【正文】 。硬件接口部分用于數(shù)據(jù)輸入或輸出時(shí)的通道設(shè)置。 NI 的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的 I/O 設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助我們輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè) 系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。整個(gè)程序是基于多線(xiàn)程設(shè)計(jì)，即前面板和框圖程序各占用一個(gè)線(xiàn)程。虛擬儀器以軟件為核心 ,其軟件又以美國(guó) NI 公司的 Labview 虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)最為常用。 二、設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）： 1. Labview 的 虛擬儀器 的現(xiàn)狀 自從 1986 年美國(guó) NI(National Instrument)公司提出虛擬儀器的概念以來(lái) ,隨著計(jì) 算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 ,虛擬儀器技術(shù)也得到很快的發(fā)展。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 32 頁(yè) 共 34 頁(yè) 第 5 章 結(jié)論 本文采用了目前比較流行的美 國(guó)國(guó)家儀器公司的 LabVIEW 作為該系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)虛擬儀器和 LabVIEW 軟件進(jìn)行了介紹 ,并詳細(xì)地介紹一種基于LabVIEW 環(huán)境下自行開(kāi)發(fā)的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。儀器主要功能如下 : （ 1） 可產(chǎn)生 實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)公式輸入 ； （ 3） 信號(hào)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； 圖 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器總流程圖 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 31 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的前面板設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的核心。 (2)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Time Domain”子選項(xiàng)板中分別選擇 “Integral x(t).vi”和 “Derivative x(t).vi”函數(shù)放入第二個(gè) Case 結(jié)構(gòu)的兩個(gè)分支內(nèi)。 圖 虛擬正弦波頻譜分析儀流程圖 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 27 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖 虛擬正弦波頻譜分析儀前面板 虛擬積分器與微分器模塊 其功能如下： (2)依次在前面板上放置 5 個(gè)輸入控制件 :“信號(hào)頻率 (Hz)”、 “采樣頻率 (Hz)” 、 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 26 頁(yè) 共 34 頁(yè) “采樣點(diǎn)數(shù) ”、 “幅度（ v） ”和 “相位 (度 )”。 (3)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Time Domain”子選項(xiàng)板中選擇 “Auto ”函數(shù)，用于計(jì)算輸出正弦信號(hào)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(diǎn)數(shù)才能得到正確的結(jié)果。輸出正弦波的幅值的平方（ A178。 (2)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Signal Generation”子選項(xiàng)板中選擇 “Sine ”函數(shù)放置于 While 循環(huán)結(jié)構(gòu)中， “Sine ”節(jié)點(diǎn)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(hào)頻率 /采樣頻率 )。初始相位 : 0176。在 formula 端子輸入公式 ,用于生成輸出多頻波形信號(hào)的表達(dá)式 ,表達(dá)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(shí)間 )和 fs (采樣頻率 )。在進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時(shí) ,采樣頻率至少要大于最高信號(hào)頻率的 2 倍 ,這是為了滿(mǎn)足采樣定理的要求。ω1是基波角頻率 。各個(gè)模塊均給出了相應(yīng)的流程圖和前面板波形圖。它們一般都經(jīng)過(guò)了開(kāi)發(fā)者的不懈的改進(jìn)和調(diào)整才形成，使用簡(jiǎn)單并具有較高的可維護(hù)性、可讀性等特點(diǎn)。 VI 具有層次結(jié)構(gòu)和模塊化的特點(diǎn)。控件集成了旋鈕、開(kāi)關(guān)等用戶(hù)輸入控制對(duì)象，可以為程序輸入數(shù)據(jù)。所以基于以上各原因， LabVIEW 更容易為人們作為虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)所接受 [13]。 LabVIEW 的優(yōu)點(diǎn) LabVIEW 從被推出到現(xiàn)在， 20 年的實(shí)踐證明 LabVIEW 確實(shí)是一個(gè)使用方便卻又功能非常強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)平臺(tái)， LabVIEW 具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)使用 “所見(jiàn)即所得 ”的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，提供了大量?jī)x器面板中的控制對(duì)象簡(jiǎn)單的方案即使沒(méi)有多少編程經(jīng)驗(yàn)，仍可以很方便的使用 LabVIEW。而 LabVIEW 使用圖形語(yǔ)言 (即，各種圖標(biāo)、圖形符號(hào)、連線(xiàn)等 )以框圖的形式編寫(xiě)程序。 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(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，由虛擬儀器構(gòu)建的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中將會(huì)有著巨大 的前景。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(hù)界面編程器；用于快速樣機(jī)開(kāi)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(hù)控制界面的集成庫(kù)；可用于 Win2021/XP、 Sun Solaris 。 近年來(lái)，基于 PC 機(jī)和工作站基礎(chǔ)上的圖形接口標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高，促進(jìn)了圖形開(kāi)發(fā)軟件包和圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境的迅速普及，圖形開(kāi)發(fā)方式為每一個(gè)虛擬儀器提供了可重用的代碼模塊，并允許用戶(hù) 從其它代碼模塊中分級(jí)調(diào)用。很多 情況下采用當(dāng)前廣為使用的 PC 機(jī)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)。它具有標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器商支持等優(yōu)點(diǎn)，使它應(yīng)用越來(lái)越廣。以下是傳統(tǒng)測(cè)試儀器和虛擬儀器的一個(gè)比較： 表 21 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器對(duì)照表 傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器 開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高 基于軟件體系的 結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省開(kāi)發(fā)和維護(hù)的費(fèi)用 功能由儀器廠(chǎng)商定義 功能由用戶(hù)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(wú)法編輯數(shù) 數(shù)據(jù)可編輯、 存儲(chǔ)、打印 硬件是關(guān)鍵部分 軟件是關(guān)鍵部分 價(jià)格昂貴 價(jià)格低廉（是傳統(tǒng)價(jià)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(kuò)展性低 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)的功能模塊可構(gòu)成多種儀器 正是因?yàn)橐庾R(shí)到了虛擬儀器的諸多優(yōu)點(diǎn)及傳統(tǒng)儀器的一些弊端，所以，我們計(jì)劃開(kāi)發(fā)了這樣一臺(tái)基于 LabVIEW(美國(guó) NI 公司 )的多功能虛擬數(shù)字發(fā)生器。 傳統(tǒng)的電子儀器是自封閉的系統(tǒng)，它具有信號(hào)輸入、輸出的能力，并有固定的用戶(hù)界面，比如：輸入、輸出信號(hào)接插件、旋鈕、按鈕、顯示儀表、顯示面板等。 虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)和 儀器技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。 第 4 章 .虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。 可以產(chǎn)生任意波形 。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。 PLL 是間接頻率合成技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵部分，它是一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路，是一個(gè)實(shí)現(xiàn)相位自動(dòng)鎖定的控制系統(tǒng)，其輸出信號(hào)與參考信號(hào)相位同步。第一代的波形發(fā)生器采用的是直接模擬頻率合成 (DireetAnalog Frequeneysynthesis，簡(jiǎn)稱(chēng) DAFs)技術(shù) [2]。 目前，我國(guó)正處于科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，對(duì)儀器設(shè)備的需求將更加強(qiáng)勁。例如清華大學(xué)汽車(chē)系利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的出廠(chǎng)檢驗(yàn)，主要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特性、負(fù)荷特性等華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)室將其虛擬實(shí)驗(yàn)室成果在網(wǎng)上公開(kāi)展示，供遠(yuǎn)程教育使用四川聯(lián)合大學(xué)基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思路，研制了 “航空電臺(tái)二線(xiàn)綜合測(cè)試儀 ”，將臺(tái)儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、廣州暨南大學(xué)等一批高校，也開(kāi)發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于 教學(xué)和科研。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目 基于 LABVIEW的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì)與研究 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信越來(lái)越頻繁，也越來(lái)越便利，虛擬儀器應(yīng)運(yùn)而生。 國(guó)內(nèi)專(zhuān)家預(yù)測(cè)未來(lái)的幾年內(nèi)，我國(guó)將有的儀器為虛擬儀器。虛擬儀器賴(lài)以生存的計(jì)算機(jī)近幾年正以迅猛的勢(shì)頭席卷全國(guó)，這為虛擬儀器的發(fā)展莫定了基礎(chǔ)。該技術(shù)原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。原理如圖 所示。基于 DDS 技術(shù)的任意波形發(fā)生器利用高速存儲(chǔ)器作為查找表，通過(guò)高速 D/A 轉(zhuǎn)換器對(duì)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，它不僅可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波等規(guī)則波形，而且還可以通過(guò)上位機(jī)或下位機(jī)編輯，產(chǎn)生真正意義上的任意波形。 全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，便于集成，體積小，重量輕。本章主要二 個(gè)部分。它把計(jì)算機(jī)、儀器硬件、固件與計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合起來(lái)。一個(gè)儀器包括傳感器、信號(hào)處理器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、微處理器、存儲(chǔ)器和內(nèi)部總線(xiàn)等專(zhuān)門(mén)化的電路。其集成了示波，動(dòng)態(tài) /靜態(tài)波形分析，頻譜分析，頻率計(jì)，波形參數(shù)分析，信號(hào)發(fā)生，以及遠(yuǎn)程 示波等功能。尤其在組建大中型規(guī)模自動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)，以及對(duì)速度、精度要求非常高的場(chǎng)合，有其它儀器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。虛擬儀器的數(shù)據(jù)獲取和控制處理能力優(yōu)于傳統(tǒng)儀器，且對(duì)于硬件要求大為降低。這些重用部分是一些封裝良好的、原子性的程序代碼；理想情況下，重用部分應(yīng)與硬件 IC 一樣，可以不經(jīng)過(guò)任何修改而被直接 “插接 ”到其它程序中去。 基于虛擬儀器構(gòu)建的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 根據(jù)以上對(duì)于虛擬儀器主要功能特點(diǎn)的介紹，不難看出基于虛擬儀器構(gòu)建的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具備以下突出優(yōu)點(diǎn) [20]： (1)采用虛擬儀器，計(jì)算機(jī)與硬件測(cè)試設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸非常方便、直接、快速。本文將實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程信號(hào) 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 10 頁(yè) 共 34 頁(yè) 源自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，是在現(xiàn)有硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)的自動(dòng)化，系統(tǒng)原有儀器都是具有 GPIB 接口的智能儀器，因而從成本和效率綜合考慮使用 GPIB 的儀器控制方案組建 GPIB 并行總線(xiàn)系統(tǒng)是一種切合實(shí)際的硬件構(gòu)成方案。用 LabVIEW 編程無(wú)需具備太多編程經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)?LabVIEW 使用的都是測(cè)試工程師們熟悉的術(shù)語(yǔ)和圖標(biāo)，如各種按鈕、開(kāi)關(guān)、波形圖等，界面非常直觀形象，因此， LabVIEW 對(duì)于沒(méi)有豐富編程經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試工程師們來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)極好的選擇。 (2)先進(jìn)的 ActiveX 技術(shù)融合了簡(jiǎn)單的拖放編程方法，儀器控制和 數(shù)據(jù)采集變得非常簡(jiǎn)單，使用戶(hù)非常容易地開(kāi)發(fā)自己的系統(tǒng)，并將其立即投入使用。 LabVIEW 能夠充分利用和發(fā)揮現(xiàn)有計(jì)算機(jī)技術(shù)，使儀器的測(cè)試和測(cè)量及自動(dòng)化工業(yè)的系統(tǒng)測(cè)試和監(jiān)控變得異常方便 和快捷 [14]。指示元件類(lèi)似儀器的輸出裝置可以顯示輸出值以及實(shí)現(xiàn)圖表和文字顯示。它們可以作為頂層程序，也可以作為其它程序的子程序。同時(shí)，隨著某種設(shè)計(jì)模式被廣泛使用，有助于其他的開(kāi)發(fā)人員理解和改變?cè)_(kāi)發(fā)者的程序代碼。 基本函數(shù)波形產(chǎn)生模塊 該模塊后面板框圖程序如圖 所示。 hi 是第i 個(gè)正弦波的角頻倍數(shù) 。通過(guò)調(diào)用 Function Waveform Waveform Measurements 子模板中的 FFT Power Spectrum. VI(FFT 功率譜 )節(jié)點(diǎn)來(lái)計(jì)算信號(hào)的功率譜密度 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)于多頻信號(hào)的頻域分析。其有效函數(shù)由 LabVIEW 中設(shè)定?！?180176。 (3)采用 “Bundle”函數(shù)來(lái)規(guī)格化波形圖的顯示，它可以將橫軸的起點(diǎn)、橫軸分度值以及 輸出信號(hào)值組成一個(gè)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)。）。 (4)由于自相關(guān)函數(shù)圖標(biāo)所求得的數(shù)據(jù)實(shí)際是將原先求得的 2N1 個(gè)數(shù)值向右平移了 N1 個(gè)單位后所得到的數(shù)據(jù)，所以需要用 Index Array 函數(shù) (位于 Array 數(shù)組子模塊中 )來(lái)索引出第 N1 個(gè)自相關(guān)函數(shù)值，并將結(jié)果乘以 2 得到幅值的平方。 (3)放置一個(gè) “停 止 ”按鈕開(kāi)關(guān)用來(lái)結(jié)束程序的運(yùn)行。可以觀察正弦波、方波或三角波在積分前后的波形。 程序的流程圖前面板運(yùn)行結(jié)果和分別如下圖 、 和 所示。 LabVIEW 程序由兩部分組成 :前面板程序和框圖程序。虛擬儀器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)的核心是軟件的開(kāi)發(fā)。本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。虛擬儀器是指 :利用現(xiàn)有的 PC 機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專(zhuān)用軟件 ,形成既有普通儀器的基本功能 ,又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的新型儀器。 Labview 是一種圖形化的編程語(yǔ)言 ,主要用來(lái)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集，儀器控制及數(shù)據(jù)處理分析等軟件 ,功能強(qiáng)大 。 LabVIEW的前面板，即交互式界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，在前面板中，使用了各種圖標(biāo)如開(kāi)關(guān)。 (2)、擴(kuò)展性強(qiáng) NI 的軟硬件工具使得我們不再受限于當(dāng)前的技術(shù)中。 美國(guó)國(guó)家儀器公司 NI（ National Instruments）提出的虛擬測(cè)量?jī)x器（ VI）概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域