【正文】 當今我們處于一個正在高度發(fā)展的信息社會，要求在有限的時空上實現(xiàn)大量信息的交換，必然帶來信息密度的急劇增大，要求電子系統(tǒng)對于信息的處理速度越來越高，功能越來越強，這使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。第四章分兩個部分，在第一部分虛擬儀器的簡單應(yīng)用中，通過實現(xiàn)簡單的正弦信號發(fā)生器，熟悉Labview軟件及l(fā)abview相應(yīng)的工具箱的使用，第二部分是全文的重點，設(shè)計了多功能信號發(fā)生器，該發(fā)生器可以產(chǎn)生方波，三角波，鋸齒波和正弦波。其良好的相通性、開放性、專用性，使測試系統(tǒng)的開發(fā)周期短、成本低、質(zhì)量高。因為虛擬信號發(fā)生器可與計算機同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)，用戶只需改變軟件程序就可以不斷賦予它或擴展增強它的測量功能。使用網(wǎng)絡(luò)化虛擬信號發(fā)生器，可在任何地點、任意時刻獲取測量數(shù)據(jù)。一個大的復(fù)雜測試系統(tǒng)的輸入、輸出、結(jié)果分析往往分布在不同的地理位置，僅用一臺計算機并不能勝任測試任務(wù)，需要由分布在不同地理位置的若干計算機共同完成整個測試任務(wù)。信號的頻率、幅值可調(diào)，同時可以實現(xiàn)任意兩種信號的疊加。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、自動測試和儀器控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，促進和推動測試系統(tǒng)和儀器控制的設(shè)計方法與實現(xiàn)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化。本虛擬儀器可完成輸出多種信號波形的同時產(chǎn)生與輸出，信號輸出頻率、幅度等參數(shù)實時可調(diào)。更重要的是，對于傳統(tǒng)的信號發(fā)生器，其功能一旦確定便不能更改，用戶要想使用新的功能則必須重新購買新的儀器，傳統(tǒng)信號發(fā)生器的不足是顯而易見的。虛擬儀器是將儀器技術(shù)、計算機技術(shù)、總線技術(shù)和軟件技術(shù)緊密的融合在一起，利用計算機強大的數(shù)字處理能力實現(xiàn)儀器的大部分功能，打破了傳統(tǒng)儀器的框架，形成的一種新的儀器模式。本文研究的虛擬信號發(fā)生器主要具有如下優(yōu)點：用戶可自由定義其功能；系統(tǒng)功能升級擴充方便快捷、可與電腦等設(shè)備方便的互聯(lián)?！败浖词莾x器”已成為測試與測量技術(shù)發(fā)展的重要標志。在設(shè)計基本信號發(fā)生器之余，還添加了卷積和相關(guān)控件，用于實現(xiàn)兩個信號的卷積。集成測試越來越不能滿足復(fù)雜測試任務(wù)的需要，因此，“網(wǎng)絡(luò)化儀器”的出現(xiàn)成為必然。和以PC為核心的虛擬信號發(fā)生器相比，網(wǎng)絡(luò)化將虛擬儀器的發(fā)展產(chǎn)生一次革命，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將把單臺虛擬儀器實現(xiàn)的三大功能（數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、及圖形化顯示）分開處理，分別使用獨立的基本硬件模塊實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的三大功能，以網(wǎng)線相連接，實現(xiàn)信息資源的共享。這就是說，儀器的設(shè)計制造不再是廠家的專利。基于Labview的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器具有人機交互性好、易于操作等特點，能夠廣泛的應(yīng)用與于科研、生產(chǎn)等領(lǐng)域。信號的頻率、幅值可調(diào)，同時可以實現(xiàn)任意兩種信號的疊加。對體積、耗電和價格的要求使得系統(tǒng)及IC的集成度越來越高，同時激烈的市場競爭使得產(chǎn)品價格及研制生產(chǎn)周期縮短，傳統(tǒng)的測試儀器已經(jīng)越來越不能滿足時代的要求，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：要求測試儀器不僅能單獨測量某個電量，而且測試儀器之間必須具備控制通道和數(shù)據(jù)交換通道，以便完成對各個被測量同時進行自動分析、信息綜合及準確判斷，傳統(tǒng)的測試儀器在這方面受到極大的限制。對于越來越復(fù)雜的被測系統(tǒng)，如果仍然使用傳統(tǒng)的測試儀器必然會需要眾多的儀器設(shè)備，面對各個生產(chǎn)廠家的不同設(shè)備，使用者需要學(xué)習(xí)不同設(shè)備的使用方法后方可使用。在這種形式下，基于微計算機的虛擬儀器逐步變得現(xiàn)實，它的出現(xiàn)和廣泛使用為測試系統(tǒng)的設(shè)計提供一個極佳的模式，并且使工程師們在測量和控制方面得到強大功能和靈活性。虛擬儀器代表著從傳統(tǒng)硬件為主的測試系統(tǒng)到以軟件為中心的測試系統(tǒng)的根本性轉(zhuǎn)變。 虛擬儀器的分類虛擬儀器隨著計算機的發(fā)展和采用總線方式的不同，一般可分為五種類型。但是受PC機機箱和總線限制，且有電源功率不足，機箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機箱內(nèi)無屏蔽等缺點。美國LINK公司的DSO2XXX系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業(yè)，又可與臺式PC機相連，實現(xiàn)臺式和便攜式兩用，非常方便。在標準情況下，一塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。由于它的標準開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強、定時和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點，很快得到廣泛的應(yīng)用。PXI總線方式虛擬儀器PXI總線方式是PCI總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。其中，硬件設(shè)備與接口可以是各種以PC為基礎(chǔ)的內(nèi)置功能插卡、通用接口總線接口卡、串行口、VXI總線儀器接口等設(shè)備，或者是其它各種可程控的外置測試設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動程序，虛擬儀器通過底層設(shè)備驅(qū)動軟件與真實的儀器系統(tǒng)進行通訊，并以虛擬儀器面板的形式在計算機屏幕上顯示與真實儀器面板操作元素相對應(yīng)的各種控件。它管理著虛擬儀器的軟件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。NI公司在提出虛擬儀器概念并推出第一批實用成果時，就用軟件就是儀器來表達虛擬儀器的特征，強調(diào)軟件在虛擬儀器中的重要位置。虛擬儀器測試系統(tǒng)的軟件主要分為以下四部分。儀器驅(qū)動軟件虛擬儀器驅(qū)動程序是處理與特定儀器進行控制通信的一種軟件。驅(qū)動程序一般分為兩層，底層是儀器的基本操作，如初始化儀器配置儀器輸入?yún)?shù)、收發(fā)數(shù)據(jù)、查看儀器狀態(tài)等。作為通用I/O標準，VISA具有與儀器硬件接口無關(guān)性的特點， 即這種軟件結(jié)構(gòu)是面向器件功能而不是面向接口總線的。擴展性強NI的軟硬件工具使得我們不再受限于當前的技術(shù)中。NI設(shè)計這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。 虛擬儀器的發(fā)展方向虛擬儀器作為新興的儀器儀表，其優(yōu)勢在于用戶可自行定義儀器的功能和結(jié)構(gòu)等，且構(gòu)建容易、轉(zhuǎn)換靈活，它已廣泛應(yīng)用于電子測量、聲學(xué)分析、故障診斷、航天航空、機械工程、建筑工程、鐵路交通、生物醫(yī)療、教學(xué)及科研等諸多方面。虛擬儀器作為教學(xué)的新手段，已慢慢地走進了電子技術(shù)的課堂和實驗室，正逐漸改變著電子技術(shù)教學(xué)的傳統(tǒng)模式，這也是現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的必然。當前應(yīng)該解決的是如何使虛擬儀器和現(xiàn)有儀器配合，挖掘現(xiàn)有儀器的潛力，達到逐步淘汰和取代傳統(tǒng)儀器的目的。目前，該開發(fā)軟件在國際測試、測控行業(yè)比較流行，在國內(nèi)的測控領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。事實上，LABVIEW已經(jīng)成為圖形化編程語言的工業(yè)標準。 LABVIEW是一種圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境，被公認為是標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。用LABVIEW設(shè)計的虛擬儀器可以脫離LABVIEW開發(fā)環(huán)境，最終用戶看一見的是和實際的硬件儀器相似的操作面板。程序的前面板具有與傳統(tǒng)儀器類似的界面，可接受用戶的鼠標指令。LABVIEW可調(diào)用Windows動態(tài)鏈接庫和用戶自定義的動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)。LABVIEW的運行機制就宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮LABVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動的。LABVIEW的核心是VI。當把一個控件或指示器放置到前面板上時，LABVIEW在對話框中相應(yīng)地放置了一個端口(terminals)，這個從屬于控件或指示器的端口不能隨意刪除，只有刪除它對應(yīng)的控件或指示器時它才隨之一起被刪除。 用LABVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的。LABVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設(shè)計的概念。提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)。提供大量與外部代碼或軟件進行連接的機制，諸如DLL(動態(tài)連接庫)、DDE(共享庫)、ActiveX等。 本章小結(jié) 本章主要講述了虛擬儀器的基本概念以及虛擬儀器的組成。河北聯(lián)合大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第3章 信號發(fā)生器信號發(fā)生器(signal generator)又稱信號源或振蕩器，是一種能提供各種頻率、波形和輸出電平電信號，常用作測試的信號源或激勵源的設(shè)備。同時還出現(xiàn)了可用來測量脈沖電路或用作脈沖調(diào)制器的脈沖信號發(fā)生器。自從70年代微處理器出現(xiàn)以后，利用微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，硬件和軟件使信號發(fā)生器的功能擴大，產(chǎn)生比較復(fù)雜的波形。信號發(fā)生器的應(yīng)用非常廣泛，種類繁多。一般傳統(tǒng)的信號發(fā)生器都采用諧振法，即用具有頻率選擇性的回路來產(chǎn)生正弦振蕩，來獲得所需頻率。主振級一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。主要用途是測量各種接收機的技術(shù)指標。儀器一般靠機械調(diào)諧腔體來改變頻率，每臺可覆蓋一個倍頻程左右，由腔體耦合出的信號功率一般可達10毫瓦以上。掃頻信號發(fā)生器有自動掃頻、手控、程控和遠控等工作方式。直接式頻率合成器由晶體振蕩、加法、乘法、濾波和放大等電路組成，變換頻率迅速但電路復(fù)雜，最高輸出頻率只能達1000兆赫左右。它能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形（主要是正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號。脈沖發(fā)生器主要由主控振蕩器、延時級、脈沖形成級、輸出級和衰減器等組成。 隨機信號發(fā)生器隨機信號發(fā)生器分為噪聲信號發(fā)生器和偽隨機信號發(fā)生器兩類。噪聲信號發(fā)生器主要用途是：①在待測系統(tǒng)中引入一個隨機信號，以模擬實際工作條件中的噪聲而測定系統(tǒng)的性能；②外加一個已知噪聲信號與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲相比較以測定噪聲系數(shù)；③用隨機信號代替正弦或脈沖信信號，以測試系統(tǒng)的動態(tài)特性。只要所取的測量時間等于這種編碼信號周期的整數(shù)倍，便不會引入統(tǒng)計性誤差。本章主要講述了信號發(fā)生器的原理、分類及應(yīng)用領(lǐng)域。圖1 虛擬儀器的啟動界面LabVIEW提供內(nèi)置VI模板，包括用于創(chuàng)建常規(guī)測量應(yīng)用程序所需的子VI、函數(shù)、結(jié)構(gòu)和前面板對象。在新建列表中選擇VI基于模板使用指南（入門）生成和顯示。圖2 虛擬儀器的新建窗口單擊確定按鈕即可創(chuàng)建一個基于該模板的VI。在圖中，可以選正弦波，方波，鋸齒波等信號類型，這里選正弦波。 為前面板添加控件前面板上的控件相當于物理儀器中的輸入裝置，即為VI的程序框圖輸送數(shù)據(jù)。默認狀態(tài)下，初次使用LabVIEW時打開控件選板將顯示Express子選板。當光標在控件選板的圖標上移動時，光標所至的子選板、輸入控件或顯示控件的名稱將在圖標下方的提示框中出現(xiàn)。在程序框圖中，將鼠標放在仿真信號的下邊框，鼠標變成雙箭頭時將下邊框向下拉，可以顯示幅值，相位，頻率，偏移量等信息。在程序框圖的空白處單擊右鍵，顯示出函數(shù)選板，單擊算數(shù)與比較，選擇“公式” Express VI并將其放置在程序框圖上，位于循環(huán)內(nèi)部“仿真信號”與Waveform Graph接線端之間的位置。圖9 修改信號的前面板 本節(jié)小結(jié)本節(jié)主要通過設(shè)計一個簡單的程序來說明LabVIEW的使用步驟和方法，本節(jié)通過設(shè)計了在一個窗口中顯示兩個信號波形，并且可以通過旋鈕控制波形的幅值，有停止按鈕用于控制程序的停止和運行，并且涉及到了很多控件屬性的設(shè)置。本文分別闡述這三種信號發(fā)生器的前面板和后面板的設(shè)計，以及這三種信號發(fā)生器的功能。再者是后面板的設(shè)計。又由于在同一個窗口中顯示的兩路信號頻率和幅值可調(diào)，所以要在前面板添加4個旋鈕，其中兩個旋鈕用于調(diào)節(jié)第一個信號波形的頻率和幅值，另兩個旋鈕用于控制第二個信號波形的頻率和幅值。所以要加一個停止按鈕，按下停止按鈕，信號由動態(tài)變?yōu)殪o態(tài)的波形，利于用戶的觀察和記錄。其中有一個模塊是基本函數(shù)發(fā)生器。圖13 基本函數(shù)發(fā)生器模塊偏移量指定信號的直流偏移量，；重置信號值為TRUE，相位將被重置為相位控件的值，時間標識將被重置為0；信號類型是要生成的波形的類型；頻率是波形頻率，以Hz為單位，默認值為10；幅值是波形的幅值，幅值也是峰值電壓，；相位是波形的初始相位，以度為單位，默認值為0，如重置信號的值為FALSE，VI將忽略相位；錯誤輸入表明VI或函數(shù)運行前發(fā)生的錯誤，默認值為無錯誤，如錯誤發(fā)生在VI或函數(shù)運行之前，VI或函數(shù)將把錯誤輸入值傳遞至錯誤輸出，如在VI或函數(shù)運行前沒有發(fā)生錯誤，VI或函數(shù)將正常運行，如在VI或函