1、目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc271225668 1 LabVIEW簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc271225668 h 3 HYPERLINK l _Toc271225669 1.1 虛擬儀器概念 PAGEREF _Toc271225669 h 3 HYPERLINK l _Toc271225670 1.2 LabVIEW介紹 PAGEREF _Toc271225670 h 4 HYPERLINK l _Toc271225671 1.2.1 Labview開發(fā)平臺(tái) PAGEREF _Toc271225671 h 4 HYPERLINK l _Toc27

2、1225672 1.2.2 程序前面板 PAGEREF _Toc271225672 h 4 HYPERLINK l _Toc271225673 1.2.3 框圖程序 PAGEREF _Toc271225673 h 5 HYPERLINK l _Toc271225674 1.2.4 圖標(biāo)/連接器 PAGEREF _Toc271225674 h 5 HYPERLINK l _Toc271225675 1.2.5 Labview中的操作模板 PAGEREF _Toc271225675 h 5 HYPERLINK l _Toc271225676 1.2.6 Labview中的框圖程序 PAGEREF

3、_Toc271225676 h 6 HYPERLINK l _Toc271225677 2 虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)思想 PAGEREF _Toc271225677 h 6 HYPERLINK l _Toc271225678 3 虛擬信號(hào)發(fā)生源的方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc271225678 h 7 HYPERLINK l _Toc271225679 3.1 實(shí)驗(yàn)方案一 PAGEREF _Toc271225679 h 7 HYPERLINK l _Toc271225680 3.2 實(shí)驗(yàn)方案二 PAGEREF _Toc271225680 h 7 HYPERLINK l _Toc27122568

4、1 3.3 方案比較 PAGEREF _Toc271225681 h 7 HYPERLINK l _Toc271225682 4 虛擬信號(hào)發(fā)生源的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc271225682 h 7 HYPERLINK l _Toc271225683 前面板的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc271225683 h 7 HYPERLINK l _Toc271225684 4.1.2 參數(shù)設(shè)置控件 PAGEREF _Toc271225684 h 8 HYPERLINK l _Toc271225685 4.1.3 輸出波形選擇按鈕 PAGEREF _Toc271225685 h 8 HYPERLI

5、NK l _Toc271225686 4.1.4 是否加噪聲信號(hào)選擇 PAGEREF _Toc271225686 h 8 HYPERLINK l _Toc271225687 5 調(diào)試過程及結(jié)果 PAGEREF _Toc271225687 h 10 HYPERLINK l _Toc271225688 5.1 三角波的調(diào)試 PAGEREF _Toc271225688 h 10 HYPERLINK l _Toc271225689 正弦波調(diào)試 PAGEREF _Toc271225689 h 11 HYPERLINK l _Toc271225690 5.3 方波的調(diào)試 PAGEREF _Toc27122

6、5690 h 11 HYPERLINK l _Toc271225691 5.4 鋸齒波的調(diào)試 PAGEREF _Toc271225691 h 12 HYPERLINK l _Toc271225692 5.5 高斯白噪聲的調(diào)試 PAGEREF _Toc271225692 h 12 HYPERLINK l _Toc271225693 5.6混合信號(hào)的調(diào)試 PAGEREF _Toc271225693 h 13 HYPERLINK l _Toc271225694 5.7 均勻噪聲信號(hào)的調(diào)試 PAGEREF _Toc271225694 h 13 HYPERLINK l _Toc271225695 5.8

7、 加均勻噪聲信號(hào)調(diào)試 PAGEREF _Toc271225695 h 14 HYPERLINK l _Toc271225696 5.9 加信高斯白噪聲信號(hào)調(diào)試 PAGEREF _Toc271225696 h 14 HYPERLINK l _Toc271225697 5.10 數(shù)字信號(hào)RZ的調(diào)試 PAGEREF _Toc271225697 h 15 HYPERLINK l _Toc271225698 5.11 數(shù)字信號(hào)NRZ的調(diào)試 PAGEREF _Toc271225698 h 15 HYPERLINK l _Toc271225699 6 心得體會(huì) PAGEREF _Toc271225699 h

8、 16 HYPERLINK l _Toc271225700 7 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc271225700 h 16基于LABVIEW的虛擬信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)1 LabVIEW簡(jiǎn)介1.1 虛擬儀器概念傳統(tǒng)儀器一般是一臺(tái)獨(dú)立的裝置，從外觀上看，它是一般由操作面板、信號(hào)輸入端口、檢測(cè)結(jié)果輸出這幾個(gè)部分組成。操作面板上一般有一些開關(guān)、按鈕、旋鈕等。檢測(cè)結(jié)果的輸出方式有數(shù)字顯示、指針式表頭顯示、圖形顯示及打印輸出等。而所謂的虛擬儀器，就是在通用的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上定義和設(shè)計(jì)儀器的功能，用戶操作計(jì)算機(jī)的同時(shí)就是在使用一臺(tái)專門的電子儀器。虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為核心，充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形界面和數(shù)據(jù)處理能力，

9、提供對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和顯示功能。虛擬儀器技術(shù)給用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間。用戶可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的用戶需求。如果在計(jì)算機(jī)內(nèi)插上一塊數(shù)據(jù)采集卡，就可以把傳統(tǒng)儀器的所有功能模塊都集成在一臺(tái)計(jì)算機(jī)中了。而軟件就成為了虛擬儀器的關(guān)鍵，任何一個(gè)使用者都可以通過修改虛擬儀器的軟件來(lái)改變它的功能，這就是美國(guó)NI公司“軟件就是儀器”一說的來(lái)歷。影響最大的虛擬儀器編程語(yǔ)言是美國(guó)NI公司的LabVIEW 和Lab Windows/CVI。以下是傳統(tǒng)測(cè)試儀器和虛擬儀器的一個(gè)比較：表1-1 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器對(duì)照表傳統(tǒng)儀器虛擬儀器開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高基于軟件體系的

10、結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省開發(fā)和維護(hù)的費(fèi)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(shè)備的連接十分有限面向應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以方便地與外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)或其他應(yīng)用連接數(shù)據(jù)無(wú)法編輯數(shù)數(shù)據(jù)可編輯、存儲(chǔ)、打印硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分價(jià)格昂貴價(jià)格低廉（是傳統(tǒng)價(jià)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(kuò)展性低基于計(jì)算機(jī)技術(shù)開放的功能模塊可構(gòu)成多種儀器正是因?yàn)橐庾R(shí)到了虛擬儀器的諸多優(yōu)點(diǎn)及傳統(tǒng)儀器的一些弊端，所以，我們計(jì)劃開發(fā)了這樣一臺(tái)基于Labview(美國(guó)NI公司)的多功能虛擬數(shù)字發(fā)生器。其集成了示波，動(dòng)態(tài)/靜態(tài)波形分析，頻譜分析，頻率計(jì)，波形參數(shù)分析，信號(hào)發(fā)生，以及

11、遠(yuǎn)程示波等功能。在示波功能上，除了對(duì)波形的精確顯示外，還的波形參數(shù)進(jìn)行了顯示和對(duì)其時(shí)域信號(hào)、頻域信號(hào)進(jìn)行了分析。1.2 LabVIEW介紹1. Labview開發(fā)平臺(tái)Labview是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成開發(fā)環(huán)境)的簡(jiǎn)稱，是有美國(guó)國(guó)家儀器公司(National instruments, IN)創(chuàng)立的一個(gè)功能強(qiáng)大而又靈活的儀器和分析應(yīng)用開發(fā)工具。Labview不同于基于文本的的編程語(yǔ)言（如Fortran和C），他是一種圖形編程語(yǔ)言通常稱為G語(yǔ)言，其編程過程就是同過圖形符號(hào)描述程序的運(yùn)行。NI L

12、abview使用已獲取專利的數(shù)據(jù)流編程模式，他能是用戶從基于文本程序語(yǔ)言的循序結(jié)構(gòu)中解脫出來(lái)，他的執(zhí)行循序是由節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)而不是由文本行的循序決定的。并且，Labview是唯一具有編譯器的圖形化程序環(huán)境，所生成的的優(yōu)化代碼的執(zhí)行速率可以和C語(yǔ)言媲美。Labview就有開放的環(huán)境，能和第三放軟件輕松連接，通過Labview，用戶可以把現(xiàn)有的應(yīng)用程序和.NET組件、ActiveX、 DLL以及廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相連，同樣用戶可以在Labview中創(chuàng)建能在其軟件環(huán)境中調(diào)用的獨(dú)立執(zhí)行程序或動(dòng)態(tài)連接庫(kù)。在設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)中，特別是做硬件數(shù)據(jù)采集，儀器控制等，有其一套快速開發(fā)組件，從而大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，著

13、是其他開發(fā)平臺(tái)所沒法比較的。下面對(duì)Labview基于圖形化語(yǔ)言作簡(jiǎn)要介紹：1. 程序前面板 程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)儀表的前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（Controls），輸出量被稱為顯示（Indicators）。控制和顯示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使這得前面板直觀易懂。1. 框圖程序每一個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序。框圖程序用Labview圖形編程語(yǔ)言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼。框圖程序由端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成。其中端口被用來(lái)同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框

14、被用來(lái)實(shí)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(dòng)方向。1. 圖標(biāo)/連接器 圖標(biāo)/連接器是子VI被其它VI調(diào)用的接口。圖標(biāo)是子VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式；而連接器則表示節(jié)點(diǎn)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(duì)應(yīng)。連接器一般情況下隱含不顯示，除非用戶選擇打開觀察它。1. Labview中的操作模板Labview具有多個(gè)圖形化的操作模板，用于創(chuàng)建和運(yùn)行程序。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動(dòng)，并可以放置在屏幕的任意位置。操縱模板共有三類，為工具（Tools）模板、控制（Controls）模板和功能（Fu

15、nctions）模板。工具模板為編程者提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具。如果該模板沒有出現(xiàn)，則可以在Windows菜單下選擇Show Tools Palette命令以顯示該模板。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀。當(dāng)從Windows菜單下選擇了Show Help Window功能后，把工具模板內(nèi)選定的任一種工具光標(biāo)放在框圖程序的子程序（Sub VI）或圖標(biāo)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的幫助信息。用控制模板可以給前面板添加輸入控制和輸出顯示。每個(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)子模板。如果控制模板不顯示，可以用Windows菜單的Show Controls Palette功能打開它，也可

16、以在前面板的空白處，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板。功能模板是創(chuàng)建框圖程序的工具。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。若功能模板不出現(xiàn)，則可以用Windows菜單下的Show Functions Palette功能打開它，也可以在框圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。1.2.6 Labview中的框圖程序框圖程序是由節(jié)點(diǎn)、端子、圖框和連線四種元素構(gòu)成的。節(jié)點(diǎn)類似于文本語(yǔ)言程序的語(yǔ)句、函數(shù)或者子程序。Labview有二種節(jié)點(diǎn)類型函數(shù)節(jié)點(diǎn)和子VI節(jié)點(diǎn)。兩者的區(qū)別在于：函數(shù)節(jié)點(diǎn)是Labview以編譯好了的機(jī)器代碼供用戶使用的，而子VI節(jié)點(diǎn)是以圖形語(yǔ)言形式提供給用戶的。用戶可以訪問和修改

17、任一子VI節(jié)點(diǎn)的代碼，但無(wú)法對(duì)函數(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修改。端子是只有一路輸入/輸出，且方向固定的節(jié)點(diǎn)。Labview有三類端子前面板對(duì)象端子、全局與局部變量端子和常量端子。對(duì)象端子是數(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸?shù)慕涌凇Ｒ话銇?lái)說，一個(gè)VI的前面板上的對(duì)象（控制或顯示）都在框圖中有一個(gè)對(duì)象端子與之一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)在前面板創(chuàng)建或刪除面板對(duì)象時(shí)，可以自動(dòng)創(chuàng)建或刪除相應(yīng)的對(duì)象端子。控制對(duì)象對(duì)應(yīng)的端子在框圖中是用粗框框住的。它們只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流源點(diǎn)。顯示對(duì)象對(duì)應(yīng)的端子在框圖中是用細(xì)框框住的。圖框是Labview實(shí)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)控制命令的圖形表示。如循環(huán)控制、條件分支控制和順序控制等，編程人員可以使用它們

18、控制VI程序的執(zhí)行方式。代碼接口節(jié)點(diǎn)（CIN）是框圖程序與用戶提供的C語(yǔ)言文本程序的接口。連線是端口間的數(shù)據(jù)通道。它們類似于普通程序中的變量。數(shù)據(jù)是單向流動(dòng)的，從源端口向一個(gè)或多個(gè)目的端口流動(dòng)。不同的線型代表不同的數(shù)據(jù)類型。在彩顯上，每種數(shù)據(jù)類型還以不同的顏色予以強(qiáng)調(diào)。當(dāng)需要連接兩個(gè)端子時(shí)，在第一個(gè)端子上點(diǎn)擊連線工具（從工具模板欄調(diào)用），然后移動(dòng)到另一個(gè)端子，再點(diǎn)擊第二個(gè)端子。端子的先后次序不影響數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。當(dāng)把連線工具放在端子上時(shí)，該端子區(qū)域?qū)?huì)閃爍，表示連線將會(huì)接通該端子。當(dāng)把連線工具從一個(gè)端口接到另一個(gè)端口時(shí)，不需要按住鼠標(biāo)鍵。當(dāng)需要連線轉(zhuǎn)彎時(shí)，點(diǎn)擊一次鼠標(biāo)鍵，即可以正交垂直方向地彎

19、曲連線，按空格鍵可以改變轉(zhuǎn)角的方2 虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)思想虛擬儀器通過底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件與真實(shí)的儀器系統(tǒng)進(jìn)行通訊,并以虛擬儀器面板的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與真實(shí)儀器面板操作元素相對(duì)應(yīng)的各種控鍵. 虛擬信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波、三角波、高斯白噪聲、均勻白噪聲以及加噪聲等信號(hào)以及混合信號(hào)和數(shù)字信號(hào),根據(jù)需要,可調(diào)節(jié)其中面板上的控鍵,改變信號(hào)的頻率、幅度與相位,所有信號(hào)發(fā)生的結(jié)果都可以通過軟件設(shè)計(jì)的虛擬面板顯示.3 虛擬信號(hào)發(fā)生源的方案設(shè)計(jì)3.1 實(shí)驗(yàn)方案一 通過自己編寫程序來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波、鋸齒波、方波、正弦波、數(shù)字波形的產(chǎn)生； 實(shí)驗(yàn)方案二 通過已有的信號(hào)發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波，鋸齒波，方波，

20、正弦波，數(shù)字波形的產(chǎn)生，熟悉各種語(yǔ)句，使前面板看起來(lái)功能相對(duì)比較多。3.3 方案比較 方案一需要對(duì)控件掌握的要求高些，而方案二對(duì)函數(shù)掌握的要求高些，二者同樣都可以實(shí)現(xiàn)要求，由于對(duì)函數(shù)掌握的程度高些，此次強(qiáng)化訓(xùn)練我選擇第二種實(shí)驗(yàn)方案。4 虛擬信號(hào)發(fā)生源的實(shí)現(xiàn)前面板的設(shè)計(jì)根據(jù)傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器面板控鍵的功能,利用Labview 中的控制模板,分別在設(shè)計(jì)面板上放入模擬實(shí)際信號(hào)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(hào)波形,數(shù)據(jù)輸入控鍵用于輸出信號(hào)的信號(hào)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(hào)類型.圖1 前面板上的控件.2 參數(shù)設(shè)置控件(

21、1) 在前面板的設(shè)計(jì)窗口中,打開控制模塊執(zhí)行All cont roll s Numeric Knob 操作,得到幅值等控制旋鈕。(2) 將鼠標(biāo)移至旋鈕單擊右鍵選擇屬性選項(xiàng),在隨后彈出的對(duì)話框中的外觀選項(xiàng)的標(biāo)簽中將這些旋鈕分別命名為“頻率調(diào)節(jié)”、“幅度調(diào)節(jié)”、“相位調(diào)節(jié)”、 “采樣頻率”、 “高斯噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差或均勻噪聲的振幅” 輸出波形選擇按鈕用一個(gè)Case 結(jié)構(gòu)來(lái)控制波形的產(chǎn)生. 可以選擇輸出為正弦信號(hào)、方波信號(hào)、三角波、鋸齒波、數(shù)字波RZ、NRZ、均勻白噪聲、高斯白噪聲等. 具體操作為:在前面板的設(shè)計(jì)窗口中,打開控制模塊,執(zhí)行Express文本輸入控件 文本下拉列表 ,修改名稱為選擇產(chǎn)生的信

22、號(hào) . 然后右鍵點(diǎn)擊屬性，選擇編輯項(xiàng),在表格中添加和編輯三角波、正弦波、鋸齒波、方波、高斯白噪聲、均勻白噪聲、RZ、NRZ 等,并設(shè)置其先后順序。 是否加噪聲信號(hào)選擇和輸出波形選擇按鈕一樣，在表格中添加和編輯不加噪聲，加高斯白噪聲，加均勻噪聲等，并設(shè)置其先后順序。4.2 程序框圖的設(shè)計(jì)對(duì)于虛擬信號(hào)發(fā)生器而言,它的主要功能就是為我們提供激勵(lì)信號(hào),所以在程序框圖設(shè)計(jì)中,我們首先要選擇產(chǎn)生信號(hào)的圖標(biāo)以及用于產(chǎn)生信號(hào)的case 結(jié)構(gòu)。圖2 程序框圖中的程序圖其中的case語(yǔ)句是這次強(qiáng)化訓(xùn)練的重點(diǎn)，每一個(gè)case語(yǔ)句都可以產(chǎn)生一種波形。圖3 程序框圖中case0語(yǔ)句框圖，Case0產(chǎn)生三角波；Case1

23、產(chǎn)生正弦波；Case2產(chǎn)生方波；Case3產(chǎn)生鋸齒波；Case4產(chǎn)生高斯白噪聲；Case5產(chǎn)生均勻噪聲；Case6產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)RZ；Case7產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)NRZ；前面五個(gè)Case都是用已有的信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生信號(hào)；數(shù)字信號(hào)是用脈沖信號(hào)產(chǎn)生的合成產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)；圖4 RZ數(shù)字波的產(chǎn)生框圖5 調(diào)試過程及結(jié)果5.1 三角波的調(diào)試圖5 三角波的調(diào)試結(jié)果圖6 正弦波的調(diào)試結(jié)果5.3 方波的調(diào)試圖7 方波的調(diào)試結(jié)果5.4 鋸齒波的調(diào)試圖8 鋸齒波的調(diào)試結(jié)果5.5 高斯白噪聲的調(diào)試圖9 高斯白噪聲的調(diào)試結(jié)果圖10 混合信號(hào)的調(diào)試結(jié)果5.7 均勻噪聲信號(hào)的調(diào)試圖11 均勻噪聲的調(diào)試結(jié)果5.8 加均勻噪聲信號(hào)調(diào)試圖12 加均勻噪聲信號(hào)的調(diào)試結(jié)果5.9 加信高斯白噪聲信號(hào)調(diào)試圖13 加信高斯白噪聲信