基于LabVIEW的虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)

楊鳳霞

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安,710089）

基于LabVIEW的虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)

楊鳳霞

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安,710089）

本文選用LabVIEW圖形化編程語言為開發(fā)軟件，設(shè)計(jì)了一個(gè)用于日常教學(xué)的虛擬信號發(fā)生器。該儀器可以模擬產(chǎn)生正弦波、鋸齒波、方波、三角波、等4種基本波形和任意的公式波形，并且各波形均可以調(diào)整其參數(shù)值的大小，其中頻率范圍還具有檔位可調(diào)功能。該儀器所產(chǎn)生的波形可以以LabVIEW測試文件形式存儲(chǔ)進(jìn)行存儲(chǔ)。

信號發(fā)生器；虛擬儀器；LabVIEW；

0 引言

信號發(fā)生器又稱信號源，是常用的電子儀器之一，它用于產(chǎn)生被測電路所需特定參數(shù)的電測試信號，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。因此，信號發(fā)生器的使用是學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中一個(gè)必不可少的項(xiàng)目。然而，由于學(xué)校硬件條件的限制，很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)量不能滿足學(xué)生日常學(xué)習(xí)的需要。所以虛擬實(shí)驗(yàn)作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)必要的、有益的補(bǔ)充，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，較強(qiáng)的針對性，較大的開放性等特點(diǎn)，被越來越多的應(yīng)用在學(xué)校教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中。

虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測量技術(shù)與儀器儀表技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，是由美國國家儀器公司提出的，由計(jì)算機(jī)硬件資源,模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通信及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)，虛擬儀器通過應(yīng)用程序?qū)⒂?jì)算機(jī)與功能化硬件結(jié)合起來，用戶可以利用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)圖形化界面來模擬儀器面板，用程序控制信號的采集、分析、顯示、存儲(chǔ)和輸出等，實(shí)現(xiàn)真實(shí)儀器的功能。LabVIEW是美國國家儀器公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，它是一種功能強(qiáng)大的圖形化編程軟件，與傳統(tǒng)的編程軟件相比，具有開發(fā)效率更高、對硬件的支持性更好等特點(diǎn)，已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用到各種領(lǐng)域。

1 虛擬信號發(fā)生器的功能設(shè)計(jì)

筆者所設(shè)計(jì)的虛擬信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生多種信號波形，其中各個(gè)信號均可以通過在前面板上輸入控制量的大小來調(diào)整其參數(shù)值的大小，以達(dá)到用戶所需要的波形圖。

該信號發(fā)生器的前面板設(shè)計(jì)如圖1所示。屏幕右下側(cè)為波形選擇區(qū)域，用戶可以通過開關(guān)選擇輸出基本波形和公式波形，其中基本波形中又包括正弦波、鋸齒波、方波、三角波等信號。在公式波形中用戶可以通過輸入數(shù)學(xué)公式輸出任意波形。用戶還可以選擇給信號疊加不同類型、不同幅值的噪聲信號。屏幕右上側(cè)為

信號參數(shù)設(shè)置區(qū)域，其參數(shù)控制包括幅值、頻率、相位、偏移量、占空比等。其中頻率的范圍有三個(gè)檔位可以調(diào)節(jié)。該信號發(fā)生器還可以將產(chǎn)生的信號波形進(jìn)行存儲(chǔ)，并且用信號燈指示存儲(chǔ)過程。

圖1 虛擬信號發(fā)生器的前面板

2 軟件的開發(fā)與設(shè)計(jì)

2.1 信號波形的產(chǎn)生

圖2所示為信號波形產(chǎn)生的程序框圖，設(shè)計(jì)思路是采用Case結(jié)構(gòu)完成基本波形和任意波形的選擇。利用Basic Functions Generator.vi函數(shù)產(chǎn)生正弦、鋸齒波、方波、三角波等四種基本波形，利用Formula Waveform.vi函數(shù)產(chǎn)生公式波形。

該信號發(fā)生器還可以選擇給信號疊加噪聲，其設(shè)計(jì)思路與信號波形一致，采用Case結(jié)構(gòu)完成噪聲波形的選擇，在這里有高斯白噪聲、周期性噪聲和白噪聲三種噪聲信號，其框圖如圖3所示，設(shè)計(jì)中采用線性疊加方式為信號疊加噪聲。

圖2 信號波形產(chǎn)生程序框圖

圖3 噪聲產(chǎn)生程序框圖

2.2 頻率檔位調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)

圖4所示為頻率檔位調(diào)節(jié)功能的設(shè)計(jì)框圖，采用屬性節(jié)點(diǎn)功能來設(shè)計(jì)完成。通過改變頻率旋鈕的Scale和DataRange的最大值和最小值的屬性值對頻率旋鈕的顯示和數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行改變。頻率檔位選擇取值有0、1、2三個(gè)，用戶如需增加檔位，只需添加其Vaule值個(gè)數(shù)即可。

圖4 頻率檔位調(diào)節(jié)功能程序框圖

2.3 波形存儲(chǔ)功能的設(shè)計(jì)

信號波形以LabVIEW測試文件格式存儲(chǔ)，利用Write LabVIEW Measurement File.vi函數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用信號燈指示存儲(chǔ)過程。

3 結(jié)論語

傳統(tǒng)的信號發(fā)生器主要由模擬器件搭建而成，具有功能單一、不易升級和攜帶不便等缺點(diǎn)。而虛擬信號發(fā)生器具有功能多、容易擴(kuò)展和升級、人機(jī)界面良好等優(yōu)點(diǎn)。本文提出了基于labVIEW的虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案，其框圖程序的可讀性較強(qiáng)，界面友好，操作較方便。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器的功能，真實(shí)地反映信號發(fā)生器的使用方法。能較好解決學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的問題，滿足日常教學(xué)需要。

[1] 侯國屏， 王坤，葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].第1版.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

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[3] 陸綺榮.基于虛擬儀器技術(shù)個(gè)人實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建[M].北京：電子工業(yè)出版社.

Design of Virtual Signal Generator Based on LabVIEW

Yang Fengxia
(Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute,Xi'an,710089,China)

This paper introduces a design method of virtual signal generator based on LabVIEW.This signal generator could be used in daily teaching.The instrument can generate and display four basic waveforms，such as sine,square,triangle,sawtooth waveform and so on.Arbitrarily formula waveform could be generated too.All of parameter values of these waveforms could be regulated. The adjusting function of frequency gear is designed too. The waveforms generated by this instrumnent could be saved as LabVIEW measurement files.

Signal generator;Virtual instrument;LabVIEW;

TM935.37

楊鳳霞(1979-)，女，甘肅莊浪人，碩士，講師。研究方向：檢測技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)。