贺达红虚拟仪器技术课程论文文档格式.docx

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对信号频率、幅度、相位、偏移量可调可控；

方波占空比可以调控；

噪声任意可加、创建友好界面、信号波形显示；

输出频谱特性；

所有调制都可微调与粗调的设计。

2系统设计

2.1系统的功能要求

函数信号发生器就是利用采集卡的模拟输出功能来连续产生一些设定好的信号，相对于传统信号发生器，它具有更加丰富的功能。

本仪器功能主要包括四类基本函数信号——正弦波、方波、三角波、锯齿波的输出和通过函数输出产生任意波形，实现输出波形的偏置量、电压幅度和频率的控制等功能。

该仪器系统操作简便，设计灵活，功能强大,可以完成不同环境下的测量要求。

因此具有很强的实用性。

2.2系统方案设计

波形发生器是应用在测试设备、信号接收设备等装置中的一种信号源。

设计信号发生器的主要任务是设计程序框图和前面板，在设计这两部分中若没有出现数据类型不匹配、控件的属性设置等问题，再跟硬件连接，看是否可以产生各种信号，并且能被数字示波器采集到，并在硬件允许的范围内体现比现有信号发生器更宽泛的信号范围。

用LABVIEW设计虚拟信号发生器的主要步骤是在设计程序框图上，下面是设计程序框图流程的主要部分：

（1）控制启动和停止的Case条件结构；

（2）偏移量控制模块；

（3）频率控制模块；

（4）幅度控制模块；

（5）常用波形（正弦波，方波，三角波，公式波形）控制模块；

（6）特殊波形（AM波，DSB波）控制模块；

（7）相位控制模块；

（8）占空比控制模块；

（9）采样信息控制模块；

（10）频谱分析模块；

（11）其他的线路及模块。

2.3各主要模块的设计

【1】下面是主要部件函数的介绍

1选择函数

依据s的值，返回连线至t输入或f输入的值。

s为TRUE时，函数返回连线至t的值。

s为FALSE时，函数返回连线至f的值。

连线板可显示该多态函数的默认数据类型。

2正弦波形VI

生成含有正弦波的波形。

正弦波形详细信息：

如Y序列表示正弦波，则该VI依据下列等式生成波形。

y[i]=amp×

sin（phase[i]），i=0,1,2,…,n–1，

amp=幅值，n=采样数（#s），相位[i]为：

初始相位+频率×

360.0×

i/Fs

3方波波形VI

生成含有方波的波形。

（0.01×

duty）×

360.0

pmod<

360.0

pmod=pmodulo360.0，duty=占空比（%），相位[i]为：

4三角波VI

生成含有三角波的波形。

1）三角波形详细信息

如Y序列表示三角波，则该VI依据下列等式生成波形。

tri（phase[i]），i=0,1,2,…,n–1，

amp=幅值，n=采样数（#s），tri[p]为：

2×

pmod/180.0，0

90.0或

（1–pmod/180.0），90.0

270.0

或2×

（pmod/180.0–2.0），270.0

pmod=pmodulo360.0，相位[i]为：

2）锯齿波形详细信息

如Y序列锯表示齿波，则该VI依据下列等式生成波形。

锯齿波形（相位[i]），i=0,1,2,…,n–1，

amp=幅值，n=采样数（#s），锯齿波形（相位[i]）为：

pmod/180.0，

180.0

5、公式波形VI

通过公式字符串指定要使用的时间函数，创建输出波形

6、均匀白噪声波形VI

生成均匀分布的伪随机波形，值在[–a:

a]之间。

a是幅值的绝对值。

7、频谱测量ExpressVI

进行基于FFT的频谱测量（例如，信号的平均幅度频谱、功率谱、相位谱）。

【2】对各个模块进行分析

①波形选择模块

通过布尔控制选择器的输出值再对所有的选择器的输出进行累加得出最后的结果进入Case条件结构。

例如要输出正弦波：

正弦波的布尔亮输出1；

其他都输出0；

累加以后还是1；

通过这个“1”进入Case条件结构进行判断。

程序框图如图一

②Case条件结构

在Labview程序框图的编程里面选择结构中的条件结构。

在各个分支中设置选择各种波形以及各种波形的参数、控件设置。

以方波为例：

图一图二

设置方波的偏移量、频率、幅度、初相位、占空比、采样信息等控件。

程序框图如图二

③添加噪声

利用布尔控件控制条件的分支是否添加噪声，并且控制噪声的幅度。

这儿用了加性噪声。

【3】程序总体电路图

3系统仿真

（1）经过仿真实验表明,它能够产生实验室常用的正弦波、三角波、方波、锯齿波信号,而且还可以产生白噪声及多频波,并能通过输入公式,产生测试领域的非周期特殊信号。

输出波形频率范围宽,具有相关参数可调、同步显示和幅度频谱分析功能。

（2）任意波形的发生,任意波可实现公式输入;

信号频率、幅度、相位、偏移量可调可控;

方波占空比可调;

噪声任意可加、创建友好界面、信号波形显示;

输出频谱特性;

所有调制都可微调与粗调。

可以完成不同环境下的测量要求。

（3）接下来看几个实例，进一步了解它的功能。

例1利用该虚拟函数信号发生器产生一个公式波形

未添加噪声的波形

添加了加性噪声的波形

不加噪声的输出波形与加噪声的输出波形的不同、

以及对应频谱的分析:

1、上面两图相比较得出：

加噪声相比未噪声的明显的波形波不光滑、有些起伏波动，频谱也有一些小偏差和波动。

2、频谱的分析：

例子中调试波频率

为10Hz、载波频率

是40Hz所以双边带的左边的谱线对应的频率为：

40-10=30Hz；

有边带谱线对应频率为：

40+10=50HZ。

由图中的X轴的刻度是时间不是我们要求的频率。

解决方法如下：

就是把波形图控件的属性里的缩放系数改为采样率除以采样数据长度，然后便可实现频率与频谱的坐标对应了....

修改完之后结果如下图:

4总结

本设计在研究虚拟仪器技术、DAQ应用技术的基础上，使用虚拟仪器技术实现了信号发生器。

前面板应提供良好的人机交互界面，可以实现实验室里几种常见的信号波形。

本设计大部分工作是程序的编写，所涉及的硬件部分都是现成的。

但是对硬件的了解也是必需要做的工作，特别是对USB6211采集卡的了解，其中包括采集率，采集通道，采样方式等，然后根据实际情况选择合适的参数。

与现有的信号发生器相比，该信号发生器的输出波形类型没有很大的改变，而且波形的频率由于硬件板卡本身对于采样频率的限制，并没有在原来的基础上提高有所提高。

在输出基本波形时如果需要增波形的频率，则需要减小波形的采样频率，否则会由于硬件的溢出问题而不能运行，但是减小采样频率容易让波形产生失真。

如果在这个设计上进一步研究信号发生器，在波形的类型上应该有更多的变化，更迅速的响应时间，更准确的调节过程。

对于信号波形的参数，如频率、幅值、相位、占空比等的设定有更好更精确的方式，而且在波形失真和噪声方面有更好的解决方法。

在面板美化方面也可以做得更好更漂亮。

通过本设计，深刻地认识到了虚拟仪器技术是当代仪器发展的重要发展方向。

虚拟仪器也以崭新的模式和强大的功能深入人心，伴随计算机技术和信息技术的发展虚拟仪器必将拓展到各个领域，引起仪器的深层次变革。

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