PAGE..基于labview的超低頻信號發(fā)生器目錄摘要1一、設計要求2二、設計思路與預期功能2三、系統(tǒng)設計介紹33.1虛擬信號發(fā)生器的前面板設計33.2虛擬信號發(fā)生器的程序框圖設計43.3虛擬信號發(fā)生器的各子模塊設計4波形選擇模塊4波形生成模塊5四、測試與結果74.1正弦波運行結果74.2三角波運行結果74.3方波運行結果84.4鋸齒波運行結果9五、性能分析9六、課設體會10七、參考文獻11摘要傳統(tǒng)的信號發(fā)生器其功能完全靠硬件實現(xiàn),功能單一而且用戶的購置、維護費用高。更重要的是,對于傳統(tǒng)的信號發(fā)生器,其功能一旦確定便不能更改,用戶要想使用新的功能則必須重新購買新的儀器,傳統(tǒng)信號發(fā)生器的不足是顯而易見的。虛擬儀器是將儀器技術、計算機技術、總線技術和軟件技術緊密的融合在一起,利用計算機強大的數(shù)字處理能力實現(xiàn)儀器的大部分功能,打破了傳統(tǒng)儀器的框架,形成的一種新的儀器模式。本課題完成了"虛擬信號發(fā)生器"的理論研究,在很大程度上解決了傳統(tǒng)信號發(fā)生器的諸多弊端。本文主要研究虛擬儀器在信號發(fā)生器領域里的軟件編程。本虛擬儀器可完成輸出多種信號波形的同時產生與輸出,信號輸出頻率、幅度等參數(shù)實時可調。本文研究的虛擬信號發(fā)生器主要具有如下優(yōu)點：用戶可自由定義其功能；系統(tǒng)功能升級擴充方便快捷、可與電腦等設備方便的互聯(lián)。關鍵詞:虛擬儀器,信號發(fā)生器,虛擬信號發(fā)生器,LabVIEW一、設計要求<1>編寫LABVIEW信號發(fā)生器實驗程序,要求可以產生方波〔占空比可調、正弦波、三角波、鋸齒波等多種波形,而且要求各種波形的參數(shù)可調、可控。頻率調節(jié)范圍0.001Hz~100Hz,幅值0~2V。<2>編寫程序對各種波形的頻率、波形、峰值等進行測量,在全波平均值測量時要注意程序編寫過程。同時記錄各種關鍵的實驗程序和實驗波形并說明。<3>界面要求：參數(shù)控制、控制按鈕、波形顯示。<4>觀察仿真結果并進行分析。<5>對該虛擬信號源進行性能評價。二、設計思路與預期功能本實驗內容主要是闡述虛擬信號發(fā)生器的前面板和程序框圖的設計。設計完的信號發(fā)生器的功能包括能夠產生正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波四種信號波形；波形的頻率、幅值、相位、偏移量及占空比等參數(shù)由前面板控件實時可調。虛擬信號發(fā)生器是基于LabVIEW軟件進行編程的,它使用的是圖形化編程語言。要完成一個虛擬信號發(fā)生器首先要進行前面板的設計,根據(jù)信號發(fā)生器所要實現(xiàn)的功能,在控件選板中選擇相應的控件,放在前面板相應的位置上,擺放要使前面板看起來比較協(xié)調。最為關鍵的是程序框圖的設計。程序框圖的設計主要用到函數(shù)選板,根據(jù)本程序要實現(xiàn)的功能,在函數(shù)選板中選擇相應的函數(shù),由于程序是多次執(zhí)行,所以需要用到循環(huán)結構,調試程序即可得到一個信號發(fā)生器。三、系統(tǒng)設計介紹3.1虛擬信號發(fā)生器的前面板設計首先在前面板需要添加一個波形顯示窗口,用于顯示產生的信號,由于產生信號的頻率、頻率檔選擇、幅值、相位、偏移量以及當波形為矩形波時的占空比可調,所以要在前面板添加四個旋鈕控件。為了更準確的輸入并實時顯示這四個旋鈕控件的具體數(shù)值,需要打開控件的數(shù)字顯示項。信號波形均為可調,信號類型包括正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波。因為程序還需要調占空比,所以前面板上還需要輸入控件并且加上信號重置開關。由此得到信號發(fā)生器的前面板如圖1所示。圖1信號發(fā)生器的前面板通過信號選擇,虛擬信號發(fā)生器可以實現(xiàn)正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波信號的輸出,調節(jié)旋鈕可以改變所選輸出波形的幅值、頻率、相位、倍率,控制輸入控件可調偏移量和占空比〔只有當選擇矩形波時可調,由此可見,虛擬信號發(fā)生器很容易地實現(xiàn)了信號的調節(jié)。3.2虛擬信號發(fā)生器的程序框圖設計LabVIEW軟件中包括很多種函數(shù),用戶可以從軟件中調用任意的函數(shù)供用戶使用。本實驗涉及到正弦波形、方波波形、三角波形、鋸齒波形、延時、While循環(huán)等函數(shù)。以下是信號發(fā)生器的程序框圖設計。圖2信號發(fā)生器的程序框圖首先函數(shù)發(fā)生器選擇"函數(shù)選板"下面"信號生成"里的"基于持續(xù)時間的信號發(fā)生器"里面有正弦、余弦、三角波、鋸齒波,只需選擇要求的波形,把不需要的刪掉即可。同時輸入端需要用到信號類型、信號頻率、幅值、偏移量、相位輸入、占空比。為了方便觀察波形變化,添加一個時間延時函數(shù)。3.3虛擬信號發(fā)生器的各子模塊設計3.3.1波形選擇模塊該信號發(fā)生器的波形選擇功能由程序框圖上的信號發(fā)生器創(chuàng)建數(shù)據(jù)輸入即可實現(xiàn),現(xiàn)將其命名為"信號選擇",右擊點擊屬性,選擇面板中得到編輯項,可選擇要求的波形,刪掉不需要波形,其設置情況如圖3所示。圖3信號選擇輸入控件的屬性設置3.3.2波形生成模塊本設計中用到的波形生成模塊包括正弦波形、方波波形、三角波形、鋸齒波形,這幾個函數(shù)可以選擇"函數(shù)選板"下面"信號生成"里的"基于持續(xù)時間的信號發(fā)生器"生成。圖4基于持續(xù)時間的信號發(fā)生器信號頻率單位為Hz<周期/時間>,持續(xù)時間的單位為秒。采樣點數(shù)和持續(xù)時間可完整定義采樣率,采樣率必須大于信號頻率的兩倍以符合Nyquist定律。采樣率>2*頻率,>2*頻率。如不符合Nyquist定律,必須按照增加采樣點數(shù)、減少持續(xù)時間或降低頻率的方式來調整。重置相位確定輸出信號的初始相位,默認值為TRUE。如重置相位的值為TRUE,LabVIEW可設置初始相位為相位輸入；如重置相位的值為FALSE,初始相位可設置為上一次VI執(zhí)行時相位輸出的值。持續(xù)時間是生成的輸出信號的持續(xù)時間,以秒為單位。默認值為1.0。這里設置為<1/倍率>,因為采樣點數(shù)固定為1000。頻率最低時要想顯示一個完整波形必須令其周期為1000s,此時倍率0.001,滿足Nyquist定律。倍率保持0.001不變頻率旋鈕為10,此時頻率為0.01Hz,持續(xù)時間為1000s不變,所以在波形圖顯示10個完整,清晰的周期。結合具體情況,波形設定采樣點數(shù)為1000。持續(xù)時間為t,信號頻率為f,因考慮波形的清晰與完整,采樣率=〔5~10信號頻率?！摺?~10f*倍率〔1t=〔2即=〔5~10*〔1~10*倍率〔3∴a=1~20本設計中取a=1時波形比較完整。采樣點數(shù)是輸出信號的采樣數(shù),默認值為100。這里設置為1000。頻率是輸出信號的頻率,以赫茲為單位。默認值為10,表示由1秒的輸出信號生成的波形在一段時間內的周期數(shù)。幅值是輸出信號的幅值,默認值為1.0,這里設置0~2V。直流偏移量是生成的輸出信號的常數(shù)偏移量或直流值,默認值為0。相位輸入是重置相位的值為TRUE時輸出信號的初始相位,以度為單位,默認值為0。方波占空比是方波在一個周期內高電平所占時間的百分比,僅當信號類型是方波時,VI使用該參數(shù),默認值為50。信號是生成的信號采樣數(shù)組。采樣率是輸出信號采樣率并且等于采樣點數(shù)/持續(xù)時間。錯誤返回VI的任何錯誤或警告。將錯誤連接至錯誤代碼至錯誤簇轉換VI,可將錯誤代碼或警告轉換為錯誤簇。相位輸出是信號下一個采樣的相位,以度為單位。四、測試與結果4.1正弦波運行結果圖5正弦信號發(fā)生器前面板在前面板的"信號選擇"中選擇正弦波,改變頻率,調節(jié)各個旋鈕數(shù)值,觀察正弦波的變化。上圖顯示的即為正弦波的顯示0.001Hz情形。4.2三角波運行結果圖6三角信號發(fā)生器前面板在前面板的"信號選擇"中選擇三角波,改變頻率,調節(jié)各個旋鈕數(shù)值,觀察三角波的變化。上圖顯示的即為三角波0.001Hz的顯示情形。4.3方波運行結果圖7方波信號發(fā)生器前面板在前面板的"信號選擇"中選擇方波,改變頻率,調節(jié)各個旋鈕數(shù)值,占空比可調,觀察方波的變化。上圖顯示的即為方波顯示0.001Hz的情形。4.4鋸齒波運行結果圖8鋸齒信號發(fā)生器前面板在前面板的"信號選擇"中選擇鋸齒波,改變頻率,調節(jié)各個旋鈕數(shù)值,觀察鋸齒波的變化。上圖顯示的即為鋸齒波顯示0.001Hz的情形。五、性能分析<1>本程序界面友好,基本與實物圖相符,生動形象,對于波形輸出具有實時的動態(tài)效果。<2>在頻率過大時,因為界面有限的原因,產生的波形將會很密集,無法辨析波形。<3>本程序對信號頻率有要求,因為信號輸入為轉盤輸入,在頻率較小時,信號能夠正常顯示在示波器上；但如果頻率過大,將需要調整頻率輸入的范圍。<4>對于原實物圖中的內對數(shù)、內線性、外掃描、外計數(shù)部分暫時無法設計出來。六、課設體會虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件,結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。世界各國的工程師和科學家們都已將NILabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產品設計周期的各個環(huán)節(jié),從而改善了產品質量、縮短了產品投放市場的時間,并提高了產品開發(fā)和生產效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實世界的信號相連,分析數(shù)據(jù)以獲取實用信息,共享信息成果,有助于在較大范圍內提高生產效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們任何項目需要。通過這次設計,自己能夠用LabVIEW軟件實現(xiàn)老師的簡單要求,這使得我對了NI公司的LabVIEW軟件的了解逐漸加深,雖然LabVIEW入手十分容易,通過從書本中學習基本的編程知識并在設計中應用,使本人的編程能力大大提升。但是想要編出更好的則要求自己在今后要不斷地學習。在完成作業(yè)也遇到了問題,但是在老師的悉心指導和嚴格要求下業(yè)已完,要是沒有老師的細心指導我不會這么順利的完作業(yè)。雖然此次實訓只有一個禮拜,但我會在以后的學習時間里,繼續(xù)擴展對該軟件的學習,提高自己的能力。七、參考文獻[1]