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1、摘 要基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现摘 要传统的信号发生器其功能完全靠硬件实现，功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。本课题完成了“虚拟信号发生器”的理论研究，在很大程度上解决了传统信号发生器的诸多弊端。本文主要研究虚拟仪器在信号发生器领域里的软件编程。本虚拟仪器可完成输出多种信号波形的同时
2、产生与输出，信号输出频率、幅度等参数实时可调。本文研究的虚拟信号发生器主要具有如下优点：用户可自由定义其功能；系统功能升级扩充方便快捷、可与电脑等设备方便的互联。关键词: 虚拟仪器 , 信号发生器 , 虚拟信号发生器 , LabVIEW -35-AbstractAbstractThe functions of traditional signal generators are carried out solely on hardware, and at the same time the functions of traditional signal generators are single
3、ness and costly for purchasing and maintaining, What is more important is that the functions of traditional signal generators can not be altered once they are fixed. Users must get new ones so long as they want new functions. Thus, the defects of traditional signal generators are obvious. Virtual in
4、strument 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 instrument broke the framework of the traditional instruments, and built a new d
5、evice model. This dissertation has accomplished the theoretical research, and made up the various shortcomings of traditional signal generators to great degree. This virtual signal generator can achieve the input and output of multi signals, and such parameters as signal output frequency and amplitu
6、de can be adjusted timely. The advantages of this virtual signal generator include the following: low cost of hardware, user custom functions, convenience of the upgrading and enlargement of systematic functions, and connectable with computers.Keywords: Virtual Instrument , Signal Generator , Virtua
7、l Signal Generator , Labview目 录目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1研究背景及动态11.2本项目的研究意义及本文主要研究内容21.2.1本项目的研究意义21.2.2本文的主要研究内容2第2章 虚拟仪器和Labview简介42.1虚拟仪器的产生背景42.2虚拟仪器的概念52.3 虚拟仪器的分类52.4虚拟仪器系统的构成62.4.1虚拟仪器系统的硬件构成72.4.2虚拟仪器系统的软件构成72.5虚拟仪器的优势82.6 虚拟仪器的发展方向92.7图形化虚拟仪器开发平台LABVIEW 简介92.8 本章小结12第3章 信号发生器133.1信号发生器概述1
8、33.2 信号发生器的分类.143.2.1正弦信号发生器143.2.2函数发生器153.2.3脉冲信号发生器153.2.4 随机信号发生器.153.3本章小结16第4章 基于虚拟仪器的信号发生器的设计174.1虚拟仪器的简单应用174.1.1 创建虚拟仪器174.1.2 为前面板添加控件194.1.3 修改信号224.1.4 本节小结244.2虚拟仪器实现多功能信号发生器244.2.1“信号发生器1”的设计254.2.2“信号发生器2”的设计294.2.3“信号发生器3”的设计314.2.4 本节小结334.3 本章小结34结 论35参考文献36谢 辞37 第1章 绪论在有关电参量的测量中，我
9、们需要用到信号源，而信号发生器则为我们提供了在测量中所需的信号源，它可以产生不同频率的正弦信号、方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号、调幅信号、调频信号和随机信号等，其输出信号的幅值也可以按需要进行调节。传统信号发生器种类繁多，价格昂贵，而且仪器功能固定单一，不具备用户对仪器进行定义及编程的功能，一个传统实验室很难同时拥有多类信号发生器，然而，基于虚拟仪器技术的信号发生器则能够实现这一要求。随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术在数据采集、自动测试和仪器控制领域得到了广泛的应用，促进和推动测试系统和仪器控制的设计方法与实现技术发生了深刻的变化。“软件即是仪器”已成为测试与测量技术发展的重要标志。
10、虚拟信号发生器就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的LabVIEW软件来完成各种测试、测量和自动化应用。本课题介绍了基于LabVIEW的虚拟信号发生器的研究背景和发展动态,了解虚拟仪器的特点、现状和实现方法，探索虚拟仪器的发展方向，在LABVIEW平台中设计了多功能信号发生器，该发生器可以产生方波，三角波，锯齿波和正弦波。信号的频率、幅值可调，同时可以实现任意两种信号的叠加。在设计基本信号发生器之余，还添加了卷积和相关控件，用于实现两个信号的卷积。其中卷积和相关控件可以实现信号的卷积、反卷积、自相关、互相关。1.1研究背景及动态随着计算机、通信、微电子技术的日益完善，以及以Internet
11、为代表的计算机网络时代的到来和信息化要求的不断提高，传统的通信方式突破了时空限制和地域限制，大范围通信变得越来越容易，对测控系统的组建也产生了越来越大的影响。一个大的复杂测试系统的输入、输出、结果分析往往分布在不同的地理位置，仅用一台计算机并不能胜任测试任务，需要由分布在不同地理位置的若干计算机共同完成整个测试任务。集成测试越来越不能满足复杂测试任务的需要，因此，“网络化仪器”的出现成为必然。网络技术应用到虚拟信号发生器中是虚拟仪器发展的大趋势。同传统的编程语言相比，采用LabVIEW图形化编程方式可以节省大约80%的程序开发时间，并且其运行速度几乎不受影响，其一般特征是将虚拟信号发生器、外部
12、设备、被测点以及数据库等资源纳入网络，实现资源共享，共同完成测试任务。使用网络化虚拟信号发生器，可在任何地点、任意时刻获取测量数据。和以PC为核心的虚拟信号发生器相比，网络化将虚拟仪器的发展产生一次革命，网络化虚拟仪器将把单台虚拟仪器实现的三大功能（数据采集、数据分析、及图形化显示）分开处理，分别使用独立的基本硬件模块实现传统仪器的三大功能，以网线相连接，实现信息资源的共享。“网络就是仪器”概念的确立，使人们明确了今后仪器仪表的研发战略，促进并加速了现代测量技术手段的发展与更新。1.2本项目的研究意义及本文主要研究内容1.2.1本项目的研究意义本项目中的虚拟信号发生器是通过LabVIEW图形化
13、语言，将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在仪器，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过LabVIEW实现对数据的显示、存储以及分析处理。因为虚拟信号发生器可与计算机同步发展，与网络及其他周边设备互联，用户只需改变软件程序就可以不断赋予它或扩展增强它的测量功能。这就是说，仪器的设计制造不再是厂家的专利。虚拟信号发生器开创了仪器使用者可以成为仪器设计者的时代，这将给虚拟信号发生器使用者带来无尽的利益。Labview作为一个图形化编程软件，是开发测试系统的一种功能强大、方便快捷的编程工具。其良好的相通性、开放性、专用性，使测试系统
14、的开发周期短、成本低、质量高。基于Labview的虚拟函数信号发生器具有人机交互性好、易于操作等特点，能够广泛的应用与于科研、生产等领域。1.2.2本文的主要研究内容本文第二章主要介绍了虚拟仪器的概念、产生发展背景、分类、系统组成、优势及发展现状，阐述与本论文编程有关的虚拟仪器在信号处理中的应用。第三章主要讲述信号发生器的概述，阐述信号发生器的原理及分类，各种信号发生器的优缺点。第四章分两个部分，在第一部分虚拟仪器的简单应用中，通过实现简单的正弦信号发生器，熟悉Labview软件及labview相应的工具箱的使用，第二部分是全文的重点，设计了多功能信号发生器，该发生器可以产生方波，三角波，锯齿
15、波和正弦波。信号的频率、幅值可调，同时可以实现任意两种信号的叠加。在设计信号发生器之余，还添加了卷积和相关控件，用于实现两个信号的卷积。其中卷积和相关控件可以实现信号的卷积、反卷积、自相关、互相关。第2章 虚拟仪器和Labview简介2.1虚拟仪器的产生背景当今我们处于一个正在高度发展的信息社会，要求在有限的时空上实现大量信息的交换，必然带来信息密度的急剧增大，要求电子系统对于信息的处理速度越来越高，功能越来越强，这使得系统结构日趋复杂。对体积、耗电和价格的要求使得系统及IC的集成度越来越高，同时激烈的市场竞争使得产品价格及研制生产周期缩短，传统的测试仪器已经越来越不能满足时代的要求，主要表现在以下几个方面：1、要求测试仪器不仅能单独测量某个电量，而且测试仪器之间必须具备控制通道和数据交换通道，以便完成对各个被测量同时进行自动分析、信息综合及准确判断，传统的测试仪器在这方面受到极大的限制。2、
