【正文】 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環(huán)境LabVIEW自然是最理想的選擇。但二者最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語言用文本語言編程，程序的執(zhí)行依賴于文本所描述的指令。與傳統(tǒng)的編程方式相比，使用LabVIEW設(shè)計的虛擬儀器，可以提高效率410倍[10]。使用DataSocket類和統(tǒng)一資源定位器(Uniform Resource Locator，簡稱URL)，就可建立數(shù)據(jù)套接的源與目標的連接，用戶可以像使用LabVIEW中的其他數(shù)據(jù)類型一樣用DataSocket讀寫數(shù)據(jù)，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的實時共享[11]。(3)LabVIEW擁有豐富的分析模塊，可以滿足用戶從統(tǒng)計過程控制到數(shù)字信號處理(DSP)等方面的要求[12]。另外，相對來說，LabVIEW的功能可擴展性較好，應(yīng)用起來比較靈活，操作起來比較容易。LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的程序稱為虛擬儀器VI，因為它的外形與操作方式可以模擬實際的儀器。前面板(front panel)類似于儀器的面板，由控件和指示元件組成。流程圖使用圖標連線方式的圖形，VI用圖標代碼和連線來完成算術(shù)和邏輯運算。由于流程圖與傳統(tǒng)程序設(shè)計語言的語法細節(jié)無關(guān)，構(gòu)建和測試程序就可以少費時間，使用方框圖方法可以實現(xiàn)內(nèi)部的自我復(fù)制。VI程序使用接口板來替代文本編程語言的函數(shù)參數(shù)表，每個輸入和輸出的參數(shù)都有自己的連接端口，其他的VIs可以由此向subVI傳遞數(shù)據(jù)。 LabVIEW程序的設(shè)計模式設(shè)計模式所代表的技術(shù)都是經(jīng)過實踐檢驗的、具有很強實用價值的程序設(shè)計方式[23]。LabVIEW中的設(shè)計模式主要有：狀態(tài)機模式、主從模式、生產(chǎn)／消費模式和消息隊列處理機模式。主要分為以下9個模塊：模塊基本函數(shù)波形產(chǎn)生模塊、多頻信號產(chǎn)生模塊、任意公式波形產(chǎn)生模塊、噪聲信號產(chǎn)生模塊、正弦波仿真信號發(fā)生器模塊、自相關(guān)函數(shù)演示模塊、虛擬正弦波頻譜分析儀模塊、虛擬積分器與微分器模塊以及虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的總體設(shè)計[19]。在波形產(chǎn)生子模板中的所有模塊不僅輸出包含指定波形圖形的數(shù)字型數(shù)組,而且包含時間參數(shù),這種數(shù)據(jù)類型在LabVIEW中稱作波形數(shù)據(jù)。　多頻信號產(chǎn)生模塊框圖程序 多頻信號產(chǎn)生模塊前面板多頻信號是指一個離散頻率的正弦波集合,其模擬信號數(shù)學(xué)表達式為:x(t)=∑Aisin(hiω1t+θi)式中,Ai是第i個正弦波的幅值。多頻信號在現(xiàn)代測量技術(shù)中應(yīng)用很多。波峰因數(shù)輸出端為合成波的幅值與有效值之比。 任意公式波形產(chǎn)生模塊　任意函數(shù)波形產(chǎn)生模塊框圖程序這個程序作為主程序Case結(jié)構(gòu)的一個分支。在formula端子輸入公式,用于生成輸出多頻波形信號的表達式,表達式中包含的參數(shù)有: f (輸入頻率)、a (輸入幅度)、n (采樣數(shù))、t (時間)和fs (采樣頻率)。該模塊可以根據(jù)需要在2種噪聲波形信號之間進行選擇（在前面板的信號類型下拉列表中選擇即可），通過調(diào)節(jié)噪聲的參數(shù),可以得到不同的高斯白噪聲和均勻白噪聲波形。初始相位: 0176。采樣點數(shù)： N=8～5121）前面板設(shè)計前面板的設(shè)計步驟如下：(1)新建一個VI，在前面板上放置一個Waveform Graph波形顯示器，將縱軸與橫軸的刻度標簽分別設(shè)置為“U(v)”和“t(s)”。(2)按照路徑在“Analyze” ﹨“Signal Processing” ﹨“Signal Generation”子選項板中選擇“Sine ”函數(shù)放置于While循環(huán)結(jié)構(gòu)中，“Sine ”節(jié)點的輸入端口分別與前面板的輸入控制件端子相連，此處“f”輸入端口輸入的是數(shù)字頻率(數(shù)字頻率=信號頻率/采樣頻率)。正弦波仿真信號的自相關(guān)函數(shù)。輸出正弦波的幅值的平方（A178。(2)開關(guān)型控件：用于運行或關(guān)閉正弦波自相關(guān)函數(shù)儀。(3)按照路徑在“Analyze” ﹨“Signal Processing” ﹨“Time Domain”子選項板中選擇“Auto ”函數(shù)，用于計算輸出正弦信號的自相關(guān)函數(shù)值，這里需要將“Auto ”函數(shù)直接輸出的相關(guān)函數(shù)值除以采樣點數(shù)才能得到正確的結(jié)果。1功能描述(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)”。(2)按照路徑在“Analyze” ﹨“Signal Processing” ﹨“Frequency Domain”子選項板中選擇“Real ”函數(shù)，用于計算輸出正弦信號的頻譜值。 虛擬正弦波頻譜分析儀流程圖 虛擬正弦波頻譜分析儀前面板其功能如下：1)前面板設(shè)計前面板的設(shè)計步驟如下:(1)新建一個VI，在前面板上放置一個Waveform Graph波形顯示器，用于顯示三種類型波在積分或微分后的波形。(2)按照路徑在“Analyze” ﹨“Signal Processing” ﹨“Time Domain”子選項板中分別選擇“Integral x(t).vi”和“Derivative x(t).vi”函數(shù)放入第二個Case結(jié)構(gòu)的兩個分支內(nèi)。第二個Case結(jié)構(gòu)則是應(yīng)用了積分微分器模塊的結(jié)構(gòu)。儀器主要功能如下:（1）可產(chǎn)生實驗室常用的正弦波、方波、三角波、鋸齒波、白噪聲以及多頻波；（2）任意波形的發(fā)生,任意波可實現(xiàn)公式輸入；（3）信號頻率、幅度、相位、偏移量、方波占空比可調(diào)可控；（4）輸出頻譜特性；（5）可做自相關(guān)分析；（6）可做微分積分分析； 虛擬函數(shù)信號發(fā)生器總流程圖虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的前面板設(shè)計軟件設(shè)計是虛擬函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計的核心。前面板的設(shè)計,充分發(fā)揮了LabVIEW的特長,即建立了友好的人機操作界面,是虛擬信號發(fā)生器的最上層。虛擬儀器設(shè)計及實現(xiàn)的核心是軟件的開發(fā)。由這些儀器組成的系統(tǒng)，可用于電路基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、自動控制理論等專業(yè)基礎(chǔ)課程的實驗教學(xué)參考文獻[1]　張愛平. 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