【正文】 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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。 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。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的運行機制就宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮LABVIEW的核心是VI。 用LABVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的。提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)。 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。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。信號發(fā)生器的應(yīng)用非常廣泛，種類繁多。主振級一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。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。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。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。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。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。在新建列表中選擇VI基于模板使用指南（入門）生成和顯示。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。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。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。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。再者是后面板的設(shè)計。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。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或函數(shù)運行時發(fā)生錯誤，VI或函數(shù)將正常運行并在錯誤輸出中設(shè)置自身的錯誤狀態(tài)，錯誤輸入和錯誤輸出用于檢查錯誤并通過將一個節(jié)點的錯誤輸出和另一個節(jié)點的錯誤輸入連線指定執(zhí)行順序；狀態(tài)的值為TRUE時表示在VI或函數(shù)運行前已發(fā)生錯誤，值為FALSE時表示警告或無錯誤，默認值為FALSE；代碼是錯誤或警告代碼；源表示錯誤或警告的源，大多數(shù)情況下表示出現(xiàn)錯誤或警告的VI或函數(shù)名，默認值為空字符串；采樣信息包含采樣信息；僅當信號類型是方波時，VI使用該參數(shù)；信號輸出是生成的波形；相位輸出是波形的相位；錯誤輸出包含錯誤信息，如錯誤輸入表明在VI或函數(shù)運行前已發(fā)生錯誤，錯誤輸出將包含相同的錯誤信息。由于該程序只能執(zhí)行一次，所以在程序的外圍添加一個while循環(huán)。開關(guān)開，兩個信號進行疊加。條件為真時，進行兩路信號的相加，條件為假時，則不采取任何操作?！靶盘柊l(fā)生器2”的程序如圖16所示。圖17 配置卷積和相關(guān)控件圖18 “信號發(fā)生器3”的前面板“信號發(fā)生器3”也要產(chǎn)生兩路信號，所以要用到兩個基本函數(shù)發(fā)生器模塊，對這兩個模塊分別對應(yīng)連接頻率輸入框和幅值輸入框，還要添加一個卷積和相關(guān)控件，另外要添加信號類型選擇框用于信號類型的選擇。 本章小結(jié)本章分兩個部分，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。虛擬信號發(fā)生器很容易地實現(xiàn)了信號的調(diào)節(jié)。最后，對在我的學(xué)習(xí)和成長道路上給予幫助的所有老師和朋友們表示深深地感謝，對評閱該論文的所有老師表示最崇高的敬意和真摯的感謝！。虛擬儀器也以嶄新的模式和強大的功能深入人心，伴隨計算機技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展虛擬儀器必將拓展到各個領(lǐng)域，引起儀器的深層次變革。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。把其中一個基本函數(shù)信號發(fā)生器的輸出與卷積和相關(guān)控件中的X連接，另一個基本函數(shù)信號發(fā)生器的輸出與卷積和相關(guān)控件的Y連接，同時把卷積和相關(guān)控件中的輸出與波形圖連接。如圖17所示。再在條件框中添置一個波形顯示器，用于顯示疊加后的信號波形。另外，與“信號發(fā)生器1”一樣，要設(shè)置個停止按鈕?！靶盘柊l(fā)生器1” 的程序框圖如圖14所示。所以要添置兩個基本信號發(fā)生器模塊，用于產(chǎn)生兩路不同的信號。如圖12所示。程序調(diào)試成功后就產(chǎn)生一個虛擬信號發(fā)生器。最后由前兩個信號發(fā)生器進一步改進，添加了卷積和相關(guān)控件，能夠?qū)崿F(xiàn)由基本函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的四種信號的卷積、反卷積、自相關(guān)、互相關(guān)，并在前面板上顯示，以此來烘托出此信號發(fā)生器的多功能性。連接好后的程序框圖和前面板如圖5和6所示。圖4為控件選板。圖3 配置仿真信號單擊確定，回到程序框圖，在程序框圖或者前面板中單擊運行按鈕，將在前面板上顯示一個動態(tài)的正弦波。VI模板的預(yù)覽和簡要說明位于窗口右側(cè)的說明部分。啟動labview時將出現(xiàn)下面的窗口如圖1所示。 偽隨機信號發(fā)生器：用白噪聲信號進行相關(guān)函數(shù)測量時，若平均測量時間不夠長，則會出現(xiàn)統(tǒng)計性誤差，這可用偽隨機信號來解決。通常在外加觸發(fā)信號之后首先輸出一個前置觸發(fā)脈沖，以便提前觸發(fā)示波器等觀測儀器，然后再經(jīng)過一段可調(diào)節(jié)的延遲時間才輸出主信號脈沖，其寬度可以調(diào)節(jié)。高穩(wěn)定度和高分辨力的頻率合成器，配上多種調(diào)制功能（調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相），加上放大、穩(wěn)幅和衰減等電路，便構(gòu)成一種新型的高性能、可程控的合成式信號發(fā)生器，還可作為鎖相式掃頻發(fā)生器。掃頻和程控信號發(fā)生器：掃頻信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生幅度恒定、頻率在限定范圍內(nèi)作線性變化的信號。高頻信號發(fā)生器：頻率為 100千赫～30兆赫的高頻、30～300兆赫的甚高頻信號發(fā)生器。其次，信號發(fā)生器按輸出波形又可分為正弦波信號發(fā)生器、脈沖波信號發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和任意波發(fā)生器等。直到1964年才出現(xiàn)第一臺全晶體管的信號發(fā)生器。虛擬儀器可廣泛應(yīng)用于電子測量、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域。32bit的編譯器編譯生成32bit的編譯程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集、測試和測量方案的高速執(zhí)行。一個VI用在其它V工中，稱之為sub VI 。前面板接受來自對話框的指令。傳統(tǒng)的計算機語言(如C語言)中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LABVIEW中被并行機制所代替：從本質(zhì)上講，它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式，這種方式確保程序中的節(jié)點只有在獲得它的全部數(shù)據(jù)后才能執(zhí)行。 LABVIEW是帶有可擴展功能庫和子程序庫的通用程序設(shè)計系統(tǒng)。LABVIEW與VC++, Visual Basic, LabWindows/CVI等編程語言不同，后者采用的是基于文本語言的程序代碼，而LABVIEW則是使用圖形化程序設(shè)計語言G，用對話框代替了傳統(tǒng)的程序代碼。本文將結(jié)合一個虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計實現(xiàn)具體介紹基于圖形化編程語言Labview的虛擬儀器編程方法與實現(xiàn)技術(shù)。而且，隨著測試儀器的數(shù)字化、計算機化的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)測試儀器漸漸有被取代的趨勢。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個測量設(shè)備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費大量的時間。性能高虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時就能實時地進行復(fù)雜的分析。儀器驅(qū)動器是虛擬儀器的核心，是用戶完成對儀器硬件控制的紐帶和橋梁。使用者可以根據(jù)不同的測試任務(wù)，在虛擬儀器開發(fā)軟件的提示下編制不同的測試軟件，來實現(xiàn)當代科學(xué)技術(shù)復(fù)雜的測試任務(wù)。虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計算機硬件平臺和測控功能硬件。有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢。GPIB總線方式的虛擬儀器GPIB技術(shù)是IEEE488標準的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。美國NI公司的LABVIEW是圖形化編程工具，它可以通過各種控件自己組建各種儀器。虛擬儀器就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設(shè)計定義、具有虛擬前面板、測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。硬件軟化的設(shè)計方法對當今測試儀器的設(shè)計產(chǎn)生了深刻的影響。第三章主要講述信號發(fā)生器的概述，闡述信號發(fā)生器的原理及分類，各種信號發(fā)生器的優(yōu)缺點。本項目中的虛擬信號發(fā)生器是通過LabVIEW圖形化語言，將計算機硬件資源與儀器硬件有機地融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在儀器，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過LabVIEW實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。隨著計算機、通信、微電子技術(shù)的日益完善，以及以Internet為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)時代的到來和信息化要求的不斷提高，傳統(tǒng)的通信方式突破了時空限制和地域限制，大范圍通信變得越來越容易，對測控系統(tǒng)的組建也產(chǎn)生了越來越大的影響。傳統(tǒng)信號發(fā)生器種類繁多，價格昂貴，而且儀器功能固定單一，不具備用戶對儀器進行定義及編程的功能，一個傳統(tǒng)實驗室很難同時擁有多類信號發(fā)生器，然而，基于虛擬儀器技術(shù)的信號發(fā)生