信号发生器 课程设计.docx

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信号发生器课程设计

摘要

现代化生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高，而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面。

虚拟仪器正可以实现这些要求，虚拟仪器的概念是由美国国家仪器公司在20世纪80年代最早提出的。

虚拟仪器就是在一同用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能有测试软件实现的一种计算及仪器系统。

其核心的思想是利用计算机的强大资源是本来需要硬件实现的技术软件化，以便最大限度的降低系统成本，增强系统功能与灵活性。

虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测试系统到以软件为中心的测试系统的根本性转变。

信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

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。

本次课程设计就是利用软件模拟生成信号发生器。

关键词：

信号发生器虚拟仪器LABVIEW

前言

虚拟仪器作为新兴的测控仪器，将给用户一个充分发挥自己的才能，想象力的空间，用户可以根据自己的设计要求设计仪器系统，符合我们信号发生的开发要求。

在现代电子学的各个领域，常常需要高精度且频率可方便调节的信号发生器，频率越高，产生波形种类越多的发生其性能越好。

随着科技的发展，虚拟仪器技术已成为测试、工业控制和产品设计的主流技术。

随着虚拟仪器技术的功能和性能已被不断的提高，如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。

随着PC、半导体和软件功能的进一步更新，未来虚拟仪器技术的发展将为测试系统的设计提供一个极佳的模式，并且是工程师们在测量和控制方面得到强大的功能和灵活性。

编程对工程技术人员来说比较麻烦，LabVIEW软件用图形编程语言，直观简单、易于操作。

用户使用LabVIEW可以随意创建程序，并把它当作子程序调用，以创建更复杂的程序，且调用的层次没有限制LabVIEW这种创建和调用子程序的方法，使创建的程序结构模块化，更易于调试、理解和维护。

同时，LabVIEW能够虚拟很多常规仪器，通过计算机仿真完成不同的功能，这样既可节省设备投人的开支，又提高了效率。

因此，基于LabVIEW实现多功能信号发生器具有重大意义。

一．虚拟仪器与LabVIEW概述

1．虚拟仪器简介

（1）虚拟仪器概念

虚拟仪器是以计算机和测试模块的硬件为基础，以计算机软件为核心所构成的，并且在计算机显示屏上虚拟仪器面板，由计算机所完成的仪器功能，由用户软件定义。

虚拟仪器是一种以计算机为载体的自动化测量与控制系统，用来对实现世界的各种物理量进行测量或者对物理过程进行控制。

（2）虚拟仪器结构

一种典型的虚拟仪器结构如图1所示：

图1典型的虚拟仪器结构

从虚拟仪器的结构可以看出，虚拟仪器的硬件可以完成各种测试系统通用的任务，例如信号的放大、滤波、A/D转换等;而不同的测试系统特有的任务由软件来完成，也就是说改变测试任务只需要改变软件。

因此采用虚拟仪器技术构建测试系统可以实现更丰富的功能，得到更高的性价比。

2.LabVIEW简介

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：

其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。

尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。

可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。

用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。

未来　　

拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。

未来的仪器也应当是网络化的。

LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineeringWorkbench）是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。

LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。

它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。

这是一个功能强大且灵活的软件。

利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。

图形化的程序语言，又称为“G”语言。

使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。

它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。

它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。

使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。

它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件！

现在的图形化主要是上层的系统，国内现在已经开发出图形化的单片机编程系统，不断完善中。

二．信号发生器的软件设计

1.信号发生器的前面板设计

前面板的设计主要需要考虑到所设计的信号发生器实现什么功能，再根据这些功能，在控件选板中选择相应的控件，放在前面板相应的位置上，摆放也有一定的讲究，使前面板看起来比较协调。

2.信号发生器的后面板设计

后面板的设计要用到函数模板，根据本程序需要实现的功能，在函数选板中选择相应的函数，由于程序不是只执行一次，所以要涉及到循环结构，本文的程序用到的循环结构有while循环结构、条件结构。

程序调试成功后就产生一个虚拟信号发生器。

三．四种信号发生器的设计

1.正弦波发生器

（1）正弦波发生器前面板的设计

三个输入型数字控件。

三个输入型数子控件提供使用者键入生成正弦波的频率、初始相位、幅值。

执行Controls>>Numeric>>DigitalControl控件五次，得到五个输入型数子控件，分别标记为“信号频率”、“信号幅值”和“初始相位”。

单击运行快捷按钮，检验设计的功能已完全实现。

设置频率信号：

0.8Hz信号幅值：

1V初始相位：

0°其值都是可选的。

运行结果如下图：

图2虚拟仪器前面板

（2）余弦波发生器程序框图的设计

在程序框图中右键调出函数选板，在“信号处理”项上弹出的波形生成中选择正弦波发生器，分别将信号频率，信号复制，初始相位，自动|手动连接到正弦波形上。

为了得到连续的波形将正弦波放在while循环中，并设置定时时间。

图3虚拟仪器程序框图

2.方波发生器

（1）方波发生器前面板的设计

三个输入型数字控件。

三个输入型数子控件提供使用者键入生成正弦波的频率、初始相位、幅值。

执行Controls>>Numeric>>DigitalControl控件五次，得到五个输入型数子控件，分别标记为“信号频率”、“信号幅值”和“初始相位”。

单击运行快捷按钮，检验设计的功能已完全实现。

设置频率信号：

0.8Hz信号幅值：

0.7V初始相位：

0°其值都是可选的。

运行结果如图4：

（2）方波发生器程序框图的设计

在程序框图中右键调出函数选板，在“信号处理”项上弹出的波形生成中选择方波发生器，分别将信号频率，信号复制，初始相位，自动|手动连接到正弦波形上。

为了得到连续的波形将正弦波放在while循环中，并设置定时时间。

图4方波发生器前面板

图5方波发生器程序框图

3.锯齿波发生器

（1）锯齿波发生器前面板的设计

三个输入型数字控件。

三个输入型数子控件提供使用者键入生成正弦波的频率、初始相位、幅值。

执行Controls>>Numeric>>DigitalControl控件五次，得到五个输入型数子控件，分别标记为“信号频率”、“信号幅值”和“初始相位”。

单击运行快捷按钮，检验设计的功能已完全实现。

设置频率信号：

0.8Hz信号幅值：

1V初始相位：

0°其值都是可选的。

运行结果如图6：

图6锯齿波发生器前面板

（2）锯齿波发生器程序框图的设计

在程序框图中右键调出函数选板，在“信号处理”项上弹出的波形生成中选择锯齿波发生器，分别将信号频率，信号复制，初始相位，自动|手动连接到正弦波形上。

为了得到连续的波形将正弦波放在while循环中，并设置定时时间。

图7锯齿波发生器程序框图

4.三角波发生器

（1）三角波发生器前面板的设计

三个输入型数字控件。

三个输入型数子控件提供使用者键入生成正弦波的频率、初始相位、幅值。

执行Controls>>Numeric>>DigitalControl控件五次，得到五个输入型数子控件，分别标记为“信号频率”、“信号幅值”和“初始相位”。

单击运行快捷按钮，检验设计的功能已完全实现。

设置频率信号：

0.8Hz信号幅值：

1V初始相位：

0°其值都是可选的。

运行结果如图8：

（2）三角波发生器程序框图的设计

在程序框图中右键调出函数选板，在“信号处理”项上弹出的波形生成中选择三角波发生器，分别将信号频率，信号复制，初始相位，自动|手动连接到正弦波形上。

为了得到连续的波形将正弦波放在while循环中，并设置定时时间。

图8三角波发生器前面板

图9三角波发生器程序框图

总结

随着计算机技术，虚拟仪器技术把计算机技术与仪器技术完美的结合起来，开辟了现代仪器技术的新天地。

传统的音频信号发生器在用于低频信号输出时参数准确度难以保证，且体积大，耗损也打且价格昂贵，而虚拟信号发生器不受环境的影响，避免了受硬件影响，保证了测量分析的准确度及可靠性。

本设计从LABVIEW的起源开始，介绍了虚拟仪器的概念、发展历史、现状及趋势，LabVIEW的特点及在各个领域的广泛应用，及虚拟仪器给人们带来的革新。

详尽介绍了四种信号发生器的设计过程，并着重介绍了信号的加窗函数及滤波器的选择。

在整个课程设计中我深入的了解到虚拟仪器的基本方法和运用原理。

通过自己的动手和思考，感觉获益良多。

切身体会到虚拟仪器这种仪器的高校、开发、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点。

在各单元模块设计中，通过到图书馆翻阅相关的资料，在网络上搜索有关知识进一步丰富我的知识结构。

总之，课程设计是我受益良多。

体会

采用NI公司研制的LabVIEW软件作为虚拟仪器的开发平台，不仅可大大简化为计划虚拟仪器的研制过程，明显缩短其开发的周期，而且，对有其所构成的测量系统多种性能的改进和维护工作也变得更加容易。

不过，在虚拟仪器的实际应用当中，还需要考虑到一些具体的问题，要逐渐学会根据不同的要求和情况采取到相应的措施，尽可能的优化程序与算法，是软硬件有机结合起来，最大可能的提高虚拟仪器测量系统的性能。

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。

实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。

而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

参考文献：