基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现毕业设计论文 精品.docx

基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现毕业设计论文 精品.docx

《基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现毕业设计论文 精品.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现毕业设计论文 精品.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现毕业设计论文精品

学号：

毕业设计说明书

设计题目：

基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现

学生姓名：

专业班级：

07通信1班

学院：

信息工程学院

指导教师：

讲师

2011年06月08日

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

Abstract

Thefunctionsoftraditionalsignalgeneratorsarecarriedoutsolelyonhardware,andatthesametimethefunctionsoftraditionalsignalgeneratorsaresinglenessandcostlyforpurchasingandmaintaining,Whatismoreimportantisthatthefunctionsoftraditionalsignalgeneratorscannotbealteredoncetheyarefixed.Usersmustgetnewonessolongastheywantnewfunctions.Thus,thedefectsoftraditionalsignalgeneratorsareobvious.Virtualinstrumentisformedbytheinstrumenttechnology,computertechnology,bustechnologyandsoftwaretechnology.Powerfuldigitalprocessing’sabilityofcomputerisusedtoachievethemainfunctionsofinstrument.Virtualinstrumentbroketheframeworkofthetraditionalinstruments,andbuiltanewdevicemodel.Thisdissertationhasaccomplishedthetheoreticalresearch,andmadeupthevariousshortcomingsoftraditionalsignalgeneratorstogreatdegree.Thisvirtualsignalgeneratorcanachievetheinputandoutputofmultisignals,andsuchparametersassignaloutputfrequencyandamplitudecanbeadjustedtimely.Theadvantagesofthisvirtualsignalgeneratorincludethefollowing:

lowcostofhardware,usercustomfunctions,convenienceoftheupgradingandenlargementofsystematicfunctions,andconnectablewithcomputers.

Keywords:

VirtualInstrument,SignalGenerator,VirtualSignalGenerator,Labview

第1章绪论

在有关电参量的测量中，我们需要用到信号源，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。

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、微处理器和DSP技术的飞速发展及它们价格的不断降低，改变了传统的电子设计概念，原来许多由硬件完成的功能现在逐步由运行在微处理器和DSP芯片上的软件来完成，这样给产品带来了巨大的好处：

自动化、程序高、可靠性高、价格低、容易升级、系统具有宽适应范围的柔性结构、可维护性好等等。

硬件软化的设计方法对当今测试仪器的设计产生了深刻的影响。

3、良好的人机界面的要求促进了传统测试仪器的改造。

对于越来越复杂的被测系统，如果仍然使用传统的测试仪器必然会需要众多的仪器设备，面对各个生产厂家的不同设备，使用者需要学习不同设备的使用方法后方可使用。

这样的测试仪器不仅使用效率及利用效率都很低，而且硬件存在巨大的冗余。

4、微计算机的广泛使用，给基于微计算机的测试仪器提供了巨大的市场，人们在使用计算机及测试仪器时越来越明显的感觉到测试仪器的许多功能不仅可以由已有的计算机来完成，而且需要增加某种测试功能时，只增加少量的模块化功能硬件即可，同时基于微计算机的测试仪器具有更多的优点。

可见，一方面电子技术及市场的发展从客观上要求测试仪器向自动化及柔性化的方向发展，另一方面，电子技术及市场的发展也给虚拟仪器的产生提供了可能。

在这种形式下，基于微计算机的虚拟仪器逐步变得现实，它的出现和广泛使用为测试系统的设计提供一个极佳的模式，并且使工程师们在测量和控制方面得到强大功能和灵活性。

2.2虚拟仪器的概念

虚拟仪器（VirtualInstrument，简称VI）的概念是由美国国家仪器公司（NI）在20世纪80年代最早提出的。

虚拟仪器就是在以通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、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。

其核心的思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以便最大限度地降低系统成本，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