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1、测控系统综合训练课程设计报告设计题目： 基于LabVIEW电子测量仪器虚拟化设计 班 级： 12 东测控 姓 名： 杨玉波 学 号： 12814117 指导教师： 李钉 成 绩： 江苏理工学院 电气信息工程学院 2015 年11月28日至2015 年12月19日目录前言1第一章 虚拟信号发生器设计21.1 虚拟信号发生器设计要求21.2 虚拟信号发生器设计思路与预期功能21.3 虚拟信号发生器系统设计介绍21.3.1 虚拟信号发生器的前面板设计21.3.2虚拟信号发生器的程序框图设计31.3.3 虚拟信号发生器的各子模块设计41.4 测试与结果61.4.1正弦波运行结果61.4.2三角波运行结
2、果61.4.3方波运行结果71.4.4锯齿波运行结果71.5 性能分析7第二章 虚拟双踪示波器设计92.1 虚拟双踪示波器设计要求92.2 虚拟双踪示波器设计思路与预期功能92.3虚拟双踪示波器系统设计介绍102.4 测试与结果132.5性能分析17第三章 虚拟数字频率计设计183.1 虚拟数字频率计设计要求183.2 虚拟数字频率计设计思路与预期功能183.3 虚拟数字频率计系统设计介绍183.4测试与结果203.4.1.正弦波测试结果203.4.2.三角波测试结果203.4.3.方波测试结果213.4.4.锯齿波测试结果21总结22参考文献23 前言传统的信号发生器其功能完全靠硬件实现，功
3、能单一而且用户的购置、维护费用高。更重要的是，对于传统的信号发生器，其功能一旦确定便不能更改，用户要想使用新的功能则必须重新购买新的仪器，传统信号发生器的不足是显而易见的。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。本次课题共三个。课题一要求设计虚拟信号发生器，需编写LABVIEW仿真信号发生器实验程序，要求可以产生方波（占空比可调）、正弦波、三角波、锯齿波等多种波形，而且要求各种波形的参数可调、可控。频率调节范围不小于20Hz300KHz。课题二是虚拟双踪示波器，编写LA
4、BVIEW虚拟示波器实验程序，可以对两路信号进行观察与测量。课题三是虚拟数字频率计，编写LABVIEW虚拟数字频率计实验程序，可以对方波、正弦波、三角波、锯齿波等多种周期信号进行频率的测量且频率调节范围可调。虚拟仪器作为教学的新手段，已慢慢地走进了电子技术的课堂和实验室，正逐渐改变着电子技术教学的传统模式，这也是现代教育技术发展的必然。总之，虚拟仪器有很广阔的发展空间，并最终要取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品，成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心。第1章 虚拟信号发生器设计1.1 虚拟信号发生器设计要求：虚拟信号发生器在设计时有以下5点要求（1） 编写LABVIEW仿真信号发生器实验
5、程序，要求可以产生方波（占空比可调）、 正弦波、三角波、锯齿波等多种波形，而且要求各种波形的参数可调、可 控。频率调节范围不小于10Hz-1MHz。（2） 编写程序对各种波形的有效值、全波平均值、峰值等进行测量，在全波平 均值测量时要注意程序编写过程。同时记录各种关键的实验程序和实验波 形并说明。（3）界面要求：参数控制、控制按钮、波形显示。（4）观察仿真结果并进行分析。（5）对该虚拟信号源进行性能评价。1.2 虚拟信号发生器设计思路与预期功能本实验内容主要是阐述虚拟信号发生器的前面板和程序框图的设计。设计完的信号发生器的功能包括能够产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波四种信号波形；波形的频率、
6、幅值、相位、偏移量及占空比等参数由前面板控件实时可调。虚拟信号发生器是基于LabVIEW软件进行编程的，它使用的是图形化编程语言。要完成一个虚拟信号发生器首先要进行前面板的设计，根据信号发生器所要实现的功能，在控件选板中选择相应的控件，放在前面板相应的位置上，摆放要使前面板看起来比较协调。最为关键的是程序框图的设计。程序框图的设计主要用到函数选板，根据本程序要实现的功能，在函数选板中选择相应的函数，由于程序是多次执行，所以需要用到循环结构。调试程序即可得到一个信号发生器。1.3 虚拟信号发生器系统设计介绍1.3.1 虚拟信号发生器的前面板设计首先在前面板需要添加两个波形显示窗口，用于显示产生的
7、信号，由于产生信号的频率、频率档选择、幅值、相位、偏移量以及当波形为矩形波时的占空比可调，所以要在前面板添加四个旋钮控件。为了更准确的输入并实时显示这四个旋钮控件的具体数值，需要打开控件的数字显示项。信号波形均为可调，因此要添加一个枚举来选择不同的信号类型，信号类型包括正弦波、矩形波、三角波、锯齿波。因为程序还需要调占空比，所以前面板上还需要输入控件并且加上信号重置开关。由此得到信号发生器的前面板如图1-1所示：图1-1 信号发生器的前面板通过信号选择，虚拟信号发生器可以实现正弦波、矩形波、三角波、锯齿波信号的输出，调节旋钮可以改变所选输出波形的幅值、频率、相位，控制输入控件可调偏移量和占空比
8、（只有当选择矩形波时可调），由此可见，虚拟信号发生器很容易地实现了信号的调节。1.3.2虚拟信号发生器的程序框图设计LabVIEW软件中包括很多种函数，用户可以从软件中调用任意的函数供用户使用。本实验涉及到正弦波形、方波波形、三角波形、锯齿波形、循环结构、条件结构、延时等函数。以下是信号发生器的程序框图设计。图1-2 信号发生器的程序框图首先需要对前面板上的“信号类型”输入控件的属性进行一下设置，使其在控件下拉列表里可以选择“正弦波”、“矩形波”、“三角波”、“锯齿波”在程序面板上添加一个条件结构，将“信号选择”控件与其相连。按照属性的设置，条件结构值为0时，在条件结构里加入一个正弦波形函数；
9、条件结构值为1时加入一个三角波形函数；条件结构值为2时加入一个方波形函数；条件结构值为3时加入一个锯齿波形函数，将频率、幅值、相位、偏移量、占空比输入控件分别和这五个波形函数连起来。为了方便观察波形变化，添加一个时间延时函数。为了实现程序的连续运行，添加一个while循环结构。最终，所设计的信号发生器的程序框图如图1-2所示。1.3.3 虚拟信号发生器的各子模块设计 1.波形选择模块 该信号发生器的波形选择功能由前面板上的“文本下拉列表”输入控件实 现，现将其命名为“信号选择”。首先需要设置一下它的属性，其设置情况如图1-3所示。图1-3 信号选择输入控件的属性设置 2.波形生成模块本设计中用
10、到的波形生模块包括正弦波形、方波波形、三角波形、锯齿波形，如下图所示。图1-4 波形函数1.4 测试与结果1.4.1正弦波运行结果图1-5 正弦信号发生器前面板在前面板的“信号选择”中选择正弦波，改变频率，调节各个旋钮数值，观察正弦波的变化。上图显示的即为正弦波的显示情形以及加了白噪声的正弦波形。1.4.2三角波运行结果图1-6 三角信号发生器前面板在前面板的“信号选择”中选择三角波，改变频率，调节各个旋钮数值，观察三角波的变化。上图显示的即为三角波的显示情形以及加了白噪声的三角波形。1.4.3方波运行结果图1-7 方波信号发生器前面板 在前面板的“信号选择”中选择方波，改变频率，调节各个旋钮
11、数值，占空比可调，观察方波的变化。上图显示的即为方波的显示情形以及加了白噪声的方波形。1.4.4锯齿波运行结果图1-8 锯齿信号发生器前面板在前面板的“信号选择”中选择锯齿波，改变频率，调节各个旋钮数值，观察锯齿波的变化。上图显示的即为锯齿波的显示情形以及加了白噪声的锯齿波形。1.5 性能分析 1.本程序界面清晰，基本与实物图相符，生动形象，对于波形输出具有实时的动态效果。 2.在采样数过大时，因为界面有限的原因，产生的波形将会很密集，无法辨析波形。 第二章 虚拟双踪示波器设计2.1 虚拟双踪示波器设计要求：虚拟双踪示波器设计时有以下几点要求（1）编写LABVIEW虚拟示波器实验程序，要求可以
12、对两路信号进行观察与测量。（2）界面要求：参数控制、控制按钮、波形显示。（3）观察仿真结果并进行分析。（4）对该虚拟示波器进行性能评价。2.2 虚拟双踪示波器设计思路与预期功能本设计的想法是尽量与现实中的面板相一致，实现示波器最基本的显示和调节功能。所以本设计我设计了包含CH A和CH B的双通道示波器，即双踪示波器。设计时考虑的是以下几个部分: （1）CH A和CH B通道设计及选择。设置两个控件控制CH A和CH B选通状况，分别输入正弦波、三角波、方波和锯齿波。（2）波形产生。由于没有外界信号输入设备，所以不能用外部数据采集的方法输入信号波形，那么自己设计一个信号发生器，使两个通道都能实
13、现基本模拟信号正弦波、三角波、方波、锯齿波的输入。 （3）波形显示。采用波形图控件。 （4）波形控制部分。包括CH A信号幅度调节和幅度偏移、CHB信号幅度调节和幅度偏移、同时开的时候两个信号叠加开关。 （5）停止示波器。通过while循环的停止按钮设置示波器停止工作。2.3虚拟双踪示波器系统设计介绍2.3.1.整体设计方案本设计的VI在创建过程中，首先创建前面板，然后进行程序框图的编写。在程序的编写中，使用了条件结构，while循环结构以及常用的数据处理函数，同时还用到了信号生成控件VI、旋钮控件VI等多个labVIEW控件。在程序框图的编写过程中，创建了多个labVIEW子VI，用于双通道示波器部分功能的实现，完整的设计框图如下所示：图2-1 虚拟双踪示波器前面板图2-2 虚拟双踪示波器程序框图2.3.2.设计步骤 1.通道A、B的选择及波形发生在程序框图面板上调用一个子功能，程序框图如下：图2-3 程序框图 2.波形控制和调节部分 这部分是为了获得显示波形的详细信息而设计的，其结构如下图： 图2-4 信息显示控件图2-5延迟时间图2-5是为了更清楚的观测而设置的，运行期间信号变化很快，不利于做详细的观测比较，解决该问题的方法是设置一个延迟时间模块。 3. A、B两通道波形显示的程序框图设计
