課程設計---雙通道虛擬信號發(fā)生器設計

1、<p>　　第一章 雙通道虛擬信號發(fā)生器設計任務書</p><p>　　《虛擬儀器技術》課程設計任務書(一)</p><p>　　題目：雙通道虛擬信號發(fā)生器設計</p><p><b>　　一、課程設計任務</b></p><p>　　對于任何測試來說，信號的生成非常重要。例如，當現(xiàn)實世界中的真正信號很難得到

2、時，可以用仿真信號對其進行模擬。</p><p>　　常用的測試信號包括：正弦波、三角波、方波、鋸齒波、各種噪聲信號以及由多種正弦波合成的多頻信號。</p><p>　　信號發(fā)生器在測量中應用非常廣泛，它可以產(chǎn)生不同頻率的正弦信號、方波、三角波、鋸齒波等，其輸出的幅值和直流偏置也可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。</p><p>　　信號發(fā)生器種類繁多，專用信號發(fā)生器是專門為某

3、種特殊的測量而研制的，如電視信號發(fā)生器、編碼脈沖信號發(fā)生器等；通用信號發(fā)生器按輸出波形可分為正弦信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和噪聲發(fā)生器等，其中正弦信號發(fā)生器最具普遍性和廣泛性。</p><p>　　LabVIEW虛擬儀器技術軟件開發(fā)平臺提供了豐富的信號產(chǎn)生函數(shù)。本題目通過編寫適當?shù)腖abVIEW程序，設計與實現(xiàn)一個雙通道虛擬信號發(fā)生器。</p><p>　　本課題通過虛擬儀器L

4、abVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺，設計一種雙通道虛擬信號發(fā)生器，要求所設計的雙通道虛擬信號發(fā)生器可以產(chǎn)生和顯示正弦信號、三角波、方波、鋸齒波及公式波信號。具體指標與要求如下：</p><p>　　(一) 正弦信號、三角波、方波、鋸齒波信號</p><p>　　1、頻率范圍：0.001Hz～100KHz；</p><p>　　2、幅值：0～10V，可選；</p&g

5、t;<p>　　3、直流偏置：0～2.25V，可選；</p><p>　　4、可調(diào)整幅值、相位、頻率；調(diào)整后無須重新啟動（提示：用循環(huán)結構）；</p><p>　　5、在產(chǎn)生的信號中可以加入高斯噪聲。</p><p>　　6、當兩個通道都選擇產(chǎn)生正弦信號時，要求可對產(chǎn)生的兩個通道的正弦信號分別計算有效值及它們之間的相位差。</p><

6、;p><b>　　(二) 公式波信號</b></p><p>　　當選擇產(chǎn)生公式波信號時，可以通過信號發(fā)生器前面板輸入相應的公式，從而得到相應的波形信號。</p><p>　　(三)通道1、通道2可以分別產(chǎn)生正弦信號、三角波、方波、鋸齒波或公式波信號。通過設置一個“退出”按鈕來退出程序。兩個通道產(chǎn)生的信號必須在同一個示波器(Graph)中顯示波形，但彼此互不干擾

7、。每個通道可以對波形進行單獨控制，分別可以選擇產(chǎn)生輸出正弦信號、方波信號、三角波信號、鋸齒波信號或公式波信號。并可以對采樣信息，頻率，幅值以及相位參數(shù)進行調(diào)節(jié)控制，方波還可以控制占空比。</p><p>　　(四)不能采用快速VI，正弦信號、三角波、方波、鋸齒波信號的產(chǎn)生不能采用下面的VI， </p><p><b>　　盡量使用底層VI。</b></p>

8、<p><b>　　二、課程設計目的</b></p><p>　　通過本次課程設計使學生具備：1）了解現(xiàn)代儀器科學與技術的發(fā)展前沿；2）學習和掌握虛擬儀器系統(tǒng)組成和工作原理；3）掌握虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件設計方法與調(diào)試技巧；4）培養(yǎng)學生查閱資料的能力和運用知識的能力；5）提高學生的論文撰寫和表述能力；6）培養(yǎng)學生正確的設計思想、嚴謹?shù)目茖W作風；7）培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和

9、運用知識的能力。</p><p><b>　　三、課程設計要求</b></p><p>　　1、了解和掌握整個虛擬儀器平臺的系統(tǒng)組成、工作原理、各單元功能和應用背景；</p><p>　　2、根據(jù)設計任務進行文獻資料的檢索，根據(jù)各種獨立測量儀器的功能和工作原理，確定虛擬儀器功能，制定設計方案和設計虛擬儀器面板；</p><p

10、>　　3、利用虛擬儀器LabVIEW軟件，編寫與調(diào)試虛擬儀器的圖形化程序；</p><p>　　4、撰寫完整的課程設計報告。</p><p><b>　　四、課程設計內(nèi)容</b></p><p>　　1、雙通道虛擬信號發(fā)生器前面板設計；</p><p>　　2、雙通道虛擬信號發(fā)生器框圖程序設計。</p>

11、<p>　　五、課程設計報告要求</p><p>　　報告中提供如下內(nèi)容：</p><p><b>　　1、目錄</b></p><p><b>　　2、正文</b></p><p>　?。?）課程設計任務書；</p><p>　?。?）總體設計方案(包括虛擬儀

12、器概念與傳統(tǒng)儀器概念主要區(qū)別，虛擬儀器LabVIEW圖形化程序的組成和特點，為什么選擇虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺來設計雙通道虛擬信號發(fā)生器，雙通道虛擬信號發(fā)生器的總體結構圖等)；</p><p>　　（3）簡述所設計的雙通道虛擬信號發(fā)生器的工作原理及自己的設計結果所實現(xiàn)的功能，針對前面板要有操作使用說明，以便他人能夠正確使用所設計的雙通道虛擬信號發(fā)生器；</p><p>　　

13、（4）程序流程圖、框圖程序的設計及功能實現(xiàn)方法等；</p><p>　?。?）調(diào)試、運行及其結果；要求有雙通道虛擬信號發(fā)生器設計的源程序和運行結果等。</p><p><b>　　3、收獲、體會</b></p><p><b>　　4、參考文獻</b></p><p>　　六、課程設計進度安排<

14、;/p><p>　　本課程設計共需1周時間，其具體安排見下表:</p><p>　　七、課程設計考核辦法</p><p>　　本課程設計滿分為100分，從課程設計平時表現(xiàn)、課程設計報告及課程設計答辯三個方面進行評分，其所占比例分別為20%、40%、40%。</p><p><b>　　總體設計方案</b></p>

15、<p>　　2.1 虛擬儀器概念與傳統(tǒng)儀器概念主要區(qū)別</p><p>　　虛擬儀器的最大特點是將計算機資源與儀器硬件、DSP技術相結合，在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源，打破了以往由廠家定義儀器功能的模式，由用戶自己定義儀器功能。在虛擬儀器中，使用相同的硬件系統(tǒng)，通過不同的軟件編程，就實現(xiàn)功能完全不同的測量儀器。傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較如下表：</p><p>　　傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器

16、系統(tǒng)的比較</p><p>　　2.2 虛擬儀器LabVIEW圖形化程序的組成和特點</p><p>　　LabVIEW是美國National Instrument Corporation公司研制的圖形編程虛擬儀器系統(tǒng)。主要包括數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)分、數(shù)據(jù)表示等功能，它提供一種新穎的編程方法，即以圖形方式組裝軟件模塊，生成專用儀器。LabVIEW由面板、流程方框圖、圖標/連接器組成，其中面

17、板是用戶界面，流程方框圖是虛擬儀器源代碼，圖標/連接器是調(diào)用接口(Calling Interface)。流程方框圖包括輸入/輸出（I/O）部件、計算部件和子VI部件，它們用圖標和數(shù)據(jù)流的連線表示；I/O部件直接與數(shù)據(jù)采集板、GPIB板、或其他外部物理儀器通信；計算部件完成數(shù)學或其他運算與操作；子VI部件調(diào)用其他虛擬儀器。</p><p>　　虛擬儀器的主要特點有：</p><p>　　1.

18、盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件；</p><p>　　2.可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器；</p><p>　　3.用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。</p><p>　　4. 虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎理論主要有計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在

19、這一領域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機語言是美國NI公司的LabVIEW。</p><p>　　2.3 為什么選擇虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺來設計雙通道虛擬信號發(fā)生器</p><p>　　LabVIEW虛擬儀器技術軟件開發(fā)平臺提供了豐富的信號產(chǎn)生函數(shù)。本次課程設計是通過編寫適當?shù)腖abVIEW程序，設計與實現(xiàn)一個雙通道虛擬信號發(fā)生器。對于任何測試來說，信號的生成非常重要。例如，當現(xiàn)

20、實世界中的真正信號很難得到時，可以用仿真信號對其進行模擬。</p><p>　　信號發(fā)生器種類繁多，專用信號發(fā)生器是專門為某種特殊的測量而研制的，如電視信號發(fā)生器、編碼脈沖信號發(fā)生器等；通用信號發(fā)生器按輸出波形可分為正弦信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和噪聲發(fā)生器等，其中正弦信號發(fā)生器最具普遍性和廣泛性。</p><p>　　本次設計通過虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺，設計

21、一種雙通道虛擬信號發(fā)生器。通過虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺，我們可以選擇不同的波形信號，同時可以對這些信號的一些相關參數(shù)進行改變，觀察其變化，從而調(diào)試出我們需要的信號。</p><p>　　2.4 雙通道虛擬信號發(fā)生器的總體結構圖</p><p>　　設計原理: 雙通道虛擬信號發(fā)生器的兩個通道相互獨立,在設置兩個通道的信號類型(正弦波，方波，三角波，鋸齒波及公式波等),

22、并調(diào)整信號的相應參數(shù)(頻率，幅值，相位偏置等）時,可加入高斯噪聲信號,最后在波形顯示器上輸出波形.</p><p>　　雙通道虛擬信號發(fā)生器的工作原理及實現(xiàn)功能</p><p><b>　　3.1 工作原理</b></p><p>　　本課題通過虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件開發(fā)平臺，設計一種雙通道虛擬信號發(fā)生器，要求所設計的雙通道虛擬信號

23、發(fā)生器可以產(chǎn)生和顯示正弦信號、三角波、方波、鋸齒波及公式波信號。程序設計的前面板如下：</p><p>　　圖3-1 程序設計前面板</p><p>　　通道1,通道2框圖:</p><p>　　圖3-2 通道1框圖 圖3-3 通道2框圖</p><p>　　由圖可知, 產(chǎn)

24、生和顯示正弦信號、三角波、方波、鋸齒波及公式波信號. 框圖中包括sine wave，triangle wave, square wave, sawtooth wave以及formula wave。通過選擇其中一波形即可在波形顯示器里輸出。</p><p><b>　　波形顯示器如下：</b></p><p>　　圖 3-4 波形顯示器</p><

25、p>　　通過框圖可設置波形的幅值，頻率，相位，偏置等參數(shù)，從而產(chǎn)生所需要的波形。注:兩個通道生成的波形之間不受影響，可獨立操作。</p><p>　　當波形為方波時，框圖用來改變方波的占空比。</p><p>　　框圖里顯示波形的數(shù)學公式。</p><p>　　波形圖中可通過改變框圖中的設置來加入高斯噪聲，以實現(xiàn)對波形的干擾。當高斯噪聲輸入為0時，無噪聲輸出。

26、而設置為其他值時則產(chǎn)生噪聲信號，并疊加到波形中去。輸入數(shù)值越大，則相應的噪聲信號越大。</p><p>　　框圖用來設置信號的采樣平率以及波形中的采樣點數(shù)。應根據(jù)具體情況作適當?shù)脑O置。</p><p>　　當兩通道均為正弦波時，框圖用來輸出兩正弦波的有效值以及相位差。</p><p>　　框圖用來結束程序的運行。</p><p><b&

27、gt;　　3.2 實現(xiàn)功能</b></p><p>　　雙通道虛擬信號發(fā)生器是利用兩個通道的獨立性分別產(chǎn)生正弦信號、三角波、方波、鋸齒波或公式波信號。兩個通道產(chǎn)生的信號在同一個示波器(Graph)中顯示波形，但彼此互不干擾。另外，每個通道可以對波形進行單獨控制，分別可以選擇產(chǎn)生輸出正弦信號、方波信號、三角波信號、鋸齒波信號或公式波信號。并可以對采樣信息，頻率，幅值以及相位參數(shù)進行調(diào)節(jié)控制，方波還可以控

28、制占空比。</p><p>　　第四章 程序流程圖和框圖程序的設計</p><p>　　4.1 程序流程圖的設計</p><p>　　圖4-1 程序流程圖</p><p>　　4.2 框圖程序的設計</p><p>　　通道1 三角波信號發(fā)生的設計圖如下:</p><p>　　圖4-3 通

29、道1 三角波框圖</p><p>　　通道1 方波信號發(fā)生設計圖如下:</p><p>　　圖4-4 通道1方波框圖</p><p>　　通道1 鋸齒波信號發(fā)生設計框圖如下:</p><p>　　圖4-5 通道1鋸齒波框圖</p><p>　　通道1 公式波信號發(fā)生設計框圖如下:</p><p&

30、gt;　　圖4-6 通道公式波框圖</p><p>　　通道2 正弦波信號發(fā)生的設計圖如下:</p><p>　　圖4-7 通道2正弦波框圖</p><p>　　通道2 三角波信號發(fā)生的設計圖如下:</p><p>　　圖4-8 通道2 三角波框圖</p><p>　　通道2 方波信號發(fā)生的設計圖如下:</

31、p><p>　　圖4-9 通道2 方波框圖</p><p>　　通道2 公式波信號發(fā)生的設計圖如下:</p><p>　　圖4-10 通道2 公式波框圖</p><p>　　下面框圖為測量兩通道正弦波的相位差以及有效值未用的框圖設計</p><p>　　圖4-11 通道1其他 的框圖</p><p&

32、gt;　　圖4-12 通道2 其他的框圖</p><p>　　第五章 調(diào)試、運行以及結果</p><p>　　圖5-1為兩通道的信號以及參數(shù)分別設置及運行結果:</p><p>　　通道1:偏置0,頻率1.8Hz,幅度2V,相位10;</p><p>　　通道2:偏置0,頻率1Hz,幅度2V,相位0.</p><p>

33、　　圖5-1 兩通道的信號以及參數(shù)分別設置及波形</p><p>　　圖5-2為原信號及參數(shù)加入高斯噪聲后的運行結果: 通道1:偏置0,頻率1.8Hz,幅度2V,相位10;</p><p>　　通道2:偏置0,頻率1Hz,幅度2V,相位0;</p><p>　　加入1.00的高斯白噪聲.</p><p>　　圖5-2 加入高斯噪聲后的波形:&

34、lt;/p><p>　　按退出按鈕后，程序運行結束。</p><p>　　第六章 LabVIEW課程設計的心得體會</p><p>　　LabVIEW是美國國家儀器公司（簡稱VI公司）研制的一個功能強大的開發(fā)平臺，主要是為儀器系統(tǒng)的開發(fā)者提供體套能夠魯埃杰的建立，檢測和修改儀器系統(tǒng)的圖形軟件系統(tǒng)。他是一種圖形化的語言，廣泛的被工業(yè)界，學術界和研究實驗室所接受，被視為一個

35、標準的數(shù)據(jù)采集和以期控制軟件。與 C 和 BASIC 一樣，LabVIEW 也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務的龐大函數(shù)庫。LabVIEW 的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù) 顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。LabVIEW的特點：采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件；可充分發(fā)揮計算機的能

36、力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器；用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。</p><p>　　在未學習LabVIEW以前，我已經(jīng)接觸過了C語言，VB。作為一種編程語言，labview有很多和他們相似之處，如數(shù)據(jù)的類型，數(shù)據(jù)流控制結構，程序調(diào)試工具及層次化，模塊化的編程特點等，但經(jīng)過一段時間的學習，我發(fā)行l(wèi)abview要比他們?nèi)萑杖腴T的多。因為labview使用的都是工程師們沖用的術語和圖表，

37、如各種旋鈕和開關等等，它的界面也是非常直觀形象，對于我們這種助學者有著極大的便出。</p><p>　　C語言與VB我經(jīng)常用來編寫一些小程序，但也只是實現(xiàn)加減乘除等簡單的公式運算，并沒有復雜的圖形的繪畫。但同樣的學習時間里，我卻能夠用labview完成大多數(shù)的基礎設計，在基本相同的時間里，感覺上labview說或收獲更多一些。</p><p>　　通過這次labview的課程設計，我了解現(xiàn)

38、代儀器科學與技術的發(fā)展前沿；學習和掌握虛擬儀器系統(tǒng)組成和工作原理；并掌握虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件設計方法與調(diào)試技巧；在這次課程設計中，哦我查閱了大量的資料，努力地運用我所學到的知識；使我的創(chuàng)新能力和運用知識的能力有了較大的提高。在其過程中我努力地嘗試建立一個正確的設計思想，并發(fā)現(xiàn)嚴謹?shù)目茖W作風的重要性（設計時我經(jīng)常出現(xiàn)比較低級的錯誤）；最后，我的提高學生的論文撰寫和表述能力也有了提高。</p><p>　

39、　虛擬儀器是儀器計算機化的產(chǎn)物，是集成化儀器的基礎，是儀器行業(yè)的一場革命，它的研制與開發(fā)具有深遠的意義。所以我會再接再厲，爭取進一步學習好，應用好這門語言。</p><p><b>　　第七章 參考文獻</b></p><p>　　[1] 汪敏生，等.LabVIEW基礎教程.北京：電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[2] 沈茜．虛擬

40、儀器在電子技術實驗教學中的應用及前景[J]．煤炭技術，2010，29(3)：59～61．</p><p>　　[3] 解明芳,王鴻鈺．虛擬儀器[J].儀表技術,1998,5．</p><p>　　[4] 王福明，等.LabVIEW程序設計與虛擬儀器.西安電子科技大學出版社，2009</p><p>　　[5] 侯國屏，王坤，葉齊鑫.LABVIEW7.1編程與虛擬儀器