【正文】 組成一個簇，在這里將軸的水平間距設(shè)定為采樣周期(采樣周期=1/fs)。(2)依次在前面板上放置5個輸入控制件“信號頻率(Hz)”、“采樣頻率(Hz)”、“采樣點數(shù)”、“幅度(v)”和“相位(度)”。～180176。　噪聲信號產(chǎn)生模塊框圖程序 高斯白噪聲信號產(chǎn)生模塊前面板　均勻白噪聲信號產(chǎn)生模塊前面板 正弦波仿真信號發(fā)生器模塊該正弦波仿真信號發(fā)生器，可產(chǎn)生正弦信號。其有效函數(shù)由LabVIEW中設(shè)定。為了能夠產(chǎn)生一些非周期信號或其它測試領(lǐng)域的特殊信號在本設(shè)計中應(yīng)用波形產(chǎn)生子。在進行參數(shù)設(shè)置時,采樣頻率至少要大于最高信號頻率的2倍,這是為了滿足采樣定理的要求。該模塊后面板框圖程序如圖3所示。ω1是基波角頻率。波形數(shù)據(jù)以簇的形式給出,包括起始時間t0、采樣時間間隔dt和一個由采樣數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)組。各個模塊均給出了相應(yīng)的流程圖和前面板波形圖。 本章小結(jié)本章首先對本文采用的編程軟件La合實例對LabVIEW中具體的編程方式、設(shè)計模式以及bVIEW的特征進行簡單介紹，這也是本文選用該軟件作為主要軟件開發(fā)環(huán)境的原因。它們一般都經(jīng)過了開發(fā)者的不懈的改進和調(diào)整才形成，使用簡單并具有較高的可維護性、可讀性等特點。LabVIEW有一個圖形編輯器來產(chǎn)生最優(yōu)化編輯代碼，虛擬儀器執(zhí)行他們相當(dāng)編譯C的速度。VI具有層次結(jié)構(gòu)和模塊化的特點。圖標代碼是對具體編程問題的圖形化解決方案。控件集成了旋鈕、開關(guān)等用戶輸入控制對象，可以為程序輸入數(shù)據(jù)。實際上，VI類似于傳統(tǒng)編程語言的函數(shù)或子程序。所以基于以上各原因，LabVIEW更容易為人們作為虛擬儀器開發(fā)平臺所接受[13]。(4)LabVIEW也擁有大量NI公司或第三方公司提供的、非常實用的支持軟件，如，Application Builder(用于產(chǎn)生可執(zhí)行文件)、SQLToolkit(用于將LabVIEW程序與本地或遠程數(shù)據(jù)庫相連)等，這些特性為LabVIEW環(huán)境下應(yīng)用程序的開發(fā)提供了方便(5)LabVIEW提供了先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如，TCP/IP函數(shù)庫、數(shù)據(jù)套接字技術(shù)，可以很容易地實現(xiàn)測控網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，并且提高了系統(tǒng)的開放性、穩(wěn)定性、可靠性。 LabVIEW的優(yōu)點LabVIEW從被推出到現(xiàn)在，20年的實踐證明LabVIEW確實是一個使用方便卻又功能非常強大的開發(fā)平臺，LabVIEW具有以下優(yōu)點：(1)使用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機界面，提供了大量儀器面板中的控制對象簡單的方案即使沒有多少編程經(jīng)驗，仍可以很方便的使用LabVIEW。LabVIEW的圖形環(huán)境內(nèi)置豐富的函數(shù)庫，提供了多種網(wǎng)絡(luò)的接口，支持先進的流動數(shù)據(jù)傳輸?shù)认冗M技術(shù)，使系統(tǒng)的開發(fā)更加方便，其中基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)實時數(shù)據(jù)交換編程技術(shù)――數(shù)據(jù)套接字(DataSocket)技術(shù)便是一特色。而LabVIEW使用圖形語言(即，各種圖標、圖形符號、連線等)以框圖的形式編寫程序。對于LabVIEW的特點和相關(guān)的編程技術(shù)，將在下一章中做詳細的介紹[8]。 本章小結(jié)綜上所述，虛擬儀器技術(shù)有著許多傳統(tǒng)儀器所難以實現(xiàn)的優(yōu)勢，由虛擬儀器構(gòu)建的自動測試系統(tǒng)在實際應(yīng)用中將會有著巨大的前景。在應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)的測試設(shè)備中，充分利用計算機的存儲能力，讓測試數(shù)據(jù)經(jīng)由計算機總線，傳輸至計算機內(nèi)存或硬盤，數(shù)據(jù)傳輸率可以滿足測試的實時性要求，也加快了測試過程，這樣就很好解決了數(shù)據(jù)的傳輸、保存問題[7]。用于儀器控制和數(shù)據(jù)采集分析的交互式編譯軟件包；用于GUI的拖拉用戶界面編程器；用于快速樣機開發(fā)的代碼產(chǎn)生工具和內(nèi)部編譯器；用于GPIB,VXI、串行、DAQ, TCP和用戶控制界面的集成庫；可用于Win2000/XP、Sun Solaris 。下面簡單的介紹一些常用的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺各自的特點：(1)Microsoft Visual C++，Borland C++Builder,Borland Delphi易學(xué)、使用簡單，面向?qū)ο罂梢暬幊誊浖?；它的圖形控件工具能生成復(fù)雜的多窗口用戶界面不必編寫復(fù)雜的代碼；可創(chuàng)建自己ActiveX控件或組件，以及多線程和安全的ActiveX控件。近年來，基于PC機和工作站基礎(chǔ)上的圖形接口標準和計算機計算能力的提高，促進了圖形開發(fā)軟件包和圖形開發(fā)環(huán)境的迅速普及，圖形開發(fā)方式為每一個虛擬儀器提供了可重用的代碼模塊，并允許用戶從其它代碼模塊中分級調(diào)用。虛擬儀器的應(yīng)用軟件主要包括：集成的開發(fā)環(huán)境、與儀器硬件的高級接口和虛擬儀器的用戶界面。很多情況下采用當(dāng)前廣為使用的PC機作為虛擬儀器的軟硬件基礎(chǔ)，建立基于PC的虛擬儀器系統(tǒng)。(3)PXI/Compact PCI模型系統(tǒng)組建方案美國國家儀器公司1997年最新推出了PXI(PCI bus eXtentions forInstrumentation)控制方案，基于PCI總線的虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)架，PXI將主流PCI計算技術(shù)和控制器采用現(xiàn)在流行的奔騰處理器，帶有標準GPIB接口、串并口、以太網(wǎng)絡(luò)接口及顯示器接口，為用戶組建速度高、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊的測試系統(tǒng)提供了可行性。它具有標準開發(fā)、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、眾多儀器商支持等優(yōu)點，使它應(yīng)用越來越廣。虛擬儀器系統(tǒng)按硬件構(gòu)成方式，可有GPIB儀器通過GPIB接口卡與計算機組成GPIB系統(tǒng)；VXI儀器與計算機組成VXI系統(tǒng)；PXI儀器組成PXI系統(tǒng)；以DAQ和信號調(diào)理部分為硬件組成PCDAQ測試系統(tǒng)；并行總線儀器組成并行總線系統(tǒng)；串行總線儀器組成串行總線系統(tǒng)；現(xiàn)場總線設(shè)備組成現(xiàn)場總線系統(tǒng)等，以下重點介紹GPIB、VXI、PXI三種虛擬儀器組建方案。以下是傳統(tǒng)測試儀器和虛擬儀器的一個比較：表21 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器對照表傳統(tǒng)儀器虛擬儀器開發(fā)和維護費用高基于軟件體系的 結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省開發(fā)和維護的費用功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義于其他儀器設(shè)備的連接十分有限面向應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以方便地與外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)或其他應(yīng)用連接數(shù)據(jù)無法編輯數(shù)數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分價格昂貴價格低廉（是傳統(tǒng)價格的五至十分之一）技術(shù)更新慢（5—10年）技術(shù)更新快（一般1—2年）系統(tǒng)封閉、功能固定、擴展性低基于計算機技術(shù)開發(fā)的功能模塊可構(gòu)成多種儀器正是因為意識到了虛擬儀器的諸多優(yōu)點及傳統(tǒng)儀器的一些弊端，所以，我們計劃開發(fā)了這樣一臺基于LabVIEW(美國NI公司)的多功能虛擬數(shù)字發(fā)生器。如另配置一套儀器，不斷效率不高，而且價格高。傳統(tǒng)的電子儀器是自封閉的系統(tǒng)，它具有信號輸入、輸出的能力，并有固定的用戶界面，比如：輸入、輸出信號接插件、旋鈕、按鈕、顯示儀表、顯示面板等。用戶在使用過程中可以根據(jù)需要添加或刪除儀器功能，以滿足各種需求和各種環(huán)境，并且能充分利用計算機豐富的軟硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、表達、傳送、存儲方面的限制。虛擬儀器是計算機技術(shù)和儀器技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。第2章 虛擬儀器技術(shù)本章將對虛擬儀器技術(shù)概念進行深入探討,對虛擬儀器軟硬件構(gòu)成方案進行研究。[3] 本文主要論文本文主要闡述虛擬儀器技術(shù)的概念和基本設(shè)計思路，設(shè)計基于LabWIEW軟件的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器（能夠產(chǎn)生實驗室常用的正弦波、三角波、方波、鋸齒波信號及白噪聲和多頻波，任意公式波），并在以設(shè)計好的虛擬信號發(fā)生器的基礎(chǔ)上對所產(chǎn)生的信號做自相關(guān)分析，積分，微分分析及相應(yīng)的頻譜分析。可以產(chǎn)生任意波形。頻率切換速度快，可達us量級。隨著高速大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，DDS技術(shù)日益顯露出它的優(yōu)越性。但由分立組件構(gòu)成的振蕩電路和整形電路，在產(chǎn)生各種波形時，由于其鎖相存在捕獲時間問題，其頻率切換速度比直接合成慢而且頻率間隔不可能做的很小。第二代的波形發(fā)生器采用的是模擬電路技術(shù)，其頻率控制部分主要采用的是基于鎖相環(huán) (PhaseLockedLoop，簡稱PLL)的間接頻合成技術(shù)[2J[，J[4j。：可調(diào)衰減器輸出放大器正弦波整形器放大器三角波發(fā)生器OSC 直接模擬頻率合成框圖根據(jù)所使用的參考頻率的數(shù)目不同可分為非相關(guān)合成方法和相關(guān)合成方法兩種類型。隨著電子技術(shù)的巨大進步，波形發(fā)生器根據(jù)其關(guān)鍵技術(shù)—頻率合成技術(shù)的角度，大致可以劃分成三代。據(jù)專家預(yù)測，到本世紀初我國將有的儀器為虛擬儀器。它要求學(xué)生在理論與實際結(jié)合的基礎(chǔ)上解決一兩個測試問題，同時為學(xué)生的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)提供充分的空間[1]。隨著微型計算機的發(fā)展，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流。 virtual function signal generator目 錄第1章 緒 論 1 課題背景及意義 1 波形發(fā)生器的發(fā)展概況 2 本文主要論文 4第2章 虛擬儀器技術(shù) 5 虛擬儀器概述 5 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)構(gòu)成方案 6 7 基于虛擬儀器構(gòu)建的自動測試系統(tǒng)的優(yōu)點 9 本章小結(jié) 9第3章 LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境 11 LabVIEW簡介 11 LabVIEW的優(yōu)點 12 LabVIEW中的編程方式 13 LabVIEW程序的設(shè)計模式 14 本章小結(jié) 14第4章 虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計 15 基本函數(shù)波形產(chǎn)生模塊 15 多頻信號產(chǎn)生模塊 16 任意公式波形產(chǎn)生模塊 17 正弦波仿真信號發(fā)生器模塊 21 23 25 27 虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計 30第5章 結(jié)論 32參考文獻 33 致謝 34附錄…………………………………………………………………………….…..35附件附件1 開題報告(文獻綜述)附件2 譯文及原文影印件 第1章 緒 論 課題背景及意義虛擬儀器在許多企業(yè)、科研單位被用于產(chǎn)品測試和測控系統(tǒng)，另外，包括一些著名高校在內(nèi)的許多學(xué)校不僅建立了基于虛擬儀器的實驗室，而且還開設(shè)了LabVIEW編程的課程。它是按照信號的處理與采集，數(shù)據(jù)的分析，結(jié)果的輸出及顯示的結(jié)構(gòu)模式來建立通用信號處理硬件平臺。從本質(zhì)上來說，虛擬儀器是儀器技術(shù)與計算機技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，它強調(diào)“軟件是儀器”的概念，使用戶能夠根據(jù)自己的需要定義儀器功能，更好的組建自己所需要的測試系統(tǒng)。 Labview。國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況進行實時檢測。其內(nèi)容新，反映了當(dāng)前測量技術(shù)的發(fā)展方向；涉及面廣，包括數(shù)學(xué)、物理、電工電子技術(shù)、計算機軟硬件、信號處理及相關(guān)專業(yè)的測試技術(shù)。虛擬儀器作為傳統(tǒng)儀器的替代品，市場容量巨大。早在二十年代，當(dāng)電子設(shè)備剛開始出現(xiàn)的時候，信號發(fā)生器就出現(xiàn)了。它由模擬振蕩器產(chǎn)生參考頻率源，經(jīng)諧波發(fā)生器產(chǎn)生一系列諧波，再經(jīng)混頻、分頻和濾波等處理產(chǎn)生大量的離散頻率。采用這種技術(shù)制作的函數(shù)發(fā)生器的優(yōu)點是頻率轉(zhuǎn)換時間短、相位噪聲低，但由于采用大量的混頻、分頻、倍頻和濾波等模擬硬設(shè)備，使頻率合成器的體積大、成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、容易產(chǎn)生雜散分量，大多數(shù)硬件的非線性影響難于抑制。這種波形發(fā)生器的優(yōu)點是頻率穩(wěn)定和雜散抑制好，調(diào)試簡便。DDs是從相位概念出發(fā)直接合成所需要波形的一種新的頻率合成原理。：波形輸出波形存儲器D/A轉(zhuǎn)換器模擬濾波器DDS模塊控制面板 直接數(shù)字頻率合成結(jié)構(gòu)圖采用DDS技術(shù)實現(xiàn)的任意波形發(fā)生器具有以下優(yōu)點:頻率分辨率高，輸出頻點多，可達2“個頻點(假設(shè)DDS相位累加器的字長是N)。輸出相位噪聲低，對參考頻率源的相位噪聲有改善作用。用這種方法產(chǎn)生線性調(diào)頻信號及其它復(fù)雜波形信號的技術(shù)日益受到重視，并得到廣泛的應(yīng)用。然后結(jié)多線程技術(shù)、同步控制等在我們開發(fā)實際中運用到的技術(shù)做一一的研究和介紹。第二個部分介紹了虛擬函數(shù)信號發(fā)生器總體設(shè)計思路及其流程圖。因為虛擬儀器是以計算機為核心、在Windows等操作系統(tǒng)平臺上運行的，所以它具有一機多功能的特點，可以同時運行多個軟件，當(dāng)作多種儀器使用，此類具有多功能的儀器系統(tǒng)稱之為虛擬集成儀器系統(tǒng)[4]。虛擬儀器的最大特點是其靈活性。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計日趨模塊化、標準化，設(shè)計工作量、復(fù)雜性大大減小。然而，有時為了構(gòu)成具有一定功能的系統(tǒng)，配置了一套儀器，但對其中的某些儀器，只用到了其中一部分功能，而將它作其他功能使用時，卻不具備或達不到所需指標。虛擬儀器概念的提出是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流。 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)構(gòu)成方案虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器最大不同就是不僅可以利用PC機組建成為靈活的虛擬儀器，更重要的是它可以通過各種不同的接口總線，組建不同規(guī)模的自動測試系統(tǒng)[5]。(2)VXI儀器控制的虛擬儀器系統(tǒng)組建方案VXI(VEM bus eXtension for Instrumentation)總線是一種高速計算機總線 (VME總線)在儀器領(lǐng)域的擴展。但VXI總線實現(xiàn)強大功能的同時，價格也是十分昂貴的。對于一些速度精度要求不高的場合，VXI并不一定是考慮性價比的最佳方案。在確定的硬件基礎(chǔ)條件下，構(gòu)造和使用虛擬儀器的關(guān)鍵就是應(yīng)用不同的軟件實現(xiàn)不同的功能。文本式編程語言和圖形化編程語言相比，語言靈活性較好，用戶可以靈活的添加功能；而圖形化編程語言具有編程簡單、直觀、開發(fā)效率高的特點。在虛擬儀器圖形軟件開發(fā)平臺研究方面，近年來國際上許多公司都做了大量的工作，其中NI公司的LabVIEW和惠普公司的VEE虛擬儀器軟件開發(fā)平臺最具代表性。(4)National Instruments,LabVIEW,LabWindows/CVI具有用于數(shù)據(jù)采集、儀器、網(wǎng)絡(luò)和分析的完全集成化的庫的圖形化環(huán)境；可編譯性能強；自動化的測試對接軟件；SQL數(shù)據(jù)庫連接性SPC分析工具。對于有些常用的測試儀器，對于被測對象只能進行定性分析，如果需要精確的物理數(shù)據(jù)，就需要有額外的輔助措施。(3)為了使測試過程直觀、明了，有時需要多種方式顯示測試數(shù)據(jù)、控制過程和分析結(jié)果，虛擬儀器中，就可以利用計算機的圖形用戶界面實現(xiàn)這一目標。而完全的圖形化編程