(shù)值運(yùn)算、時(shí)域和頻域分析等)，使虛擬儀器開(kāi)展成為可以組建極為復(fù)雜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)。 專(zhuān)家預(yù)測(cè):未來(lái)的幾年內(nèi)，國(guó)內(nèi)將有大批企業(yè)運(yùn)用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)消費(fèi)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。隨著微型計(jì)算機(jī)的開(kāi)展，虛擬儀器將會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。.虛擬儀器的展望虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過(guò)

27、十幾年開(kāi)展，而今正沿著總線與驅(qū)動(dòng)程序規(guī)范化、硬/軟件模塊化、編程平臺(tái)圖形化和硬件模塊的即插即用方向前進(jìn)，以開(kāi)放式模塊化儀器規(guī)范為根底的虛擬儀器規(guī)范正日趨完善，加上計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛開(kāi)展，建立在虛擬儀器技術(shù)上的各種功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良的先進(jìn)儀器將層出不窮，價(jià)錢(qián)也會(huì)越來(lái)越低，運(yùn)用虛擬儀器進(jìn)展研討、設(shè)計(jì)、測(cè)試將成為一種趨勢(shì)，同樣，虛擬儀器及技術(shù)也將成為學(xué)校未來(lái)教學(xué)科研的重要方法和手段，特別是在理工科學(xué)校其運(yùn)用前景非常寬廣。虛擬儀器可以取代丈量技術(shù)傳統(tǒng)領(lǐng)域的各類(lèi)儀器，“沒(méi)有丈量就沒(méi)有鑒別，科學(xué)技術(shù)就不能前進(jìn)。虛擬儀器將會(huì)在科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用，對(duì)科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展和工業(yè)消費(fèi)將產(chǎn)生不可估量的

28、影響。.虛擬信號(hào)發(fā)生器的引見(jiàn).信號(hào)發(fā)生器的根本原理本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的前面板主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：儀器控制按鈕，輸出頻率控制窗口(包括頻率顯示單位)，頻率倍成控制，波形選擇，頻率微調(diào)按鈕，直流偏置，方波占空比調(diào)理，輸出波形幅度控制按鈕。頻率微調(diào)范圍：O Hz；直流偏置：一V；方波占空比：；輸出波形幅度：V。此外還添加了許多修飾性的元件如面板上的壓控輸入、記數(shù)輸入、同步輸出、電壓輸出等。運(yùn)用這些修飾性的元件的目的是為了添加儀器的美觀性，并盡量與真實(shí)儀器的運(yùn)用界面相一致。.虛擬信號(hào)發(fā)生器的任務(wù)原理 經(jīng)過(guò)軟件虛擬信號(hào)發(fā)生器的功能，信號(hào)由特定的虛擬儀器發(fā)出，再經(jīng)過(guò)波形顯示器表如今大家面前。虛擬儀器以計(jì)

29、算機(jī)為中心，功能由用戶(hù)定義和設(shè)計(jì)，具有虛擬面板，其測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器的關(guān)鍵是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件的功能，實(shí)現(xiàn)“軟件即儀器。本文運(yùn)用虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW開(kāi)發(fā)了一種多功能虛擬信號(hào)發(fā)生器，擴(kuò)展了信號(hào)發(fā)生器的分析和計(jì)算才干，降低了儀器的價(jià)錢(qián)，加強(qiáng)了儀器的通用性，實(shí)現(xiàn)了波形顯示、存儲(chǔ)、以及多個(gè)丈量參數(shù)自動(dòng)顯示、相位差自動(dòng)計(jì)算等功能。第章 虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW. LabVIEW簡(jiǎn)介虛擬信號(hào)發(fā)生器軟件設(shè)計(jì)采用的NI公司的虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具LabVIEW。LabVIEW是根據(jù)G編程言語(yǔ),為數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析與顯示而設(shè)計(jì)的一種圖形編程開(kāi)發(fā)環(huán)境。它用圖標(biāo)代碼替代編程言語(yǔ)創(chuàng)建

30、運(yùn)用程序，用數(shù)據(jù)流編程方法描畫(huà)程序的執(zhí)行，用圖標(biāo)和連線替代文本的方式編寫(xiě)程序，為虛擬儀器設(shè)計(jì)者提供了便利輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境，設(shè)計(jì)者利用它可以像搭積木一樣，輕松組建一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)以及構(gòu)造本人的儀器面板，而無(wú)需進(jìn)展任何煩瑣的程序代碼編寫(xiě)。運(yùn)用LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)編制的虛擬儀器程序VI包括三個(gè)部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)/銜接器。程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和察看輸出量，生成模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板。每一個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序?？驁D程序用LabVIEW圖形編程言語(yǔ)編寫(xiě)，類(lèi)似傳統(tǒng)程序的源代碼。圖標(biāo)/銜接器是子程序SubVI被其它VI調(diào)用的接口。LabVIEW采用的是自上向下的模塊化編程方法，所生

31、成的各個(gè)子程序有利于主程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)計(jì)方法可大大減小虛擬儀器開(kāi)發(fā)的難度，利于儀器開(kāi)發(fā)人員之間的分工協(xié)作。虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái)和運(yùn)用軟件兩大部分構(gòu)成。硬件平臺(tái)完成被測(cè)信號(hào)調(diào)理與信號(hào)采集，即獲取被測(cè)信號(hào)。硬件部分主要包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路及數(shù)據(jù)采集卡。而傳感器和信號(hào)調(diào)理電路針對(duì)不同的測(cè)試對(duì)象有不同的選擇和設(shè)計(jì)。目前較常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PC-DAQ系統(tǒng)、GPIB儀器測(cè)試系統(tǒng)、VXI儀器測(cè)試系統(tǒng)。. LabVIEW的主要窗口前面板前面板是圖形用戶(hù)界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶(hù)輸入和顯示輸出兩類(lèi)對(duì)象，詳細(xì)表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制control和

32、顯示對(duì)象indicator。圖所示是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生和顯示的簡(jiǎn)單VI是它的前面板，上面有一個(gè)顯示對(duì)象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)數(shù)。還有一個(gè)控制對(duì)象開(kāi)關(guān)，可以啟動(dòng)和停頓任務(wù)。顯然，并非簡(jiǎn)單地畫(huà)兩個(gè)控件就可以運(yùn)轉(zhuǎn)，在前面板后還有一個(gè)與之配套的流程圖?？刂茖?duì)象(輸入)顯示對(duì)象(輸出)圖隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的前面板流程圖流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對(duì)VI編程，以控制和支配定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必需有的東西，例如函數(shù)、構(gòu)造和連線等。圖是與圖對(duì)應(yīng)的流程圖。他們可以看到流程圖中包括了前面板上的開(kāi)關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器的連

33、線端子，還有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)構(gòu)造。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器經(jīng)過(guò)連線將產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)送到顯示控件，為了使它繼續(xù)任務(wù)下去，設(shè)置了一個(gè)While Loop循環(huán)，由開(kāi)關(guān)控制這一循環(huán)的終了。函數(shù)：隨機(jī)數(shù)發(fā)生器構(gòu)造：循環(huán)與前面板控件對(duì)應(yīng)的連線端子與前面板控件對(duì)應(yīng)的連線端子圖隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的流程圖假設(shè)將VI與規(guī)范儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，運(yùn)用VI可以仿真規(guī)范儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的規(guī)范儀器面板，而且其功能也與規(guī)范儀器相差無(wú)幾。圖標(biāo)/銜接器VI具有層次化和構(gòu)造化的特征。一個(gè)VI可以作為子程序，這里稱(chēng)為子VIsubV

34、I，被其他VI調(diào)用。圖標(biāo)與銜接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù)，詳細(xì)情況稍后引見(jiàn)。數(shù)據(jù)采集模塊是虛擬信號(hào)發(fā)生器的軟件的中心，主要完成數(shù)據(jù)采集的控制，包括觸發(fā)控制、通道控制、時(shí)基控制等。其中，觸發(fā)控制包括觸發(fā)方式、觸發(fā)斜坡和觸發(fā)電平控制，通道控制主要控制哪一通道進(jìn)展丈量和頻譜分析，時(shí)基控制主要控制采集卡掃描率、每一通道掃描次數(shù)(取樣數(shù))，多功能虛擬信號(hào)發(fā)生器采用的數(shù)據(jù)采集卡PCIE，它支持DMA方式和雙緩沖區(qū)方式，保證了實(shí)時(shí)信號(hào)不延續(xù)采集與存儲(chǔ)。這種數(shù)據(jù)采集卡支持單極性和雙極性模擬信號(hào)輸入，采樣速率可達(dá)kb/s，信號(hào)輸入范圍分別為V和-VV。提供路單端路差動(dòng)模擬輸入通道、路獨(dú)立的DA輸出通道、位線的T

35、TL型數(shù)字IO、個(gè)位MHz的定時(shí)計(jì)數(shù)器，個(gè)模擬輸入范圍等多種功能。該數(shù)據(jù)采集卡支持的操作系統(tǒng)有Windows/NT/XP/Me/x、Linux等。運(yùn)用的軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI等。這些功能使得用戶(hù)不僅可以用該卡設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器，還可以運(yùn)用該卡設(shè)計(jì)數(shù)字萬(wàn)用表、波形發(fā)生器、邏輯分析儀等，做到一卡多用，為系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)展保管余地。. LabVIEW中信號(hào)處置與分析數(shù)字信號(hào)在他們周?chē)鸁o(wú)所不在。由于數(shù)字信號(hào)具有高保真、低噪聲和便于信號(hào)處置的優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛的運(yùn)用，例如公司運(yùn)用數(shù)字信號(hào)傳輸語(yǔ)音，廣播、電視和高保真音響系統(tǒng)也都在逐漸數(shù)字化。太空中的衛(wèi)星將測(cè)得數(shù)據(jù)以數(shù)字信號(hào)的方式發(fā)送

36、到地面接納站。對(duì)遙遠(yuǎn)星球和外部空間拍攝的照片也是采用數(shù)字方法處置，去除干擾，獲得有用的信息。經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、人口普查結(jié)果、股票市場(chǎng)價(jià)錢(qián)都可以采用數(shù)字信號(hào)的方式獲得。由于數(shù)字信號(hào)處置具有這么多優(yōu)點(diǎn)，在用計(jì)算機(jī)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)展處置之前也常把它們先轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。本章將引見(jiàn)數(shù)字信號(hào)處置的根本知識(shí)，并引見(jiàn)由上百個(gè)數(shù)字信號(hào)處置和分析的VI構(gòu)成的LabVIEW分析軟件庫(kù)。 目前，對(duì)于實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，高速浮點(diǎn)運(yùn)算和數(shù)字信號(hào)處置曾經(jīng)變得越來(lái)越重要。這些系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用到生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)處置、語(yǔ)音識(shí)別、數(shù)字音頻和圖像處置等各種領(lǐng)域。數(shù)據(jù)分析的重要性在于，無(wú)法從剛剛采集的數(shù)據(jù)立刻得到有用的信息，如以下圖所示。必需消除噪音干擾、糾

37、正設(shè)備缺點(diǎn)而破壞的數(shù)據(jù)，或者補(bǔ)償環(huán)境影響，如溫度和濕度等。 表經(jīng)過(guò)分析和處置數(shù)字信號(hào)，可以從噪聲中分別出有用的信息，并用比原始數(shù)據(jù)更全面的表格顯示這些信息。以下圖顯示的是經(jīng)過(guò)處置的數(shù)據(jù)曲線。表用于丈量的虛擬儀器(VI)用于丈量的虛擬儀器(VI)執(zhí)行的典型的丈量義務(wù)有：計(jì)算信號(hào)中存在的總的諧波失真。決議系統(tǒng)的脈沖呼應(yīng)或傳送函數(shù)。估計(jì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)呼應(yīng)參數(shù)，例如上升時(shí)間、超調(diào)量等等。計(jì)算信號(hào)的幅頻特性和相頻特性。估計(jì)信號(hào)中含有的交流成分和直流成分。在過(guò)去，這些計(jì)算任務(wù)需求經(jīng)過(guò)特定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)臺(tái)來(lái)進(jìn)展，而用于丈量的虛擬儀器可以使這些丈量任務(wù)經(jīng)過(guò)LabVIEW程序文語(yǔ)在臺(tái)式機(jī)上進(jìn)展。這些用于丈量的虛擬儀器是

38、建立在數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處置的根底之上，有如下的特性：輸入的時(shí)域信號(hào)被假定為實(shí)數(shù)值。輸出數(shù)據(jù)中包含大小、相位，并且用適宜的單位進(jìn)展了刻度，可用來(lái)直接進(jìn)展圖形的繪制。計(jì)算出來(lái)的頻譜是單邊的single_sided，范圍從直流分量到Nyquist頻率(二分之一取樣頻率)。即沒(méi)有負(fù)頻率出現(xiàn)需求時(shí)可以運(yùn)用窗函數(shù)，窗是經(jīng)過(guò)刻度地，因此每個(gè)窗提供一樣的頻譜幅度峰值，可以準(zhǔn)確地限制信號(hào)的幅值。普通情況下，可以將數(shù)據(jù)采集VI的輸出直接銜接到丈量VI的輸入端。丈量VI的輸出又可以銜接到繪圖VI以得到可視的顯示。有些丈量VI用來(lái)進(jìn)展時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換，例如計(jì)算幅頻特性和相頻特性、功率譜、網(wǎng)路的傳送函數(shù)等等。另一些丈

39、量VI可以刻度時(shí)域窗和對(duì)功率和頻率進(jìn)展估算。 本章將引見(jiàn)丈量VI中常用的一些數(shù)字信號(hào)處置函數(shù)。LabVIEW的流程圖編程方法和分析VI庫(kù)的擴(kuò)展工具箱使得分析軟件的開(kāi)發(fā)變得更加簡(jiǎn)單。LabVIEW 分析VI經(jīng)過(guò)一些可以相互銜接的VI，提供了最先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)。他不用像在普通編程言語(yǔ)中那樣關(guān)懷分析步驟的詳細(xì)細(xì)節(jié)，而可以集中留意力處理信號(hào)處置與分析方面的問(wèn)題。LabVIEW i版本中，有兩個(gè)子模板涉及信號(hào)處置和數(shù)學(xué)，分別是Analyze子模板和Methematics子模板。這里主要涉及前者。進(jìn)入Functions模板Analyze Signal Processing子模板。圖其中共有個(gè)分析VI庫(kù)。

40、其中包括：Signal Generation信號(hào)發(fā)生：用于產(chǎn)生數(shù)字特性曲線和波形。Time Domain時(shí)域分析：用于進(jìn)展頻域轉(zhuǎn)換、頻域分析等。Frequency Domain頻域分析：Measurement丈量函數(shù)：用于執(zhí)行各種丈量功能，例如單邊FFT、頻譜、比例加窗以及走漏頻譜、能量的估算。Digital Filters數(shù)字濾波器：用于執(zhí)行IIR、FIR 和非線性濾波功能。Windowing窗函數(shù)：用于對(duì)數(shù)據(jù)加窗。在后面幾節(jié)中，他將學(xué)習(xí)如何運(yùn)用分析庫(kù)中的VI創(chuàng)建函數(shù)發(fā)生器和簡(jiǎn)單適用的頻譜分析儀，如何運(yùn)用數(shù)字濾波器，窗函數(shù)的作用以及不同類(lèi)型窗函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，怎樣執(zhí)行簡(jiǎn)單的曲線擬合功能，以及其他一

41、些內(nèi)容?？梢栽趌abviewexamplesanalysis 目錄中找到一些演示程序。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)造上圖表示了數(shù)據(jù)采集的構(gòu)造。在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)?duì)采集板卡初始化，板卡上和內(nèi)存中的Buffer是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。需求留意的兩個(gè)問(wèn)題是：能否運(yùn)用Buffer？能否運(yùn)用外觸發(fā)啟動(dòng)、停頓或同步一個(gè)操作。緩沖Buffers這里的緩沖指的是PC內(nèi)存的一個(gè)區(qū)域不是數(shù)據(jù)采集卡上的FIFO緩沖，它用降暫時(shí)存放數(shù)據(jù)。例如，他需求采集每秒采集幾千個(gè)數(shù)據(jù)，在一秒內(nèi)顯示或圖形化一切數(shù)據(jù)是困難的。但是將采集卡的數(shù)據(jù)先送到Buffer，他就可以先將它們快速存儲(chǔ)起來(lái)，稍后再重新找回它們顯示或分析

42、。需求留意的是Buffer與采集操作的速度及容量有關(guān)。假設(shè)他的卡有DMA性能，模擬輸入操作就有一個(gè)通向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的高速硬件通道，這就意味著所采集的數(shù)據(jù)可以直接送到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。不運(yùn)用Buffer意味著對(duì)所采集的每一個(gè)數(shù)據(jù)他都必需及時(shí)處置圖形化、分析等，由于這里沒(méi)有一個(gè)場(chǎng)所可以堅(jiān)持他著手處置的數(shù)據(jù)之前的假設(shè)干數(shù)據(jù)點(diǎn)。以下情況需求運(yùn)用Buffer I/O：需求采集或產(chǎn)生許多樣本，其速率超越了實(shí)踐顯示、存儲(chǔ)到硬件，或?qū)崟r(shí)分析的速度。需求延續(xù)采集或產(chǎn)生AC數(shù)據(jù)樣本秒，并且要同時(shí)分析或顯示某些數(shù)據(jù)。采樣周期必需準(zhǔn)確、均勻地經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)樣本。以下情況可以不運(yùn)用Buffer I/O：數(shù)據(jù)組短小，例如每秒只從兩個(gè)

43、通道之一采集一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。需求縮減存儲(chǔ)器的開(kāi)支。第章 虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì).虛擬信號(hào)發(fā)生器創(chuàng)建過(guò)程.軟件設(shè)計(jì)方案信號(hào)產(chǎn)生的運(yùn)用主要有：當(dāng)無(wú)法獲得實(shí)踐信號(hào)時(shí)，例如沒(méi)有DAQ板卡來(lái)獲得實(shí)踐信號(hào)或者受限制無(wú)法訪問(wèn)實(shí)踐信號(hào)，信號(hào)發(fā)生功能可以產(chǎn)生模擬信號(hào)測(cè)試程序。產(chǎn)生用于D/A轉(zhuǎn)換的信號(hào)在LabVIEW 中提供了波形函數(shù)，為制造函數(shù)發(fā)生器提供了方便。以WaveformWaveform Generation中的根本函數(shù)發(fā)生器Basic Function Generator.vi為例，其圖標(biāo)如下：圖其功能是建立一個(gè)輸出波形，該波形類(lèi)型有：正弦波、三角波、鋸齒波和方波。這個(gè)VI會(huì)記住產(chǎn)生的前一波形的時(shí)間標(biāo)志并且

44、由此點(diǎn)開(kāi)場(chǎng)使時(shí)間標(biāo)志延續(xù)增長(zhǎng)。它的輸入?yún)?shù)有波形類(lèi)型、樣本數(shù)、起始相位、波形頻率單位：Hz參數(shù)闡明：offset：波形的直流偏移量，缺省值為.。數(shù)據(jù)類(lèi)型DBLreset signal：將波形相位重置為相位控制值且將時(shí)間標(biāo)志置為。缺省值為FALSE.signal type：產(chǎn)生的波形的類(lèi)型，缺省值為正弦波。frequency ：波形頻率單位 Hz，缺省值為。amplitude ：波形幅值，也稱(chēng)為峰值電壓，缺省值為.。phase ：波形的初始相位單位 度缺省值為.error in ：在該VI運(yùn)轉(zhuǎn)之前描畫(huà)錯(cuò)誤環(huán)境。缺省值為 no error. 假設(shè)一個(gè)錯(cuò)誤曾經(jīng)發(fā)生，該VI在error out端前往錯(cuò)

45、誤代碼。該VI僅在無(wú)錯(cuò)誤時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 錯(cuò)誤簇包含如下參數(shù)。 status ：缺省值為FALSE，發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)變?yōu)門(mén)RUE。code ：錯(cuò)誤代碼，缺省值為。source ：在大多數(shù)情況下是產(chǎn)生錯(cuò)誤的VI或函數(shù)的稱(chēng)號(hào)，缺省值為一個(gè)空串。sampling info ：一個(gè)包括采樣信息的簇。共有Fs和#s 兩個(gè)參數(shù)。Fs ：采樣率，單位是樣本數(shù)/秒，缺省值為。#s ：波形的樣本數(shù)，缺省值為。duty cycle (%)：占空比，對(duì)方波信號(hào)是反映一個(gè)周期內(nèi)高低電平所占的比例，缺省值為%。signal out：信號(hào)輸出端phase out ：波形的相位，單位：度。error out ：錯(cuò)誤信息。假設(shè) err

46、or in 指示一個(gè)錯(cuò)誤，error out 包含同樣的錯(cuò)誤信息。否那么，它描畫(huà)該VI 引起的錯(cuò)誤形狀。運(yùn)用該VI制造的函數(shù)發(fā)生器如下，由框圖可以看出，其中沒(méi)有附加任何其他部件。圖圖 規(guī)范頻率在模擬形狀下，信號(hào)頻率用Hz或者每秒周期數(shù)為單位。但是在數(shù)字系統(tǒng)中，通常運(yùn)用數(shù)字頻率，它是模擬頻率和采樣頻率的比值，表達(dá)式如下：數(shù)字頻率模擬頻率/采樣頻率這種數(shù)字頻率被稱(chēng)為規(guī)范頻率，單位是周期數(shù)/采樣點(diǎn)。有些信號(hào)發(fā)生VI運(yùn)用輸入頻率控制量f，它的單位和規(guī)范頻率的單位一樣：周期數(shù)/每個(gè)采樣點(diǎn)，范圍從到，對(duì)應(yīng)實(shí)踐頻率中的到采樣頻率fs的全部頻率。它還以.為周期，從而令規(guī)范頻率中的.與.相等。例如某個(gè)信號(hào)的采樣

47、頻率是奈奎斯特頻率fs/，就表示每半個(gè)周期采樣一次也就是每個(gè)周期采樣兩次。與之對(duì)應(yīng)的規(guī)范頻率是/ 周期數(shù)/采樣點(diǎn)，也就是. 周期數(shù)/采樣點(diǎn)。規(guī)范頻率的倒數(shù)/f表示一個(gè)周期內(nèi)采樣的次數(shù)。假設(shè)他所運(yùn)用的VI需求以規(guī)范頻率作為輸入，就必需把頻率單位轉(zhuǎn)換為規(guī)范單位：周期數(shù)/采樣點(diǎn)。數(shù)字信號(hào)處置信號(hào)的時(shí)域顯示采樣點(diǎn)的幅值可以經(jīng)過(guò)離散傅立葉變換DFT的方法轉(zhuǎn)換為頻域顯示。為了快速計(jì)算DFT，通常采用一種快速傅立葉變換(FFT)的方法。當(dāng)信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)是的冪時(shí)，就可以采用這種方法。FFT的輸出都是雙邊的，它同時(shí)顯示了正負(fù)頻率的信息。經(jīng)過(guò)只運(yùn)用一半FFT輸出采樣點(diǎn)轉(zhuǎn)換成單邊FFT。FFT的采樣點(diǎn)之間的頻率間隔

48、是fs/N，這里fs是采樣頻率。Analyze庫(kù)中有兩個(gè)可以進(jìn)展FFT的VI，分別是 Real FFT VI 和 Complex FFT VI。這兩個(gè)VI之間的區(qū)別在于，前者用于計(jì)算實(shí)數(shù)信號(hào)的FFT，而后者用于計(jì)算復(fù)數(shù)信號(hào)的FFT。它們的輸出都是復(fù)數(shù)。大多數(shù)實(shí)踐采集的信號(hào)都是實(shí)數(shù)，因此對(duì)于多數(shù)運(yùn)用都運(yùn)用Real FFT VI 。當(dāng)然也可以經(jīng)過(guò)設(shè)置信號(hào)的虛部為，運(yùn)用Complex FFT VI 。運(yùn)用Complex FFT VI 的一個(gè)實(shí)例是信號(hào)含有實(shí)部和虛部。這種信號(hào)通常出如今數(shù)據(jù)通訊中，由于這時(shí)需求用復(fù)指數(shù)調(diào)制波形。計(jì)算每個(gè)FFT顯示的頻率分量的能量的方法是對(duì)頻率分量的幅值平方。高級(jí)分析庫(kù)中

49、Power Spectrum VI可以自動(dòng)計(jì)算能量頻譜。Power Spectrum VI的輸出單位是Vrms 。但是能量頻譜不能提供任何相位信息。FFT和能量頻譜可以用于丈量靜止或者動(dòng)態(tài)信號(hào)的頻率信息。FFT提供了信號(hào)在整個(gè)采樣期間的平均頻率信息。因此，F(xiàn)FT主要用于固定信號(hào)的分析即信號(hào)在采樣期間的頻率變化不大或者只需求求取每個(gè)頻率分量的平均能量。圖流程圖中的Array Size 函數(shù)用來(lái)根據(jù)樣本數(shù)轉(zhuǎn)換FFT的輸出，得到頻率分量的正確幅值。把該VI保管為L(zhǎng)abVIEWActivity目錄中的FFT_sided.vi。選擇頻率Hz=，采樣率= ，樣本數(shù)= 。執(zhí)行該VI。留意這時(shí)的時(shí)域圖和頻譜圖

50、。由于采樣率=樣本數(shù)= ，所以時(shí)域圖中的正弦波的周期數(shù)與選擇的頻率相等，即可以顯示個(gè)周期。假設(shè)把頻率改成，那么就會(huì)顯示個(gè)周期圖檢查頻譜圖可以看到有兩個(gè)波峰，一個(gè)位于Hz,另一個(gè)位于Hz，Hz處的波峰實(shí)踐上是Hz處的波峰的負(fù)值。由于圖形同時(shí)顯示了正負(fù)頻率，所以被稱(chēng)為雙邊FFT。先后令頻率=、Hz，執(zhí)行該VI。留意每種情況下頻譜圖中波峰位置的挪動(dòng)。察看頻率等于和時(shí)的時(shí)域波形。留意哪種情況下的波形顯示更好，并解釋緣由。由于fs = Hz，一切只能采樣頻率低于Hz的信號(hào)奈奎斯特頻率fs/。把頻率修正為Hz，可以看到頻譜圖的波峰位于 Hz。把頻率改為HZ，察看這時(shí)產(chǎn)生的圖形與第步產(chǎn)生的圖形的區(qū)別。由于大

51、于奈奎斯特頻率，所以混頻偏向等于| | = Hz。把頻率改成和Hz，執(zhí)行該VI。察看這兩種情況以下圖形能否一樣，并解釋緣由。.按照以下圖修正流程圖。上面曾經(jīng)知道由于FFT含有正負(fù)頻率的信息，所以可以FFT具有反復(fù)信息。如今這樣修正之后只顯示一半的FFT采樣點(diǎn)正頻率部分。這樣的方法叫做單邊FFT。單邊FFT只顯示正頻部分。留意要把正頻分量的幅值乘以才干得到正確的幅值。但是，直流分量堅(jiān)持不變。假設(shè)程序中思索含直流分量的情況，該當(dāng)添加一個(gè)分支或case構(gòu)造。圖設(shè)置頻率Hz = ，采樣率= ，樣本數(shù)= ， 運(yùn)轉(zhuǎn)該VI。保管該VI為L(zhǎng)abVIEWActivity目錄下的FFT_sided.vi。把頻率改

52、為Hz，執(zhí)行該VI，察看這時(shí)產(chǎn)生的圖形與第步產(chǎn)生的圖形的區(qū)別。.軟面板的設(shè)計(jì). 儀器面板和參數(shù)設(shè)置前面板是用戶(hù)接口，即交互式界面，用于用戶(hù)輸入各種控制參數(shù)、察看輸出量和顯示輸出信號(hào)波形。在前面板中，運(yùn)用了各種仿真圖標(biāo)，旋鈕、開(kāi)關(guān)等，并以數(shù)字顯示或?qū)崟r(shí)波形圖等控件模擬真實(shí)儀器的面板，在運(yùn)用中直接經(jīng)過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)設(shè)定信號(hào)的相關(guān)參數(shù)。虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的前面板，主要由以下幾個(gè)部分組成：()電源部分：包含電源開(kāi)關(guān)和電源指示兩個(gè)布爾控件；()信號(hào)類(lèi)型選擇部分：包含一個(gè)公式波形輸入控件和一個(gè)菜單下拉列表控件；()頻率調(diào)理部分：包含一個(gè)頻率調(diào)理數(shù)值旋鈕控件，一個(gè)頻率顯示的數(shù)值顯示控件，一個(gè)頻率檔位選擇的枚舉控

53、件和兩個(gè)頻率單位指示的布爾控件；()幅度、初相位、偏移量和占空比調(diào)理部分：分別包含一個(gè)幅度、初相位、偏移量和占空比的調(diào)理數(shù)值旋鈕控件和數(shù)值顯示控件；()采樣信息調(diào)理部分：包含了采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)的數(shù)值輸入控件以及兩個(gè)數(shù)值顯示控件：()波形顯示部分：包含一個(gè)輸出波形的波形圖控件和一個(gè)輸出修飾控件。數(shù)據(jù)采集模塊式虛擬信號(hào)發(fā)生器軟件的中心，主要完成數(shù)據(jù)采集的控制，數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)過(guò)多路開(kāi)關(guān)、A/D 轉(zhuǎn)換新片和數(shù)據(jù)緩存的幾個(gè)部件將多通道的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并儲(chǔ)存在其緩存中，而計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI對(duì)數(shù)據(jù)采集卡中的幾個(gè)部件的運(yùn)作進(jìn)展控制，數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)之間經(jīng)

54、過(guò)計(jì)算機(jī)總線含通訊，交換數(shù)據(jù)和控制信息。 SelcetDevicePop.Vi用戶(hù)選擇數(shù)據(jù)采集卡，DeviceOpen.Vi加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序到內(nèi)存，并確定設(shè)備的類(lèi)型，完成對(duì)設(shè)備的類(lèi)型，完成對(duì)設(shè)備的初始化，使設(shè)備做好I/O預(yù)備任務(wù)。假設(shè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)勝利前往一個(gè)非的設(shè)備句柄，假設(shè)失敗那么前往。利用MAIConfig.Vi配置多經(jīng)過(guò)模擬輸入所需的參數(shù)。 利用一個(gè)While循環(huán)以及MAIVohageIn.Vi將采集到的數(shù)據(jù)不停地從設(shè)備的緩存中讀出。 完成數(shù)據(jù)采集后，利用DeviceClose.Vi封鎖翻開(kāi)的設(shè)備，假設(shè)程序出錯(cuò)，提示信息顯示在Errmsg指示中。 波形實(shí)時(shí)顯示設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)LabView的Wave

55、form Chant控件實(shí)現(xiàn)波形的實(shí)時(shí)顯示；旋轉(zhuǎn)位置旋鈕時(shí)可以調(diào)整波形的位置，旋轉(zhuǎn)VOLTS/DIV旋鈕時(shí)可以調(diào)整波形的幅值比例；調(diào)整SEC/DIV旋鈕時(shí)可調(diào)整波形的時(shí)間分度值一個(gè)多通道波形數(shù)據(jù)采集的過(guò)程普通包括以下幾個(gè)步驟：()數(shù)據(jù)采集卡有關(guān)的采樣參數(shù)采集頻率、采集次數(shù)、采集通道、數(shù)據(jù)緩存的大小()采樣開(kāi)場(chǎng)，多路開(kāi)關(guān)對(duì)采樣通道進(jìn)展一次掃描，每個(gè)通道采樣一個(gè)點(diǎn)。()A/D 轉(zhuǎn)換。()數(shù)字信號(hào)存到數(shù)據(jù)緩存。()反復(fù)，直到采集到了所需的采樣次數(shù)，全部數(shù)據(jù)順序存儲(chǔ)到緩存中。()從數(shù)據(jù)采集卡的緩存中讀取數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中。.波形的產(chǎn)生與調(diào)理利用Open/Creat/Replace.Vi建立存放數(shù)據(jù)文

56、件的途徑、格式、稱(chēng)號(hào)，Write File控件把采集的數(shù)據(jù)寫(xiě)入事先建好的數(shù)據(jù)文件內(nèi)；Get Date/Time String控件是用來(lái)獲取每個(gè)時(shí)辰存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間；Array To Spreadsheet String控件是把采集卡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)展格式整理，輸出到Concatenate Strings控件內(nèi)，在此控件內(nèi)把采集的數(shù)據(jù)再次整理，構(gòu)成可回放顯示的字符串，為回放丈量模塊做預(yù)備。 在程序運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)場(chǎng)時(shí)先設(shè)定好存儲(chǔ)途徑，在需求存儲(chǔ)時(shí)，按下存儲(chǔ)按鈕，便立刻對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)展保管；當(dāng)按下停頓按鈕停頓存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的及時(shí)存取。本儀器功能主要包括四類(lèi)函數(shù)信號(hào)正弦波、方波、三角波、鋸齒波的輸出，頻

57、率的倍乘與微調(diào)相結(jié)合，以及實(shí)現(xiàn)輸出波形的直流偏置、電壓幅度的控制等功能。詳細(xì)目的如如表所示：輸出波形四種波形：方波、正弦三角波、鋸齒波恣意選擇輸出頻率范圍.KHz直流偏置-V方波占空比%輸出波形幅度V表 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器性能目的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)軟件部分采用專(zhuān)業(yè)的LabVIEWi圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具。虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器主要由軟件完成輸出波形信號(hào)的產(chǎn)生和輸出信號(hào)頻率的顯示。輸出波形頻率的變化的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)是將波形數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)采集卡的緩沖區(qū)當(dāng)中，經(jīng)過(guò)設(shè)置緩沖區(qū)的更新頻率改動(dòng)內(nèi)部的時(shí)鐘頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)頻率的變化。該過(guò)程主要運(yùn)用了Labview中的數(shù)據(jù)采集子模塊中的AO START 功能模塊。從實(shí)現(xiàn)功能的角度來(lái)說(shuō)，本次設(shè)計(jì)的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的功能構(gòu)造主要包括兩大功能模塊：波形產(chǎn)生模塊FG模塊和頻率單位變化控制DISPLAY模塊。波形