【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 al instruments, IN)創(chuàng)立的一個(gè)功能強(qiáng)大而又靈活的儀器和分析應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具。Labview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。目前，該開(kāi)發(fā)軟件在國(guó)際測(cè)試、測(cè)控行業(yè)比較流行，在國(guó)內(nèi)的測(cè)控領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是在科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的一種通用儀器。本文將結(jié)合一個(gè)虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具體介紹基于圖形化編程語(yǔ)言Labview的虛擬儀器編程方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。LABVIEW是基于數(shù)據(jù)流的編譯型圖形編程環(huán)境，可以在不同操作系統(tǒng)下保持兼容，為數(shù)據(jù)的采集、分析、顯示提供集成的開(kāi)發(fā)工具，而且還可以通過(guò)DDE和TCP/TP實(shí)現(xiàn)共享，節(jié)約了80%的程序開(kāi)發(fā)時(shí)間，而速度幾乎不受影響。事實(shí)上，LABVIEW已經(jīng)成為圖形化編程語(yǔ)言的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。LABVIEW不同于基于文本的的編程語(yǔ)言（如Fortran和C），他是一種圖形編程語(yǔ)言通常稱為G語(yǔ)言，其編程過(guò)程就是同過(guò)圖形符號(hào)描述程序的運(yùn)行。NI LABVIEW使用已獲取專利的數(shù)據(jù)流編程模式，他能是用戶從基于文本程序語(yǔ)言的循序結(jié)構(gòu)中解脫出來(lái)，他的執(zhí)行循序是由節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)而不是由文本行的循序決定的。并且，LABVIEW是唯一具有編譯器的圖形化程序環(huán)境，所生成的的優(yōu)化代碼的執(zhí)行速率可以和C語(yǔ)言媲美。 LABVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境，被公認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)便捷、輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境，利用它設(shè)計(jì)者可以象搭積木一樣，輕松組建一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并任意構(gòu)造自己的儀器面板，而無(wú)需進(jìn)行任何繁瑣的計(jì)算機(jī)程序代碼的編寫，從而可以大大簡(jiǎn)化程序的設(shè)計(jì)。LABVIEW與VC++, Visual Basic, LabWindows/CVI等編程語(yǔ)言不同，后者采用的是基于文本語(yǔ)言的程序代碼，而LABVIEW則是使用圖形化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言G，用對(duì)話框代替了傳統(tǒng)的程序代碼。LABVIEW所運(yùn)用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過(guò)程和思維過(guò)程非常相似。用LABVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器可以脫離LABVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境，最終用戶看一見(jiàn)的是和實(shí)際的硬件儀器相似的操作面板。LABVIEW包含有專門用于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序和儀器控制程序的功能庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具庫(kù)。LABVIEW的程序設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)的“虛擬儀器”，即“VIs(Virtual Instruments) 。在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上利用功能庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具庫(kù)產(chǎn)生一個(gè)前面板(front panel )；在后臺(tái)則利用圖形化編程語(yǔ)言編制用于控制前面板的程序。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(biāo)指令。一般來(lái)說(shuō)，每一個(gè)VI都可以作為其它VI的調(diào)用對(duì)象，其功能類似于文本語(yǔ)言的子程序。 LABVIEW是帶有可擴(kuò)展功能庫(kù)和子程序庫(kù)的通用程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它提供了用于GPIB設(shè)備控制、VXI總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ)的應(yīng)用程序模塊。LABVIEW可調(diào)用Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和用戶自定義的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的函數(shù)。LABVIEW的CIN節(jié)點(diǎn)使用戶可以使用由其它語(yǔ)言，如ANSIC編譯的程序模塊，使LABVIEW成為一個(gè)開(kāi)放的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。LABVIEW還直接支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)、結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(SQL) , TCP和UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。此外，LABVIEW還提供了專門用于程序開(kāi)發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設(shè)置斷點(diǎn)，動(dòng)態(tài)執(zhí)行程序來(lái)觀察數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程，以及進(jìn)行方便的調(diào)試。LABVIEW的運(yùn)行機(jī)制就宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言(如C語(yǔ)言)中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LABVIEW中被并行機(jī)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(diǎn)只有在獲得它的全部數(shù)據(jù)后才能執(zhí)行。也就是說(shuō)，在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，它不受操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等因素的影響。LABVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的。數(shù)據(jù)流程序設(shè)計(jì)規(guī)定，一個(gè)目標(biāo)只有當(dāng)它的所有輸入有效時(shí)才能執(zhí)行；而目標(biāo)的輸出，只有當(dāng)它的功能完全時(shí)才是有效的。這樣，LABVIEW中被連接的對(duì)話框之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行次序，而不象文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。從而可以通過(guò)相互連接功能對(duì)話框快速簡(jiǎn)潔地開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，甚至還可以有多個(gè)數(shù)據(jù)通道同步運(yùn)行。LABVIEW的核心是VI。VI有一個(gè)人機(jī)對(duì)話的用戶界面一前面板((front panel)以及類似于源代碼功能的對(duì)話框(diagram)。前面板接受來(lái)自對(duì)話框的指令。在VI的前面板中，控制器(controls)模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的對(duì)話框；而指示器(indicators)則模擬了儀器的輸出裝置并顯示由對(duì)話框獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。當(dāng)把一個(gè)控件或指示器放置到前面板上時(shí)，LABVIEW在對(duì)話框中相應(yīng)地放置了一個(gè)端口(terminals)，這個(gè)從屬于控件或指示器的端口不能隨意刪除，只有刪除它對(duì)應(yīng)的控件或指示器時(shí)它才隨之一起被刪除。用LABVIEW編制對(duì)話框程序時(shí)，不必受常規(guī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)法細(xì)節(jié)的限制。首先，從功能菜單中選擇需要的功能方框，將之置于面板上適當(dāng)?shù)奈恢?；然后用?dǎo)線(wires)連接各功能方框在對(duì)話框中的端口，用來(lái)在功能方框之間傳輸數(shù)據(jù)。這些方框包括了簡(jiǎn)單的算術(shù)功能，高級(jí)的采集和分析VI以及用來(lái)存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的文件輸入輸出功能和網(wǎng)絡(luò)功能。 用LABVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的?？梢詫⒅糜陧攲?top level)程序，也可用作其它程序或子程序的子程序。一個(gè)VI用在其它V工中，稱之為sub VI 。 sub VI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個(gè)圖標(biāo)的形式出現(xiàn)的。LABVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設(shè)計(jì)的概念。用戶可以把一個(gè)應(yīng)用題目分解為一系列的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)還可以進(jìn)一步分解成許多更低一級(jí)的子任務(wù)，直到把一個(gè)復(fù)雜的題目分解為許多子任務(wù)的組合。首先設(shè)計(jì)sub VI完成每個(gè)子任務(wù)，然后將之逐步組合成能夠解決最終問(wèn)題的VI 。歸納起來(lái)LABVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn): 圖形化的編程方式，設(shè)計(jì)者無(wú)需寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師的語(yǔ)言。提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的庫(kù)函數(shù)。既提供了傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行，同時(shí)提供有獨(dú)到的高亮執(zhí)行工具，使程序動(dòng)畫式運(yùn)行，利于設(shè)計(jì)者觀察程序運(yùn)行的細(xì)節(jié)，使程序的調(diào)試和開(kāi)發(fā)更為便捷。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(cè)試和測(cè)量方案的高速執(zhí)行。囊括了DAQ, GPIB, PXI, VXI, RS232/485在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)，使得不懂總線標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)者也能夠驅(qū)動(dòng)不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備與儀器。提供大量與外部代碼或軟件進(jìn)行連接的機(jī)制，諸如DLL(動(dòng)態(tài)連接庫(kù))、DDE(共享庫(kù))、ActiveX等。強(qiáng)大的Internet功能，支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測(cè)控儀器的開(kāi)發(fā)。 圖形化程序設(shè)計(jì)編程簡(jiǎn)單、直觀、開(kāi)發(fā)效率高。隨著虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，圖形化的編程語(yǔ)言必將成為測(cè)試和控制領(lǐng)域內(nèi)最流行的發(fā)展趨勢(shì)。 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。虛擬儀器利用個(gè)人計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對(duì)儀器的控制，數(shù)據(jù)分析與顯示，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，改變傳統(tǒng)儀器的使用方式，提高儀器的功能和使用效率，大幅度降低儀器價(jià)格，使用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。虛擬儀器可廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域。最后介紹了Labview這種被廣泛應(yīng)用的虛擬儀器。河北聯(lián)合大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第3章 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器(signal generator)又稱信號(hào)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(hào)，常用作測(cè)試的信號(hào)源或激勵(lì)源的設(shè)備。在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。信號(hào)發(fā)生器是一種悠久的測(cè)量?jī)x器，早在20年代電子設(shè)備剛出現(xiàn)時(shí)它就產(chǎn)生了。隨著通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，40年代出現(xiàn)了主要用于測(cè)試各種接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，使信號(hào)發(fā)生器從定性分析的測(cè)試儀器發(fā)展成定量分析的測(cè)量?jī)x器。同時(shí)還出現(xiàn)了可用來(lái)測(cè)量脈沖電路或用作脈沖調(diào)制器的脈沖信號(hào)發(fā)生器。由于早期的信號(hào)發(fā)生器機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，功率比較大，電路比較簡(jiǎn)單，因此發(fā)展速度比較慢。直到1964年才出現(xiàn)第一臺(tái)全晶體管的信號(hào)發(fā)生器。自60年代以來(lái)信號(hào)發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器，這個(gè)時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且僅能產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡(jiǎn)單波形，由于模擬電路的漂移較大，使其輸出的波形的幅度穩(wěn)定性差，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。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(hào)發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生比較復(fù)雜的波形。這時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì)DAC的程序控制，就可以得到各種簡(jiǎn)單的波形。軟件控制波形的一個(gè)最大缺點(diǎn)就是輸出波形的頻率低，這主要是由CPU的工作速度決定的，如果想提高頻率可以改進(jìn)軟件程序減少其執(zhí)行周期時(shí)間或提高CPU的時(shí)鐘周期，但這些辦法是有限度的，根本的辦法還是要改進(jìn)硬件電路。隨著現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理等技術(shù)的發(fā)展，極大促進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)在電子測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用，使原有的模擬信號(hào)處理逐步被數(shù)字信號(hào)處理所代替，從而擴(kuò)充了儀器信號(hào)的處理能力，提高了信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度、精度和變換速度，克服了模擬信號(hào)處理的諸多缺點(diǎn)，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器隨之發(fā)展起來(lái)。信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用非常廣泛，種類繁多。首先，信號(hào)發(fā)生器可以分通用和專用兩大類，專用信號(hào)發(fā)生器主要為了某種特殊的測(cè)量目的而研制的，如電視信號(hào)發(fā)生器、脈沖編碼信號(hào)發(fā)生器等，這種發(fā)生器的特性是受測(cè)量對(duì)象的要求所制約的。其次，信號(hào)發(fā)生器按輸出波形又可分為正弦波信號(hào)發(fā)生器、脈沖波信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和任意波發(fā)生器等。再次，按其產(chǎn)生頻率的方法又可分為諧振法和合成法兩種。一般傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器都采用諧振法，即用具有頻率選擇性的回路來(lái)產(chǎn)生正弦振蕩，來(lái)獲得所需頻率。 信號(hào)發(fā)生器的分類正弦信號(hào)主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按頻率覆蓋范圍分為低頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器和微波信號(hào)發(fā)生器；按輸出電平可調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器（即信號(hào)源）、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器（輸出功率能準(zhǔn)確地衰減到100分貝毫瓦以下）和功率信號(hào)發(fā)生器（輸出功率達(dá)數(shù)十毫瓦以上）；按頻率改變的方式分為調(diào)諧式信號(hào)發(fā)生器、掃頻式信號(hào)發(fā)生器、程控式信號(hào)發(fā)生器和頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。低頻信號(hào)發(fā)生器：包括音頻（200～20000赫）和視頻 （1赫～10兆赫）范圍的正弦波發(fā)生器。主振級(jí)一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測(cè)試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。高頻信號(hào)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(hào)發(fā)生器。一般采用 LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。主要用途是測(cè)量各種接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。輸出信號(hào)可用內(nèi)部或外加的低頻正弦信號(hào)調(diào)幅或調(diào)頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。微波信號(hào)發(fā)生器：從分米波直到毫米波波段的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)通常由帶分布參數(shù)諧振腔的超高頻三極管和反射速調(diào)管產(chǎn)生，但有逐漸被微波晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢(shì)。儀器一般靠機(jī)械調(diào)諧腔體來(lái)改變頻率，每臺(tái)可覆蓋一個(gè)倍頻程左右，由腔體耦合出的信號(hào)功率一般可達(dá)10毫瓦以上。簡(jiǎn)易信號(hào)源只要求能加1000赫方波調(diào)幅，而標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器則能將輸出基準(zhǔn)電平調(diào)節(jié)到1毫瓦，再?gòu)暮箅S衰減器讀出信號(hào)電平的分貝毫瓦值；還必須有內(nèi)部或外加矩形脈沖調(diào)幅