基于LabVIEW的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計-論文

PAGEI--基于Labview的信號發(fā)生器的設計摘要：本文實現(xiàn)了基于Labview的虛擬正弦，余弦，方波，鋸齒波，三角波信號發(fā)生器?？梢愿鶕?jù)需要，改變波形的頻率和幅值，保存波形的分析參數(shù)到指定文件，并介紹了基于USB數(shù)據(jù)采集卡的虛擬信號輸出。本論文首先簡介了虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的開發(fā)平臺，及虛擬信號發(fā)生器的設計思路，并且給出了基于labview的虛擬信號發(fā)生器的前面板和程序設計流程圖，講述了功能模塊的設計步驟，提供了虛擬發(fā)生器的面板。本儀器系統(tǒng)操作簡便，設計靈活，具有很強的適應性。關(guān)鍵詞：虛擬函數(shù)；labview；信號發(fā)生器；波形TheDesignofSignalGeneratorBasedonLabviewAbstract：ThisarticledescribesthevirtualLabviewbasedonsine，cosine，square，sawtooth，trianglewavesignalgenerator.Canchangethewaveformofthefrequencyandamplitude，theanalysisofwaveformparameterssavedtothespecifiedfile，andintroducedtheUSBdataacquisitioncardbasedonthevirtualsignaloutput.IntroductionInthispaper，thefirstvirtualfunctionsignalgeneratorofthedevelopmentplatform，andvirtualsignalgeneratorsofdesignideas，andgivestheLabview-basedvirtualsignalgenerator'sfrontpanelandtheprogrammingflowchartdescribesthedesignofthesefunctionalmodulesprovidesavirtualpanelgenerator.Signalgeneratorinthedesignprocess，aftercarefulthought，combinedwiththespecificfunctionofLabviewacertaininnovation.Theinstrumentsystemissimple，flexibledesign，hasastrongadaptability.Keyword：Virtual；function；Labview；signalgenerator；waveform目錄1引言 11.1EE1641D型函數(shù)信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和使用說明 11.2前面板說明 11.3后面板說明 31.4自校檢查 31.5函數(shù)信號輸出 42虛擬信號發(fā)生器的應用介紹 62.1Labview開發(fā)平臺LabVIEW開發(fā)平臺簡介 72.2程序前面板 92.3框圖程序 92.4圖標/連接器 93虛擬信號發(fā)生器設計方案 103.1前面板的設計 103.2程序框圖的設計 103.2.1參數(shù)設置控件 103.2.2輸出波形選擇按鈕 103.2.3波形顯示控件 103.2.4開關(guān)控件 113.2.5流程圖的設計 113.2.6程序圖標的調(diào)入 113.2.7頻率設置 114信號發(fā)生的具體實現(xiàn) 124.1虛擬正弦波發(fā)生器的設計 124.1.1功能描述 124.1.2設計步驟 124.2虛擬方波發(fā)生器的設計 144.2.1功能描述 144.2.2設計步驟 154.3虛擬鋸齒波發(fā)生器的設計 174.3.1功能描述: 174.3.2設計步驟 174.4虛擬三角波發(fā)生器的設計 194.4.1功能描述: 194.4.2設計步驟 204.5虛擬正弦波，方波，鋸齒波，三角波發(fā)生器的的綜合設計 224.5.1發(fā)生器的前面板 224.5.2綜合發(fā)生器流程圖設計 224.5.3綜合發(fā)生器的運行結(jié)果 23致謝 25參考文獻 26-1引言1.1EE1641D型函數(shù)信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和使用說明EE1641D型函數(shù)信號發(fā)生器，是電子技術(shù)類實驗室中的常用儀表。作為信號源，它能夠輸出正弦波、矩形波和鋸齒波等波形[1]。在該儀表的講解和使用過程中發(fā)現(xiàn)，面對大量的旋鈕和按鍵，學生難以根據(jù)功能進行有效的組合。針對這些問題，以往是采用多媒體課件的形式分模塊進行教學，如分別介紹原理方框圖、儀器面板圖和使用方法。在使用方法中包括正弦波輸出、矩形波輸出、鋸齒波輸出、含直流的信號等四個單元。圖1-1給出了調(diào)整正弦波時的課件演示結(jié)果。圖1-1EE1641D前面板布局參見圖1-2。圖1-2前面板示意圖1.2前面板說明1．頻率顯示窗口顯示輸出信號的頻率或外測頻信號的頻率。2．幅度顯示窗口顯示函數(shù)輸出信號的幅度。3．掃描寬度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)此電位器可以改變內(nèi)掃描的時間長短。在外測頻時，逆時針旋到底(綠燈亮)，為外輸入測量信號經(jīng)過低通開關(guān)進入測量系統(tǒng)。4．速率調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)此電位器可調(diào)節(jié)掃頻輸出的掃頻范圍。在外測頻時，逆時針旋到底(綠燈亮)，為外輸入測量信號經(jīng)過衰減“20dB”進入測量系統(tǒng)。5．外部輸入插座當“掃描/計數(shù)鍵(13)功能選擇在外掃描狀態(tài)或外測頻功能時，外掃描控制信號或外測頻信號由此輸入?！?．TTL信號輸出器輸同標準的TTL幅度的脈沖信號，輸出阻抗為600。7．函數(shù)信號輸出端輸出多種波形受控的函數(shù)信號，輸出幅度20Vp-p(1M負載)，10Vp-p(50負載)。8．函數(shù)信號輸出幅度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)范圍20dB。9．函數(shù)信號輸出信號直流電平預置調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)范圍：–5V~+5V(50負載)，當電位器處在中心位置時，則為0電平。10．輸出波形，對稱性調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)此旋鈕可改變輸出信號的對稱性。當電位器處在中心位置時，則輸出對稱信號。11．函數(shù)信號輸出幅度衰減開關(guān)“20dB”、“40dB”鍵均不按下，輸出信號不經(jīng)衰減，直接輸出到插座口?！?0dB”、“40dB”鍵分別按下，則可選擇20dB或40dB衰減。12．函數(shù)輸出波形選擇按鈕可選擇正弦波、三角波、脈沖波輸出。13．“掃描/計數(shù)”按鈕可選擇多種掃描方式和外測頻方式。14．頻率范圍選擇按鈕每按一次此按鈕可改變輸出頻率的1個頻段。15．頻率微調(diào)旋鈕調(diào)節(jié)此旋鈕可微調(diào)輸出信號頻率，調(diào)節(jié)基數(shù)范圍為從<0。2到>2。16．整機電源開關(guān)此按鍵撳下時，機內(nèi)電源接通，整機工作。此鍵釋放為關(guān)掉整機電源。17．單脈沖按鍵控制單脈沖輸出，每撳動一次此按鍵，單脈沖輸出(17)輸出電平翻轉(zhuǎn)一次。18．單脈沖輸出端單脈沖輸出由此端口輸出。19．功率輸出端提供>4W的間頻信號功率輸出。此功能僅對×100，×1k，×10k檔有效[2]。1.3后面板說明EE1641D后面板布局參見圖1-3。圖1-3后面板示意圖1．電源插座交流市電220V輸入插座。該插座內(nèi)置保險絲管座，保險容量為0.測量、試驗的準備工作請先檢查市電電壓，確認市電電壓在220V±10%范圍內(nèi)，方可將電源線插頭插入本儀器后面板電源線插座內(nèi)，供儀器隨時開啟工作。1.4自校檢查1．在使用本儀器進行測試工作之前，可對其進行自校檢查，以確定儀器工作正常與否[3]。2．自校檢查程序(見圖1-4)。圖1-41.5函數(shù)信號輸出50高函數(shù)信號輸出1．以終端連接50匹配器的測試電纜，由前面板插座(7)輸出函數(shù)信號；2．由頻率選擇按鈕(14)選定輸出函數(shù)信號的頻段，由頻率微調(diào)旋鈕調(diào)整輸出信號頻率，直到所需的工作頻率值；3．由波形選擇按鈕(12)選定輸出函數(shù)的波形分別獲得正弦波、三角波、脈沖波；4．由信號幅度選擇器(11)和(8)選定和調(diào)節(jié)輸出信號的幅度；5．由信號電平設定器(9)選定輸出信號所攜帶的直流電平；6．輸出波形對稱調(diào)節(jié)器(10)可改變輸出脈沖信號空度比，與此類似，輸出波形為三角或正弦時可使三角波調(diào)變?yōu)殇忼X波，正弦波調(diào)變?yōu)檎c負半周分別為不同角頻率的正弦波形，且可移相180。采用課件演示的方法使學生了解了函數(shù)信號發(fā)生器的調(diào)整步驟，熟悉了相關(guān)旋鈕和按鍵的配合使用。但是，采用這種方法也存在幾個問題:(1)函數(shù)信號發(fā)生器的調(diào)整結(jié)果必須要在示波器上才能看到。而按照課程進度，學生此時對示波器只是剛剛接觸。實際操作中，往往因為示波器的調(diào)整不當而看不到函數(shù)信號發(fā)生器的輸出波形，甚圖1調(diào)整正弦波時的課件演示結(jié)果至出現(xiàn)信號的幅度、頻率等參數(shù)調(diào)整不當時亂調(diào)示波器旋鈕的現(xiàn)象。為此，希望能研制一種虛擬函數(shù)信號發(fā)生器，除了能調(diào)整規(guī)定幅度、規(guī)定頻率及規(guī)定波形的信號外，還應使學生能同步看到調(diào)整結(jié)果，明確信號中的幅度，頻率等參數(shù)應由信號發(fā)生器來負責調(diào)整，與示波器無關(guān)。這樣學生在接觸實際儀表，可以快速定位故障點。（2）作為電子技術(shù)類實驗室中的通用儀表，該型號函數(shù)信號發(fā)生器有許多與函數(shù)信號發(fā)生功能無關(guān)的旋鈕，這部分旋鈕主要用來滿足計數(shù)器功能，為此，希望研制的虛擬函數(shù)信號發(fā)生上，僅包含與函數(shù)信號發(fā)生功能相關(guān)的所有旋鈕。這樣，可以使初次接觸儀表的學生將注意力集中在函數(shù)信號發(fā)生功能上。（3）采用課件演示的方法雖然直觀，但對學生而言缺乏身臨其境的感覺。為此，希望研制的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器，能最大幅度接近實際儀表的使用，充分滿足學生對“場感”的要求，以避免虛擬和現(xiàn)實之間的脫節(jié)。為此，筆者采用NI公司的LabVIEW軟件，研制出一種虛擬ee1641d型函數(shù)信號發(fā)生器。

2虛擬信號發(fā)生器的應用介紹自從1986年美國NI(NationalInstrument)公司提出虛擬儀器的概念以來，隨著計算機技術(shù)和測量技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)也得到很快的發(fā)展。虛擬儀器是指:利用現(xiàn)有的PC機，加上特殊設計的儀器硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器。與傳統(tǒng)的儀器相比其特點主要有:具有更好的測量精度和可重復性；測量速度快；系統(tǒng)組建時間短；由用戶定義儀器功能；可擴展性強；技術(shù)更新快等。虛擬儀器以軟件為核心，其軟件又以美國NI公司的Labview虛擬儀器軟件開發(fā)平臺最為常用。Labview是一種圖形化的編程語言，主要用來開發(fā)數(shù)據(jù)采集，儀器控制及數(shù)據(jù)處理分析等軟件，功能強大。目前，該開發(fā)軟件在國際測試、測控行業(yè)比較流行，在國內(nèi)的測控領域也得到廣泛應用。函數(shù)信號發(fā)生器是在科學研究和工程設計中廣泛應用的一種通用儀器。下面結(jié)合一個虛擬函數(shù)信號發(fā)生器設計開發(fā)具體介紹基于圖形化編程語言Labview的虛擬儀器編程方法與實現(xiàn)技術(shù)。虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應用的需求。這也正是NI近30年來始終引領測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在。只有同時擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢。（1）高效的軟件軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過設計或調(diào)用特定的程序模塊，工程師和科學家們可以高效地創(chuàng)建自己的應用以及友好的人機交互界面。提供的行業(yè)標準圖形化編程軟件——LabVIEW，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲的方式，并將結(jié)果顯示給用戶。此外，還提供了更多交互式的測量工具和更高層的系統(tǒng)管理軟件工具，例如連接設計與測試的交互式軟件SignalExpress、用于傳統(tǒng)C語言的LabWindows/CVI、針對微軟VisualStudio的MeasurementStudio等等，均可滿足客戶對高性能應用的需求。有了功能強大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，從而發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測試應用中的強大優(yōu)勢。（2）模塊化的硬件面對如今日益復雜的測試測量應用，已經(jīng)提供了全方位的軟硬件的解決方案。無論您是使用PCI，PXI，PCMCIA，USB或者是1394總線，都能提供相應的模塊化的硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集、信號條理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式I/O到CAN接口等工業(yè)通訊，應有盡有。高性能的硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開發(fā)軟件，可以為負責測試和設計工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測量系統(tǒng)，滿足各種獨特的應用要求。（3）用于集成的軟硬件平臺專為測試任務設計的PXI硬件平臺，已經(jīng)成為當今測試、測量和自動化應用的標準平臺，它的開放式構(gòu)架、靈活性和PC技術(shù)的成本優(yōu)勢為測量和自動化行業(yè)帶來了一場翻天覆地的改革。PXI作為一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應用度身定制的模塊化儀器平臺，內(nèi)建有高端的定時和觸發(fā)總線，再配以各類模塊化的I/O硬件和相應的測試測量開發(fā)軟件，您就可以建立完全自定義的測試測量解決方案。無論是面對簡單的數(shù)據(jù)采集應用，還是高端的混合信號同步采集，借助PXI高性能的硬件平臺，您都能應付自如。這就是虛擬儀器技術(shù)帶給您的無可比擬的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的電子儀器是自封閉的系統(tǒng)，它具有信號輸入、輸出的能力，并有固定的用戶界面，比如：輸入、輸出信號接插件、旋鈕、按鈕、顯示儀表、顯示面板等。一個儀器包括傳感器、信號處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、存儲器和內(nèi)部總線等專門化的電路。通過這些電路來轉(zhuǎn)換、測量、分析實際信號，并將結(jié)果以各種方式顯示。然而，有時為了構(gòu)成具有一定功能的系統(tǒng)，配置了一套儀器，但對其中的某些儀器，只用到了其中一部分功能，而將它作其他功能使用時，卻不具備或達不到所需指標。如另配置一套儀器，不斷效率不高，而且價格高。要是能將原有的儀器稍加改動，就可以擴大其使用范圍。但是傳統(tǒng)的儀器功能是由制造商決定的，用戶不能任意更改，用戶如按自己的要求定制儀器需要昂貴的價格。虛擬儀器概念的提出是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流。以下是傳統(tǒng)測試儀器和虛擬儀器的一個比較：表1-1傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器對照表傳統(tǒng)儀器虛擬儀器開發(fā)和維護費用高基于軟件體系的結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省開發(fā)和維護的費用功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義與其他儀器設備的連接十分有限面向應用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以方便地與外設、網(wǎng)絡或其他應用連接數(shù)據(jù)無法編輯數(shù)數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分價格昂貴價格低廉（是傳統(tǒng)價格的五至十分之一）技術(shù)更新慢（5--10年）技術(shù)更新快（一般1--2年）系統(tǒng)封閉、功能固定、擴展性低基于計算機技術(shù)開放的功能模塊可構(gòu)成多種儀器正是因為意識到了虛擬儀器的諸多優(yōu)點及傳統(tǒng)儀器的一些弊端，所以，我們計劃開發(fā)了這樣一臺基于Labview(美國NI公司)的多功能虛擬數(shù)字發(fā)生器。其集成了示波，，動態(tài)/靜態(tài)波形分析，頻譜分析，頻率計，波形參數(shù)分析，信號發(fā)生，以及遠程示波等功能。在示波功能上，除了對波形的精確顯示外，還的波形參數(shù)進行了顯示和對其時域信號、頻域信號進行了分析。2.1Labview開發(fā)平臺LabVIEW開發(fā)平臺簡介LabVIEW是一個完全的、開放式的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)應用軟件，利用它組建儀器測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以大大簡化程序的設計。LabVIEW與VisualC++、VisualBasic、LabWindows/CVI等編程語言不同，后者采用的是基于文本語言的程序代碼（Code），而LabVIEW則是使用圖形化程序設計語言G（Graphic），用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。LabVIEW所運用的設備圖標與科學家、工程師們習慣的大部分圖標基本一致，這使得編程過程和思維過程非常的相似[4]。

LabVIEW包含有專門用于設計數(shù)據(jù)采集程序和儀器控制程序的函數(shù)庫和開發(fā)工具庫。LabVIEW的程序設計實質(zhì)上就是設計一個個的“虛擬儀器”，即“VIs”。在計算機顯示屏幕上利用函數(shù)庫和開發(fā)工具庫產(chǎn)生一個前面版（FrontPanel）；在后臺則是利用圖形化的編程語言編制用于控制前面板的框圖程序。程序的前面板具有與傳統(tǒng)儀器相類似的界面，可接受用戶的鼠標和鍵盤指令。一般來說，每一個VI都可以被其他VI調(diào)用，其功能類似于文本語言的子程序嵌套；而這種嵌套的層次，從理論上講，是不受任何限制的。LabVIEW是帶有可擴展函數(shù)庫和子程序庫的通用程序設計系統(tǒng)。它提供了用于GPIB設備控制、VXI總線控制、串行口設備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲的應用程序模塊。LabVIEW可方便的調(diào)用Windows動態(tài)鏈接庫和用戶自定義的動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)；LabVIEW還提供了CIN(CInterfaceNode)節(jié)點使得用戶可以使用由C或C++語言，如ANSIC，編譯的程序模塊，使得LabVIEW成為一個開放的開發(fā)平臺。LabVIEW還直接支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）、結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）、TCP和UDP網(wǎng)絡協(xié)議等。此外，LabVIEW還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠很方便的設置斷點，動態(tài)的執(zhí)行程序來非常直觀形象的觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，以及進行方便的調(diào)試。LabVIEW的運行機制就宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮·諾伊曼計算機體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。傳統(tǒng)的計算機語言（如C）中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機制所代替；從本質(zhì)上講，它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式（DataFlowMode），這種方式確保了程序中的函數(shù)節(jié)點（FunctionNode）只有在獲得它的全部數(shù)據(jù)后才能夠被執(zhí)行。也就是說，在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，它不受操作系統(tǒng)、計算機等因素的影響。既然LabVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動的，數(shù)據(jù)流程序設計規(guī)定，一個目標只有當它的所有輸入有效時才能夠被執(zhí)行；而目標的輸出只有當它的功能完全時才是有效的。這樣，LabVIEW中被連接的函數(shù)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。從而，我們可以通過相互連接函數(shù)節(jié)點快速簡潔的開發(fā)應用程序，甚至還可以有多個數(shù)據(jù)通道同步運行，即所謂的多線程（Multithreading）。LabVIEW的核心是VI。VI有一個人機對話的用戶界面——前面板（FrontPanel）和相當于源代碼功能的框圖程序（Diagram）。前面板接受來自框圖程序的指令。在VI的前面板中，控件（Controls）模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的框圖程序；而指示器（Indicators）則是模擬了儀器的輸出裝置并顯示由框圖程序獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。當把一個控件或指示器放置到前面板上時，LabVIEW便在框圖程序中相應的產(chǎn)生了一個終端（Terminal），這個從屬于控件或指示器的終端不能隨意的被刪除，只有刪除它對應的控件或指示器時它才會隨之一起被刪除。用LabVIEW編制框圖程序時，不必受常規(guī)程序設計語法細節(jié)的限制。首先，從函數(shù)面板（FunctionPalette）中選擇需要的函數(shù)節(jié)點（FunctionNode），將之置于框圖上適當?shù)奈恢?；然后用連線（Wires）連接各函數(shù)節(jié)點在框圖程序中的端口（Port），用來在函數(shù)節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)。這些函數(shù)節(jié)點包括了簡單的計算函數(shù)、高級的采集和分析VI以及用來存儲和檢索數(shù)據(jù)的文件輸入輸出函數(shù)和網(wǎng)絡函數(shù)。用LabVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的。我們可以將之用于頂層（TopLevel）程序，也可用作其他程序或子程序的子程序。一個VI用在其它VI中，稱之為subVI，subVI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個圖標的形式出現(xiàn)的；為了區(qū)分各個subVI，它們的圖標是可編輯的。LabVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設計的概念。用戶可以把一個應用任務分解成為一系列的子任務，每個子任務還可以分解成許多更低一級的子任務，直到把一個復雜的問題分解成為許多子任務的組合。首先設計subVI完成每個子任務，然后將之逐步組合成為能夠解決最終問題的VI。圖形化的程序設計編程簡單、直觀、開發(fā)效率高。隨著虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，圖形化的編程語言必將成為測試和控制領域內(nèi)最有前途的發(fā)展方向。2.2程序前面板程序前面板用于設置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實儀表的前面板。各種旋鈕，開關(guān)，顯示屏幕都會像真實儀器一樣簡單可見。2.3框圖程序每一個程序前面板都對應著一段框圖程序?？驁D程序用Labview圖形編程語言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D程序由端口、節(jié)點、圖框和連線構(gòu)成。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點被用來實現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向。2.4圖標/連接器圖標/連接器是子VI被其它VI調(diào)用的接口。圖標是子VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點表現(xiàn)形式；而連接器則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸入/輸出口，就象函數(shù)的參數(shù)。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應。連接器一般情況下隱含不顯示，除非用戶選擇打開觀察它[5]。

3虛擬信號發(fā)生器設計方案3.1前面板的設計根據(jù)傳統(tǒng)信號發(fā)生器面板控鍵的功能，利用Labview中的控制模板，分別在設計面板上放入模擬實際信號發(fā)生器控鍵的數(shù)據(jù)輸入控鍵、顯示器、數(shù)據(jù)輸出控件、開關(guān)、選擇器。顯示器用于顯示輸出的信號波形，數(shù)據(jù)輸入控鍵用于輸出信號的信號頻率、采樣頻率、采樣數(shù)、振幅和相位，數(shù)據(jù)輸出控鍵則用于選擇信號類型。打開Labview前面板編輯窗口，點擊鼠標右鍵，顯示控制模板，選擇Graph>>WaveformGraph，作為信號發(fā)生器的顯示器。在顯示器模板上點擊鼠標右鍵，對其進行屬性設置，如根據(jù)被顯示波形的頻率與幅度值的變化，利用工具模板中的文字工具，對顯示器橫(時間)、縱(幅度)坐標的刻度重新設置，用Graph控鍵設計的顯示器是完全同步的，波形穩(wěn)定。3.2程序框圖的設計程序框圖的設計基于Labview的圖形編程模式即所見即所得的模式進行連線設計。3.2.1(1)在前面板的設計窗口中，打開控制模塊執(zhí)行Allcontrolls>>Numeric>>Knob操作，得到幅值等控制旋鈕。(2)將鼠標移至旋鈕單擊右鍵選擇屬性(Proper2ties)選項，在隨后彈出的對話框中的外觀(Appear2ance)選項的標簽中將這些旋鈕分別命名為“頻率調(diào)節(jié)”、“幅度調(diào)節(jié)”和“相位調(diào)節(jié)”等。(3)最后定義精度。根據(jù)頻率和幅度的數(shù)值范圍，我們將其精度定義為雙精度浮點型(DBL)。具體操作仍然是在屬性(Properties)選項的數(shù)據(jù)范圍(Datarange)選項中的Representation內(nèi)完成。3.2.2輸出波形選擇按鈕用一個Case結(jié)構(gòu)來控制波形的產(chǎn)生。可以選擇輸出為正弦信號或是方波信號、三角波等。具體操作為:在前面板的設計窗口中，打開控制模塊，執(zhí)行Almontroll→ring&Enum→Textring，修改名稱為waveselect(波形選擇)。然后右鍵點擊properties選擇EditItems項，在表格中添加和編輯sinewave、ttriangle、squarewave等，并設置其先后順序。3.2.3波形顯示控件這個控件用來顯示所產(chǎn)生的波形。執(zhí)行Controls>>Graph>>WaveformChart操作，調(diào)入所選圖標。其橫軸為時間軸，縱軸為電壓軸。注意:控件參數(shù)設置應考慮到采樣頻率fs，信號頻率f一個周期采樣點n與總點數(shù)N=Samples的關(guān)系:fs=nfx，所以fs的最大值應該是被測信號頻率fs的最大值n，且N≥n[6]。3.2.4開關(guān)控件此開關(guān)用于結(jié)束運行。執(zhí)行Allcontrols>>Boolean>>StopButton操作，調(diào)入開關(guān)按鈕，標記為“STOP”。注意:在完成對虛擬儀器的前面板設計后，若需對其進行裝飾，可以執(zhí)行Allcontrolls>>Decorations操作，然后根據(jù)需要在其選項框里選擇相應的內(nèi)容對你所設計的前面板進行必要的修飾。3.2.5流程圖的設計對于虛擬信號發(fā)生器而言，它的主要功能就是為我們提供激勵信號，所以在流程圖設計中，我們首先要選擇產(chǎn)生信號的圖標以及用于產(chǎn)生信號的case結(jié)構(gòu)和循環(huán)控制While循環(huán)[7]。3.2.6程序圖標的調(diào)入(1)在流程圖設計窗口中打開(Function)模塊，執(zhí)行AllFunctions>>structures>>Whileloop調(diào)入Whileloop循環(huán)，控制程序的運行。(2)執(zhí)行structures>>casestructures調(diào)入case循環(huán)，用于控制產(chǎn)生不同信號的運行。(3)執(zhí)行AllFunctions>>Analyze>>SignalProcessing>>SignalGeneration操作，分別調(diào)入TriangleWave。vi(三角波)、SineWave。vi(正弦波)、SquareWave。vi(方波)等圖標。(4)執(zhí)行AllFunctions>>Numeric>>Multi2ple/Add分別調(diào)入乘法器和加法器[8]。3.2.7頻率設置(1)頻率設置。在模擬電路范圍，信號頻率以Hz或周期來測量，但是在數(shù)字系統(tǒng)中我們使用數(shù)字頻率，它是模擬頻率和采樣頻率之比，如下所示:數(shù)字頻率=模擬頻率/采樣頻率采樣間隔也是信號產(chǎn)生的必要條件，在遵循抽樣定理的基礎上，我們需要給出采樣頻率和采樣點數(shù)，用以產(chǎn)生信號。數(shù)字頻率由除法器的輸出提供，該除法器完成了信號頻率和采樣頻率之比的運算，將所需要的數(shù)字頻率輸出送給信號發(fā)生圖標。

4信號發(fā)生的具體實現(xiàn)在前面已經(jīng)對發(fā)生器的設計作了介紹，首先做的是正弦波發(fā)生器，依次是方波，鋸齒波，三角波發(fā)生器。運用LABVIEW的開發(fā)平臺上的模塊，對程序進行編程，從而完成實驗設計，是非常方便的，在熟悉模塊功能的基礎上，慢慢嘗試設計圖紙，并最終完成設計。4.1虛擬正弦波發(fā)生器的設計4.1.1功能描述該虛擬正弦信號發(fā)生器可產(chǎn)生正弦信號。指標為:頻率范圍:1Hz～10000Hz，可選；初始相位:0°～180°，可選；幅值:1V～510V，可選；生成波形的總點數(shù):N=8～512，可選。4.1.2設計步驟1.正弦波發(fā)生器前面板的設計正弦波發(fā)生器前面板包括五個輸入型數(shù)子控件：正弦波的信號頻率、初始相位、信號幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率，及STOP控件，復位控件和正弦波發(fā)生器[9]。（1）五個輸入型數(shù)字控件。五個輸入型數(shù)子控件提供使用者鍵入生成正弦波的頻率、初始相位、幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率。執(zhí)行Controls>>Numeric>>DigitalControl控件五次，得到五個輸入型數(shù)子控件，分別標記為“信號頻率”、“采樣頻率”、“采樣點數(shù)”、“信號幅值”和“初始相位”。（2）一個輸出顯示型圖形控件。輸出顯示型圖形控件用來顯示所產(chǎn)生的正弦波波形。執(zhí)行Controls>>Graph>>WaveformGraph操作，調(diào)入圖形控件Graph。其橫軸為時間軸。應考慮到生成信號頻率跨度大，在0。1Hz～10KHz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s～0.1ms范圍內(nèi)；行成信號幅值的范圍應充滿整個顯示畫面，故選用“Graph”顯示器。（3）兩個開關(guān)控件。執(zhí)行Controls>>Boolean>>VerticalSwitch操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標記為“復位相位”。(4)執(zhí)行Controls>>Boolean>>LabeledRoundButton操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標記為“OFF”。如圖4-1：圖4-1虛擬正弦波發(fā)生器前面板的設計（正弦波發(fā)生器前面板包括五個輸入型數(shù)子控件：正弦波的信號頻率、初始相位、信號幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率，及STOP控件，復位控件和正弦波發(fā)生器）2．正弦波發(fā)生器流程圖的設計（1）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Structures>>WhileLoop操作，調(diào)入While在這一部分，系統(tǒng)完成了對信號的生成和預覽，但是要將信號送出去就必須將信號發(fā)送的循環(huán)結(jié)構(gòu)。執(zhí)行Functions>>numeric四次，可以分別放置一個除法器，一個倒數(shù)器及兩個常數(shù)0和10。（2）在流程圖中執(zhí)行Functions>>SignalProcessing>>signalGeneration>>SineWave.vi操作，可調(diào)入SineWave.vi圖標。（3）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Cluster>>Bundle操作，調(diào)入Bundle圖標。（4）在流程圖中執(zhí)行Functions>>TimeDialog>>Wait操作，調(diào)入時鐘圖標。（5）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Boolean>>Not操作，調(diào)入Not圖標。注：所需的數(shù)字頻率由除法器的輸出提供，該除法器完成信號頻率與采樣頻率之比的運算，同時將采樣頻率取倒數(shù)轉(zhuǎn)換為采樣間隔，給出正弦波形的采樣間隔，便于顯示。如下圖：圖4-2虛擬正弦波發(fā)生器流程圖的設計（流程圖包括：除法器，倒數(shù)器，正弦波發(fā)生器，常數(shù)0和10，正弦信號發(fā)生器，時鐘圖標，Not圖標）3.正弦波運行結(jié)果單擊運行快捷按鈕，檢驗設計的功能是否已完全實現(xiàn)。設置頻率信號：0.4Hz采樣頻率：8Hz采樣點數(shù)：100信號幅值：3V初始相位：0°其值都是可選的。運行結(jié)果如下圖：圖4-3正弦波運行結(jié)果圖4.2虛擬方波發(fā)生器的設計虛擬方波發(fā)生器的設計和正弦波發(fā)生器的設計大體相同[10]。4.2.1功能描述在此繼續(xù)使用正弦波的頻率范圍，初始相位，幅值，指標為:頻率范圍:1Hz～10000Hz，可選；初始相位:0°～180°，可選；幅值:1V～510V，可選；生成波形的總點數(shù):N=8～512，可選。4.2.2設計步驟1．方波信號發(fā)生器的前面板設計方波信號發(fā)生器的前面板設計過程和正弦信號發(fā)生器的前面板設計大體相同[11]。（1）五個輸入型數(shù)字控件。五個輸入型數(shù)子控件提供使用者鍵入生成方波的頻率、初始相位、幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率。執(zhí)行Controls>>Numeric>>DigitalControl控件五次，得到五個輸入型數(shù)子控件，分別標記為“信號頻率”、“采樣頻率”、“采樣點數(shù)”、“信號幅值”和“初始相位”。如下圖所示（2）一個輸出顯示型圖形控件。輸出顯示型圖形控件用來顯示所產(chǎn)生的方波形。執(zhí)行Controls>>Graph>>WaveformGraph操作，調(diào)入圖形控件Graph。其橫軸為時間軸。應考慮到生成信號頻率跨度大，在0.1Hz～10KHz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s～0.1ms范圍內(nèi)；行成信號幅值的范圍應充滿整個顯示畫面，故選用“Graph”顯示器。（3）兩個開關(guān)控件。執(zhí)行Controls>>Boolean>>VerticalSwitch操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標記為“復位相位”。執(zhí)行Controls>>Boolean>>LabeledRoundButton操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標記為“OFF”。如下圖圖4-4虛擬方波發(fā)生器前面板的設計（方波發(fā)生器前面板包括五個輸入型數(shù)子控件：方波的信號頻率、初始相位、信號幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率，及STOP控件，復位控件和方波發(fā)生器）2．方波信號發(fā)生器流程圖設計（1）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Structures>>WhileLoop操作，調(diào)入While在這一部分，系統(tǒng)完成了對信號的生成和預覽，但是要將信號送出去就必須將信號發(fā)送的循環(huán)結(jié)構(gòu)[12]。執(zhí)行Functions>>numeric四次，可以分別放置一個除法器，一個倒數(shù)器及兩個常數(shù)0和10。（2）在流程圖中執(zhí)行Functions>>SignalProcessing>>signalGeneration>>SineWave.vi操作，可調(diào)入SineWave.vi圖標。（3）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Cluster>>Bundle操作，調(diào)入Bundle圖標。（4）在流程圖中執(zhí)行Functions>>TimeDialog>>Wait操作，調(diào)入時鐘圖標。（5）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Boolean>>Not操作，調(diào)入Not圖標。注：所需的數(shù)字頻率由除法器的輸出提供，該除法器完成信號頻率與采樣頻率之比的運算，同時將采樣頻率取倒數(shù)轉(zhuǎn)換為采樣間隔，給出方波形的采樣間隔，便于顯示[13]。如圖4-5：圖4-5虛擬方波發(fā)生器流程圖的設計（流程圖包括：除法器，倒數(shù)器，方波發(fā)生器，常數(shù)0和10，方波信號發(fā)生器，時鐘圖標，Not圖標）3.方波運行結(jié)果單擊運行快捷按鈕，檢驗設計的功能已完全實現(xiàn)。設置頻率信號：0.8Hz采樣頻率：10Hz采樣點數(shù)：200信號幅值：5V初始相位：0°其值都是可選的。運行結(jié)果如下圖：圖4-6方波運行結(jié)果圖4.3虛擬鋸齒波發(fā)生器的設計虛擬鋸齒波發(fā)生器的設計和正弦波。方波發(fā)生器的設計大體相同。4.3.1功能描述:該虛擬鋸齒波信號發(fā)生器可產(chǎn)生鋸齒波信號。指標為:頻率范圍:1Hz～10000Hz，可選；初始相位:0°～180°，可選；幅值:1V～510V，可選；生成波形的總點數(shù):N=8～512，可選。4.3.2設計步驟1．鋸齒波信號發(fā)生器的前面板設計鋸齒波信號發(fā)生器的前面板設計過程也是和正弦信號發(fā)生器。方波信號發(fā)生器的前面板設計一樣，具體設計過程如下：（1）五個輸入型數(shù)字控件。五個輸入型數(shù)子控件提供使用者鍵入生成鋸齒波的頻率、初始相位、幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率。執(zhí)行Controls>>Numeric>>DigitalControl控件五次，得到五個輸入型數(shù)子控件，分別標記為“信號頻率”、“采樣頻率”、“采樣點數(shù)”、“信號幅值”和“初始相位”。（2）一個輸出顯示型圖形控件。輸出顯示型圖形控件用來顯示所產(chǎn)生的鋸齒波形。執(zhí)行Controls>>Graph>>WaveformGraph操作，調(diào)入圖形控件Graph。其橫軸為時間軸。應考慮到生成信號頻率跨度大，在0.1Hz～10KHz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s～0.1ms范圍內(nèi)；行成信號幅值的范圍應充滿整個顯示畫面，故選用“Graph”顯示器。（3）兩個開關(guān)控件。執(zhí)行Controls>>Boolean>>VerticalSwitch操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標記為“復位相位”。執(zhí)行Controls>>Boolean>>LabeledRoundButton操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標記為“OFF”。如下圖圖4-7虛擬鋸齒波發(fā)生器前面板的設計（鋸齒波發(fā)生器前面板包括五個輸入型數(shù)子控件：鋸齒波的信號頻率、初始相位、信號幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率，及STOP控件，復位控件和鋸齒波發(fā)生器）2．鋸齒波發(fā)生器流程圖設計（1）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Structures>>WhileLoop操作，調(diào)入While在這一部分，系統(tǒng)完成了對信號的生成和預覽，但是要將信號送出去就必須將信號發(fā)送的循環(huán)結(jié)構(gòu)。執(zhí)行Functions>>numeric四次，可以分別放置一個除法器，一個倒數(shù)器及兩個常數(shù)0和10。（2）在流程圖中執(zhí)行Functions>>SignalProcessing>>signalGeneration>>SineWave.vi操作，可調(diào)入SineWave.vi圖標。（3）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Cluster>>Bundle操作，調(diào)入Bundle圖標。（4）在流程圖中執(zhí)行Functions>>TimeDialog>>Wait操作，調(diào)入時鐘圖標。（5）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Boolean>>Not操作，調(diào)入Not圖標。注：所需的數(shù)字頻率由除法器的輸出提供，該除法器完成信號頻率與采樣頻率之比的運算，同時將采樣頻率取倒數(shù)轉(zhuǎn)換為采樣間隔，給出鋸齒波形的采樣間隔，便于顯示[14]。如下圖：圖4-8虛擬鋸齒波發(fā)生器流程圖的設計（流程圖包括：除法器，倒數(shù)器，鋸齒波發(fā)生器，常數(shù)0和10，鋸齒波信號發(fā)生器，時鐘圖標，Not圖標）3.鋸齒波運行結(jié)果單擊運行快捷按鈕，檢驗設計的功能已完全實現(xiàn)。設置頻率信號：0.7Hz采樣頻率：15Hz采樣點數(shù)：150信號幅值：6V初始相位：0°其值都是可選的。鋸齒波發(fā)生器運行結(jié)果如下圖所示：圖4-9鋸齒波運行結(jié)果圖4.4虛擬三角波發(fā)生器的設計虛擬三角波發(fā)生器的設計和正弦波,方波,鋸齒波發(fā)生器的設計一樣。4.4.1功能描述:該虛擬三角波信號發(fā)生器可產(chǎn)生三角波信號。指標為:頻率范圍:1Hz～10000Hz，可選；初始相位:0°～180°，可選；幅值:1V～510V，可選；生成波形的總點數(shù):N=8～512，可選。4.4.2設計步驟1.三角波信號發(fā)生器的前面板設計三角波信號發(fā)生器的前面板設計過程也是和正弦信號發(fā)生器。方波信號發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器的前面板設計一樣，具體設計過程如下：（1）五個輸入型數(shù)字控件。五個輸入型數(shù)子控件提供使用者鍵入生成三角波的頻率、初始相位、幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率。執(zhí)行Controls>>Numeric>>DigitalControl控件五次，得到五個輸入型數(shù)子控件，分別標記為“信號頻率”、“采樣頻率”、“采樣點數(shù)”、“信號幅值”和“初始相位”。（2）一個輸出顯示型圖形控件。輸出顯示型圖形控件用來顯示所產(chǎn)生的三角波形。執(zhí)行Controls>>Graph>>WaveformGraph操作，調(diào)入圖形控件Graph。其橫軸為時間軸。應考慮到生成信號頻率跨度大，在0.1Hz～10KHz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s～0。1ms范圍內(nèi)；行成信號幅值的范圍應充滿整個顯示畫面，故選用“Graph”顯示器。（3）兩個開關(guān)控件。執(zhí)行Controls>>Boolean>>VerticalSwitch操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標記為“復位相位”。執(zhí)行Controls>>Boolean>>LabeledRoundButton操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件。如下圖所示：

圖4-10虛擬三角波發(fā)生器前面板的設計（三角波發(fā)生器前面板包括五個輸入型數(shù)子控件：三角波的信號頻率、初始相位、信號幅值、總采樣點數(shù)N與采樣頻率，及STOP控件，復位控件和三角波發(fā)生器）2．三角波發(fā)生器流程圖設計（1）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Structures>>WhileLoop操作，調(diào)入While在這一部分，系統(tǒng)完成了對信號的生成和預覽，但是要將信號送出去就必須將信號發(fā)送的循環(huán)結(jié)構(gòu)。執(zhí)行Functions>>numeric四次，可以分別放置一個除法器，一個倒數(shù)器及兩個常數(shù)0和10。（2）在流程圖中執(zhí)行Functions>>SignalProcessing>>signalGeneration>>SineWave.vi操作，可調(diào)入SineWave.vi圖標。（3）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Cluster>>Bundle操作，調(diào)入Bundle圖標。（4）在流程圖中執(zhí)行Functions>>TimeDialog>>Wait操作，調(diào)入時鐘圖標。（5）在流程圖中執(zhí)行Functions>>Boolean>>Not操作，調(diào)入Not圖標。注：所需的數(shù)字頻率由除法器的輸出提供，該除法器完成信號頻率與采樣頻率之比的運算，同時將采樣頻率取倒數(shù)轉(zhuǎn)換為采樣間隔，給出三角波形的采樣間隔，便于顯示。如下圖：圖4-11虛擬三角波發(fā)生器流程圖的設計（流程圖包括：除法器，倒數(shù)器，三角波發(fā)生器，常數(shù)0和10，三角波信號發(fā)生器，時鐘圖標，Not圖標）3.三角波運行結(jié)果單擊運行快捷按鈕，檢驗設計的功能已完全實現(xiàn)。設置頻率信號：1.2Hz采樣頻率：14Hz采樣點數(shù)：120信號幅值：4V初始相位：0°其值都是可選的。三角波發(fā)生器運行結(jié)果如下圖所示：圖4-12三角波運行結(jié)果圖4.5擬正弦波，方波，鋸齒波，三角波發(fā)生器的的綜合設計4.5.1發(fā)生器的前面板在此這四種波綜合設計的功能描述，設計步驟基本上和這四種波單獨設計時一樣所以不再作解說。其幾種波的綜合出來的前面板如下圖所示：圖4-13虛擬綜合發(fā)生器前面板的設計4.5.2綜合發(fā)生器流程圖設計其具體所需要的調(diào)入和前面幾種波的調(diào)入一樣，在此需要說明的是怎樣把幾種波組合在一起，使之能夠同時產(chǎn)生波形，這樣可以免去分別進行時的麻煩，把這幾種波綜合在一起也很有利于對幾種波的觀察，比較。此流程圖的設計產(chǎn)生出來的波，他們共用相同的采樣點數(shù)，信號頻率，采樣頻率，信號幅值，及初始相位。如下圖：圖4-14虛擬綜合發(fā)生器流程圖的設計4.5.3綜合發(fā)生器的運行結(jié)果單擊運行快捷按鈕，檢驗設計的功能已完全實現(xiàn)。(1)設置信號頻率：0.5Hz采樣頻率：20Hz采樣點數(shù)：150信號幅值：5V初始相位：0°其值都是可選的。綜合發(fā)生器運行結(jié)果如下圖所示：圖4-15綜合發(fā)生器運行結(jié)果圖（2）為便于幾種波的比較再設置信號頻率：0.4Hz采樣頻率：10Hz采樣點數(shù)：200信號幅值：5V初始相位：0°其值都是可選的。其運行結(jié)果如下圖所示：圖4-16綜合發(fā)生器運行結(jié)果的比較圖

致謝略

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