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1、毕业设计(论文)题 目：基于虚拟仪器的信号发生器设计学生姓名学 号专业班级 分院（系）指导教师（职称）2010年 6 月 诚信承诺书本人谨此承诺，本人所写毕业设计（论文）均由本人独立撰写，无任何抄袭行为。凡涉及他人的观点材料，均作了注释。如出现抄袭或侵犯他人知识产权的情况，愿承担由此引起的任何责任，并接受相应的处分。 学生签名： 年 月 日基于虚拟仪器的信号发生器设计【摘要】 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。本设计采用USB6211数据采集卡，将虚拟仪器技术用于
2、信号发生器的设计。该系统具有生成正弦波、方波、三角波、锯齿波及PWM波的功能。本文首先概述了信号发生器及虚拟仪器技术在国内外的发展及趋势，然后介绍了信号发生器的相关理论，给出了信号发生器的基本原理框图，并探讨了虚拟仪器的总线及其标准、框架结构、LABVIEW开发平台。在分析本系统功能需求的基础上，介绍了数据采集卡、LABVIEW的编程模式等设计中所涉及到的硬件和技术。本设计是虚拟仪器模拟真实仪器的尝试。实践证明虚拟仪器是一种优秀的解决方案，能够实现各种硬件可以完成的任务。【关键词】 虚拟仪器，数据采集卡，信号发生器，LABVIEW IV浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 英文摘要The de
3、sign of signal generator based on virtual instrument【Abstract】 Virtual instrument is formed by the instrument technology, computer technology, bus technology and software technology. Powerful digital processings ability of computer is used to achieve the main functions of instrument. Virtual instrum
4、ent broke the framework of the traditional instruments, and built a new device model. This design uses USB6211 data acquisition card. The virtual instrument technology has been utilized in the design of signal generator. The system has ability to produce sine wave, square wave, and triangle wave, sa
5、w tooth wave and PWM wave. This article summarizes the development and trend of the signal generator and virtual instrument at home and abroad at first. And then introduces the theory of signal generator, gives a basic block diagram of signal generator, also the frame structure and LABVIEW developme
6、nt platform of the virtual instrument with the inquiry of the buss standard. Based on the analysis of this systems functional requirements, this article introduces the hardware and technology which involved in design of the data acquisition card and the LABVIEWs programming modes.The design is an at
7、tempt of virtual instrument to simulate the reality instrument. It shows the virtual instrument is an excellent solution to achieve the task which is achieved by traditional hardware in the past.【Key Words】 Virtual Instruments， Data Acquisition Cards， Signal Generators， LABVIEW 目 录1 绪 论11.1 引言11.1.1
8、 信号发生器的发展11.1.2 虚拟仪器的发展趋势21.1.3 课题的主要任务32 虚拟仪器42.1 虚拟仪器的概述42.1.1 虚拟仪器的特点及优势42.1.2 虚拟仪器与传统仪器的比较52.1.3 虚拟仪器系统的组成62.1.4虚拟仪器I/O接口设备62.1.5虚拟仪器的软件结构82.2 虚拟仪器的开发软件82.2.1 虚拟仪器的开发语言82.2.2图形化虚拟仪器开发平台LABVIEW92.2.3基于LABVIEW平台的虚拟仪器程序设计92.3虚拟仪器的发展方向103系统设计的硬件平台123.1 PC机123.2 数据采集卡的选择123.2.1数据采集卡的主要性能指标123.2.2数据采集
9、卡的组成133.2.3 USB6211134 系统总体的设计及实现144.1 系统框架和设计流程144.1.1 程序框图的设计流程144.1.2 系统设计144.2 系统具体应用程序154.2.1 程序框图的具体设计步骤154.2.2 基本波形信号发生器174.2.3 PWM波信号发生器184.3 硬件连接调试194.4 整体程序的具体实现19结 论22参考文献23致 谢24浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 表目录图目录图1.1 信号发生器基本原理框图2图2.1 虚拟仪器开发框图4图2.2 虚拟仪器的内部功能的划分6图2.3 虚拟仪器构成方式7图2.4 虚拟仪器软件结构8图3.1 数据采集
10、卡USB621113图4.1 程序框图的设计流程14图4.2 基本波形虚拟通道15图4.3 PWM波虚拟通道15图4.4 基本波形信号时钟16图4.5 PWM波信号时钟16图4.6 基本信号波形运行16图4.8 循环及清除程序17图4.9 基本信号发生器程序17图4.10 基本信号发生器前面板18图4.11 PWM波信号发生程序18图4.12 PWM波信号发生前面板19图4.13总程序框图基本波形20图4.14总程序框图PWM波形20图4.15 总程序前面板211 绪 论1.1 引言信号发生器作为科学实验必不可少的装置，被广泛地应用到教学、科研等各个领域。高等学校特别是理工科的教学、科研需要大
11、量的仪器设备，例如信号源、示波器等，常用仪器都必须配置多套，但是有些仪器设备价格昂贵，如果按照传统模式新建或者改造实验室投资巨大，造成许多学校仪器设备缺乏或过时陈旧，严重影响教学科研。如果运用虚拟仪器技术构建系统，代替常规仪器、仪表，不但可以满足实验教学的需要、节约大量的经费、降低实验室建设的成本，而且能够提高教学科研的质量与效率1。1.1.1 信号发生器的发展信号发生器是一种悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲
12、电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器。自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。自从70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件
13、和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。软件控制波形的一个最大缺点就是输出波形的频率低，这主要是由CPU的工作速度决定的，如果想提高频率可以改进软件程序减少其执行周期时间或提高CPU的时钟周期，但这些办法是有限度的，根本的办法还是要改进硬件电路。随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，数字信号发生器
14、随之发展起来。其基本原理如图1.1所示。图1.1 信号发生器基本原理框图信号发生器的应用非常广泛，种类繁多。首先，信号发生器可以分通用和专用两大类，专用信号发生器主要为了某种特殊的测量目的而研制的，如电视信号发生器、脉冲编码信号发生器等，这种发生器的特性是受测量对象的要求所制约的。其次，信号发生器按输出波形又可分为正弦波信号发生器、脉冲波信号发生器、函数发生器和任意波发生器等。再次，按其产生频率的方法又可分为谐振法和合成法两种。一般传统的信号发生器都采用谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，来获得所需频率。1.1.2 虚拟仪器的发展趋势 现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物。随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。在此背景下，1986年美国国家仪器公司(National Instruments，NI)提出了虚拟仪器(Virtual Instrument，VI)的概念。尽管迄今为止虚拟仪器还没有一个统一的定义，但是一般认为：虚拟仪器是在PC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统2。作为一种以计算机软件为核心的新型仪器系统，虚拟
