虛擬函數信號發生器的設計

魏 雯

[摘要]提出一種虛擬函數信號發生器的設計,依托于LabVIEW編程環境,不僅能夠產生實驗室常用的正弦波、方波、鋸齒波等,并可模擬實際工作環境中添加了噪聲后的波形信號,同時還可輕松、快捷地將這些信號波形顯示出來。

[關鍵詞]虛擬儀器信號發生器LabVIEW

中圖分類號:TN99文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210040-01

一、引言

虛擬儀器是由用戶定義功能,是一種由計算機操縱的模塊化儀器系統。信號發生器作為測量系統的重要成員,其傳統模型由很多類型,有低頻的和高頻的,但它們都是獨立存在。這樣無形之中就增加了成本,堆積了資源?；谶@種情況,我們提出一種基于虛擬函數信號發生器的設計,以LabVIEW為編程環境,開發出功能集成度很高的信號發生器。該信號發生器不但界面簡潔通俗,而且功能,操作也很方便。它能產生實驗室常用的正弦波、方波、鋸齒波等波形,在某些功能上還能有所擴展。

二、虛擬函數信號發生器的設計

(一)設計總構想

本設計是依托于LabVIEW的編程環境,結合其自身的特點并聯系信號發生器的需要條件,作出下列總體構想:1.輸出波形多樣化,除了基本的正弦波、方波、鋸齒波等波形外,還將白噪聲,多頻波形也包含在內;2. 前面板上能同時顯示相關波形及其參數調整情況;3.對輸出波形采樣點的數據能實現存儲。本設計是以軟件為設計為中樞,并將其分成幾個子部分:參數設置、信號產生、波形顯示和數據存儲。

(二)虛擬函數信號發生器各子部分的設計

設計過程中,我們充分利用了信號發生器的工作原理,對其四個子部分進行詳細而有針對性的設計研究,當然也是歸功于LabVIEW具有圖形化的編程語言的優勢。

子部分一:參數設置

在這個環節中,我們根據產生信號的需求進行針對性的設置的。根據設計要求在前面板上放置幅度、頻率、偏移量、相位等控件,并對它們的參數進行調整。詳細見圖1。

子部分二:信號產生

這個部分應該說是本設計的關鍵部分,主要完成信號產生所需信號的功能。要想產生正弦波、三角波、方波、鋸齒波四種基本波形信號,很自然地會想到用LabVIEW中functions選板下waveform模板中的基本函數發生器(basic functions generator VI)節點,它不僅輸出包含指定波形圖形的數字型數組,而且包含時間參數,也即是波形數據。波形數據以簇的形式給出,包含起始時間t0,采樣時間間隔dt和一個采樣數據構成的數組。部分程序框圖如圖2。

子部分三:波形顯示

LabVIEW很大的一個優勢就是它提供了豐富的數據圖形化顯示控件。我們應該選擇圖表graph作為我們的波形顯示控件。因為圖表在畫圖之前會自動清空當前圖表,然后把輸入的數據畫成曲線。

子部分四:數據存儲

顯而易見,函數型號發生器產生的數據是波形數據,所以在數據存儲上,我們可以采用波形文件I/O子模板中的Write Wave to File VI節點,也可以采用Express子模板中的output中的Write LabVIEW Measurement FileVI節點,我們選擇的是后者來將波形數據保存到存儲介質中。

完成了四個字部分的逐個設計后,將它們有機地組合在一起,這樣一個基本函數信號發生器就展現在我們面前,程序框圖見圖3。

(三)部分附加功能的實現

為了對噪聲信號進行測試,在原有波形產生節點的基礎上,增加了噪聲信號發生子部分。我們主要是應用波形產生子模板中的公式波形VI節點來產生任意波形的。只要在formula端子輸入的公式是用于生成輸出多頻波形信號的表達式,包含各種參數。該部分的程序框圖如圖4所示。

至于噪聲信號發生器的設計,我們采用的是波形產生子模板中的Tones

and Noise Wave form.VI節點來產生疊加在正弦波上的高斯白噪聲信號。

(四)前面板的設計

前面板是用戶接口,即交互式界面,用于用戶向程序中輸入各種控制參數和觀察輸出量,在前面板中,使用了各種仿真圖標,如開關、旋鈕等,并以數字或實時圖等各種形式的輸出測試結果來模擬真實儀器的面板。前面板的設計,充分發揮了LabVIEW的特長,即建立了友好的人機操作界面,是處于整個設計的最上層。部分前面板的圖形見圖5所示。

三、結束語

本設計出的虛擬函數信號發生器的特點:(1)能產生頻率10HZ―100MHZ的正弦波、三角波、方波、鋸齒波、白噪聲等波形信號,儀器功能強大,頻率范圍廣;(2)界面友好簡潔,功能選擇、輸出參數設置與旋鈕調節以及波形顯示、指針指示在前面板上都一一俱全。實踐證明依托LabVIEW開發平臺開發各種功能用途的虛擬儀器是儀器儀表領域的一個重要方向,具有深遠的意義。

參考文獻:

[1]陳錫輝、張銀鴻,LabVIEW8.2程序設計從入門到精通[M].北京:清華大學出版社,2007.

[2]張重雄,虛擬儀器技術分析與設計[M].北京:電子工業出版社,2007.

[3]楊樂平、李海濤等,LabVIEW程序設計與應用[M].北京:電子工業出版社,2005.

作者簡介:

魏雯(1982-),女,本科,助教,主要研究方向為:信號采集與處理。