基于虛擬儀器系統(tǒng)的多功能信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

周晶晶　吳文全　孫金明　章耀文

摘 要： 信號(hào)發(fā)生器是許多電子設(shè)備特別是測(cè)試設(shè)備必備的一部分，用以輸入基準(zhǔn)源信號(hào)給被測(cè)設(shè)備，通過(guò)接收被測(cè)設(shè)備返回的信息分析研究被檢測(cè)設(shè)備的情況。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器主要靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其功能單一，維護(hù)費(fèi)用高，這里研究的虛擬信號(hào)發(fā)生器基于虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)。該虛擬信號(hào)發(fā)生器不但界面友好，而且功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便，而且可以進(jìn)行頻譜分析。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)表明，它能夠產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室常用的正弦波、三角波、方波、鋸齒波等波形，頻率范圍較寬，相關(guān)參數(shù)可調(diào)。

關(guān)鍵詞： 信號(hào)發(fā)生器； 虛擬儀器； 頻譜分析； LabVIEW

中圖分類號(hào)： TN911.7?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0120?02

Abstract： Signal generator is a necessary part of many electronic equipments， especially the testing equipments. It is adop?ted to transmit the reference signal to the UUT， whose status is judged according the returned information of the signal. Implementation of the traditional signal generators mainly relies on hardwares. Their functions are single， but maintenance cost is high. The virtual signal generator researched in this paper is based on virtual instrument technology. It has a friendly interface， powerful functions and simple operation， and can make spectrum analysis. The simulation results show that it can generate sine waveform， triangle waveform， square waveform and sawtooth waveform， which are usually used in laboratories. It has wide frequency range， and its relevant parameters are adjustable.

Keyword： signal generator； virtual instrument； spectral analysis； LabVIEW

0 引 言

信號(hào)發(fā)生器是許多電子設(shè)備特別是測(cè)試設(shè)備必備的一部分，用以輸入基準(zhǔn)源信號(hào)給被測(cè)設(shè)備，通過(guò)接收被測(cè)設(shè)備返回的信息，分析研究被檢測(cè)設(shè)備的情況。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器主要靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其功能單一、維護(hù)費(fèi)用高。這里研究的虛擬信號(hào)發(fā)生器是基于虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，該虛擬信號(hào)發(fā)生器不但界面友好，而且功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便，而且可以進(jìn)行頻譜分析。

LabVIEW是一種圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。

本文研究的主要內(nèi)容就是利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)一個(gè)包含任意信號(hào)發(fā)生、可調(diào)及頻譜測(cè)量于一體的虛擬儀器系統(tǒng)。

1 多功能信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)思路

（1） 前面板的設(shè)計(jì)

前面板的設(shè)計(jì)主要需要考慮到所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)什么功能，再根據(jù)這些功能，在控件選板中選擇相應(yīng)的控件，放在前面板相應(yīng)的位置上，擺放也有一定的講究，使前面板看起來(lái)比較協(xié)調(diào)。

（2） 后面板的設(shè)計(jì)

后面板的設(shè)計(jì)要用到函數(shù)模板，根據(jù)本程序需要實(shí)現(xiàn)的功能，在函數(shù)選板中選擇相應(yīng)的函數(shù)，由于程序不是只執(zhí)行一次，所以要涉及到循環(huán)結(jié)構(gòu)，本文的程序用到的循環(huán)結(jié)構(gòu)有while循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)。程序調(diào)試成功后就產(chǎn)生一個(gè)包含任意信號(hào)發(fā)生、可調(diào)及頻譜測(cè)量于一體的虛擬儀器系統(tǒng)。

2 多功能信號(hào)發(fā)生器前面板設(shè)計(jì)

多功能信號(hào)發(fā)生器前面板需添加波形顯示控件，可以進(jìn)行波形顯示，需添加頻譜顯示控件，可以進(jìn)行頻譜分析。本實(shí)驗(yàn)主要顯示正弦波、三角波、方波和鋸齒波信號(hào)，并對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。在輸出波形的同時(shí)、可以通過(guò)前面板的數(shù)值控件選項(xiàng)，改變輸出波形的頻率、幅值、初始相位、偏移量、采樣信息等設(shè)置。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)的多功能信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，它已實(shí)現(xiàn)基本信號(hào)發(fā)生器的全部功能，并可以進(jìn)行頻譜分析，如果配上多功能數(shù)據(jù)采集卡等硬件則可以成為能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、時(shí)頻分析等具有多種功能模塊的虛擬儀器。隨著虛擬儀器的高速發(fā)展，虛擬儀器將在很多領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，并逐漸取代傳統(tǒng)儀器。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳樹學(xué)，劉萱.LabVIEW寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2] 阮奇楨.我和LabVIEW：一個(gè)NI工程師的十年編程經(jīng)驗(yàn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[3] 張桐，陳國(guó)順，王正林.精通LabVIEW程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[4] 楊平樂(lè)，李海濤，趙勇，等.LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[5] 張凱，郭棟.LabVIEW虛擬儀器工程設(shè)計(jì)與開發(fā)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

[6] 師黎.虛擬儀器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（2）：30?32.

[7] 侯國(guó)屏，葉齊鑫.LabVIEW編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[8] 蔡國(guó)英，張宏群.基于LabVIEW的信號(hào)產(chǎn)生與分析系統(tǒng)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2007（6）：12?14.

[9] 來(lái)德鋒，盛玉霞.基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2006（11）：94?96.

[10] 郭瑜，湯保平，紀(jì)躍波.基于解析信號(hào)和帶通濾波器的頻譜細(xì)化分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（12）：17?25.

摘 要： 信號(hào)發(fā)生器是許多電子設(shè)備特別是測(cè)試設(shè)備必備的一部分，用以輸入基準(zhǔn)源信號(hào)給被測(cè)設(shè)備，通過(guò)接收被測(cè)設(shè)備返回的信息分析研究被檢測(cè)設(shè)備的情況。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器主要靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其功能單一，維護(hù)費(fèi)用高，這里研究的虛擬信號(hào)發(fā)生器基于虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)。該虛擬信號(hào)發(fā)生器不但界面友好，而且功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便，而且可以進(jìn)行頻譜分析。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)表明，它能夠產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室常用的正弦波、三角波、方波、鋸齒波等波形，頻率范圍較寬，相關(guān)參數(shù)可調(diào)。

關(guān)鍵詞： 信號(hào)發(fā)生器； 虛擬儀器； 頻譜分析； LabVIEW

中圖分類號(hào)： TN911.7?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0120?02

Abstract： Signal generator is a necessary part of many electronic equipments， especially the testing equipments. It is adop?ted to transmit the reference signal to the UUT， whose status is judged according the returned information of the signal. Implementation of the traditional signal generators mainly relies on hardwares. Their functions are single， but maintenance cost is high. The virtual signal generator researched in this paper is based on virtual instrument technology. It has a friendly interface， powerful functions and simple operation， and can make spectrum analysis. The simulation results show that it can generate sine waveform， triangle waveform， square waveform and sawtooth waveform， which are usually used in laboratories. It has wide frequency range， and its relevant parameters are adjustable.

Keyword： signal generator； virtual instrument； spectral analysis； LabVIEW

0 引 言

信號(hào)發(fā)生器是許多電子設(shè)備特別是測(cè)試設(shè)備必備的一部分，用以輸入基準(zhǔn)源信號(hào)給被測(cè)設(shè)備，通過(guò)接收被測(cè)設(shè)備返回的信息，分析研究被檢測(cè)設(shè)備的情況。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器主要靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其功能單一、維護(hù)費(fèi)用高。這里研究的虛擬信號(hào)發(fā)生器是基于虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，該虛擬信號(hào)發(fā)生器不但界面友好，而且功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便，而且可以進(jìn)行頻譜分析。

LabVIEW是一種圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。

本文研究的主要內(nèi)容就是利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)一個(gè)包含任意信號(hào)發(fā)生、可調(diào)及頻譜測(cè)量于一體的虛擬儀器系統(tǒng)。

1 多功能信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)思路

（1） 前面板的設(shè)計(jì)

前面板的設(shè)計(jì)主要需要考慮到所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)什么功能，再根據(jù)這些功能，在控件選板中選擇相應(yīng)的控件，放在前面板相應(yīng)的位置上，擺放也有一定的講究，使前面板看起來(lái)比較協(xié)調(diào)。

（2） 后面板的設(shè)計(jì)

后面板的設(shè)計(jì)要用到函數(shù)模板，根據(jù)本程序需要實(shí)現(xiàn)的功能，在函數(shù)選板中選擇相應(yīng)的函數(shù)，由于程序不是只執(zhí)行一次，所以要涉及到循環(huán)結(jié)構(gòu)，本文的程序用到的循環(huán)結(jié)構(gòu)有while循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)。程序調(diào)試成功后就產(chǎn)生一個(gè)包含任意信號(hào)發(fā)生、可調(diào)及頻譜測(cè)量于一體的虛擬儀器系統(tǒng)。

2 多功能信號(hào)發(fā)生器前面板設(shè)計(jì)

多功能信號(hào)發(fā)生器前面板需添加波形顯示控件，可以進(jìn)行波形顯示，需添加頻譜顯示控件，可以進(jìn)行頻譜分析。本實(shí)驗(yàn)主要顯示正弦波、三角波、方波和鋸齒波信號(hào)，并對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。在輸出波形的同時(shí)、可以通過(guò)前面板的數(shù)值控件選項(xiàng)，改變輸出波形的頻率、幅值、初始相位、偏移量、采樣信息等設(shè)置。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)的多功能信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，它已實(shí)現(xiàn)基本信號(hào)發(fā)生器的全部功能，并可以進(jìn)行頻譜分析，如果配上多功能數(shù)據(jù)采集卡等硬件則可以成為能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、時(shí)頻分析等具有多種功能模塊的虛擬儀器。隨著虛擬儀器的高速發(fā)展，虛擬儀器將在很多領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，并逐漸取代傳統(tǒng)儀器。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳樹學(xué)，劉萱.LabVIEW寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2] 阮奇楨.我和LabVIEW：一個(gè)NI工程師的十年編程經(jīng)驗(yàn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[3] 張桐，陳國(guó)順，王正林.精通LabVIEW程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[4] 楊平樂(lè)，李海濤，趙勇，等.LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[5] 張凱，郭棟.LabVIEW虛擬儀器工程設(shè)計(jì)與開發(fā)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

[6] 師黎.虛擬儀器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（2）：30?32.

[7] 侯國(guó)屏，葉齊鑫.LabVIEW編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[8] 蔡國(guó)英，張宏群.基于LabVIEW的信號(hào)產(chǎn)生與分析系統(tǒng)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2007（6）：12?14.

[9] 來(lái)德鋒，盛玉霞.基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2006（11）：94?96.

[10] 郭瑜，湯保平，紀(jì)躍波.基于解析信號(hào)和帶通濾波器的頻譜細(xì)化分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（12）：17?25.

摘 要： 信號(hào)發(fā)生器是許多電子設(shè)備特別是測(cè)試設(shè)備必備的一部分，用以輸入基準(zhǔn)源信號(hào)給被測(cè)設(shè)備，通過(guò)接收被測(cè)設(shè)備返回的信息分析研究被檢測(cè)設(shè)備的情況。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器主要靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其功能單一，維護(hù)費(fèi)用高，這里研究的虛擬信號(hào)發(fā)生器基于虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)。該虛擬信號(hào)發(fā)生器不但界面友好，而且功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便，而且可以進(jìn)行頻譜分析。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)表明，它能夠產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室常用的正弦波、三角波、方波、鋸齒波等波形，頻率范圍較寬，相關(guān)參數(shù)可調(diào)。

關(guān)鍵詞： 信號(hào)發(fā)生器； 虛擬儀器； 頻譜分析； LabVIEW

中圖分類號(hào)： TN911.7?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0120?02

Abstract： Signal generator is a necessary part of many electronic equipments， especially the testing equipments. It is adop?ted to transmit the reference signal to the UUT， whose status is judged according the returned information of the signal. Implementation of the traditional signal generators mainly relies on hardwares. Their functions are single， but maintenance cost is high. The virtual signal generator researched in this paper is based on virtual instrument technology. It has a friendly interface， powerful functions and simple operation， and can make spectrum analysis. The simulation results show that it can generate sine waveform， triangle waveform， square waveform and sawtooth waveform， which are usually used in laboratories. It has wide frequency range， and its relevant parameters are adjustable.

Keyword： signal generator； virtual instrument； spectral analysis； LabVIEW

0 引 言

信號(hào)發(fā)生器是許多電子設(shè)備特別是測(cè)試設(shè)備必備的一部分，用以輸入基準(zhǔn)源信號(hào)給被測(cè)設(shè)備，通過(guò)接收被測(cè)設(shè)備返回的信息，分析研究被檢測(cè)設(shè)備的情況。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器主要靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其功能單一、維護(hù)費(fèi)用高。這里研究的虛擬信號(hào)發(fā)生器是基于虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，該虛擬信號(hào)發(fā)生器不但界面友好，而且功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便，而且可以進(jìn)行頻譜分析。

LabVIEW是一種圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。

本文研究的主要內(nèi)容就是利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)一個(gè)包含任意信號(hào)發(fā)生、可調(diào)及頻譜測(cè)量于一體的虛擬儀器系統(tǒng)。

1 多功能信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)思路

（1） 前面板的設(shè)計(jì)

前面板的設(shè)計(jì)主要需要考慮到所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)什么功能，再根據(jù)這些功能，在控件選板中選擇相應(yīng)的控件，放在前面板相應(yīng)的位置上，擺放也有一定的講究，使前面板看起來(lái)比較協(xié)調(diào)。

（2） 后面板的設(shè)計(jì)

后面板的設(shè)計(jì)要用到函數(shù)模板，根據(jù)本程序需要實(shí)現(xiàn)的功能，在函數(shù)選板中選擇相應(yīng)的函數(shù)，由于程序不是只執(zhí)行一次，所以要涉及到循環(huán)結(jié)構(gòu)，本文的程序用到的循環(huán)結(jié)構(gòu)有while循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)。程序調(diào)試成功后就產(chǎn)生一個(gè)包含任意信號(hào)發(fā)生、可調(diào)及頻譜測(cè)量于一體的虛擬儀器系統(tǒng)。

2 多功能信號(hào)發(fā)生器前面板設(shè)計(jì)

多功能信號(hào)發(fā)生器前面板需添加波形顯示控件，可以進(jìn)行波形顯示，需添加頻譜顯示控件，可以進(jìn)行頻譜分析。本實(shí)驗(yàn)主要顯示正弦波、三角波、方波和鋸齒波信號(hào)，并對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。在輸出波形的同時(shí)、可以通過(guò)前面板的數(shù)值控件選項(xiàng)，改變輸出波形的頻率、幅值、初始相位、偏移量、采樣信息等設(shè)置。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)的多功能信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，它已實(shí)現(xiàn)基本信號(hào)發(fā)生器的全部功能，并可以進(jìn)行頻譜分析，如果配上多功能數(shù)據(jù)采集卡等硬件則可以成為能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、時(shí)頻分析等具有多種功能模塊的虛擬儀器。隨著虛擬儀器的高速發(fā)展，虛擬儀器將在很多領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，并逐漸取代傳統(tǒng)儀器。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳樹學(xué)，劉萱.LabVIEW寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2] 阮奇楨.我和LabVIEW：一個(gè)NI工程師的十年編程經(jīng)驗(yàn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[3] 張桐，陳國(guó)順，王正林.精通LabVIEW程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[4] 楊平樂(lè)，李海濤，趙勇，等.LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[5] 張凱，郭棟.LabVIEW虛擬儀器工程設(shè)計(jì)與開發(fā)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

[6] 師黎.虛擬儀器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（2）：30?32.

[7] 侯國(guó)屏，葉齊鑫.LabVIEW編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[8] 蔡國(guó)英，張宏群.基于LabVIEW的信號(hào)產(chǎn)生與分析系統(tǒng)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2007（6）：12?14.

[9] 來(lái)德鋒，盛玉霞.基于LabVIEW的虛擬頻譜分析儀[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2006（11）：94?96.

[10] 郭瑜，湯保平，紀(jì)躍波.基于解析信號(hào)和帶通濾波器的頻譜細(xì)化分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（12）：17?25.