【導讀】虛擬儀器的核心技術是使用計算機強大的資源,最大限度來降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)功能于靈活性。虛擬儀器是需要用硬件來實現(xiàn)的技術軟件化。本設計正是順應儀器發(fā)展的趨勢，利用圖形化編程軟件LabVIEW來實現(xiàn)多種信號發(fā)生器，真正做到“軟件即硬件”。在硬件上用數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)了基于LabVIEW的常用周期信號的模擬輸出，使設計具有廣闊的開發(fā)價值和應用前景。虛擬儀器從概念的提出到目前技術的日趨成熟，體現(xiàn)了計算機技術對傳統(tǒng)工業(yè)的革命。硬件技術的發(fā)展要保證虛擬儀器具備與傳統(tǒng)儀器匹配的實時處理能力和可靠性，很重要的一點取決于傳輸測量數(shù)據(jù)的總線結構。它標志著測量儀器從獨立的手工操作單臺儀器走向程控多臺儀器的自動測試系統(tǒng)，是虛擬儀器技術發(fā)展的第一階段。在虛擬儀器中，其分析功能是由計算機來完成的，或由計算機來控制的。

　　

【正文】 atting，可設置數(shù)據(jù)的格式和精度。例如設置是以浮點數(shù)還是以科學計數(shù)法顯示數(shù)據(jù)，小數(shù)點位數(shù)是幾位等,如圖314。選擇Y Scale →Style，可設置刻度數(shù)據(jù)的顯示格式，style子菜單給出了9 種刻度風格，可以選擇是否顯示主刻度和副刻度數(shù)字及刻度線，如圖315。Mapping子菜單設定刻度的映射方式，有線性（linear）關系和對數(shù)（logarithmic）關系。AutoScaleY 設置自動縮放； 橫坐標X Scale, 默認標簽是Time，設置方法和縱坐標類似； d. 刻度圖例Scale Legend ；e. 數(shù)字顯示Digital Display,顯示波形數(shù)據(jù)最新的一個數(shù)據(jù)點的幅值 ；f. 繪圖圖例Plot Legend,顯示繪圖區(qū)中每條曲線的樣式 ,單擊圖標，出現(xiàn)快捷菜單，可設置、修改曲線的線形、線寬、顏色、顯示方式,如圖316；h. 繪圖區(qū),顯示波形的區(qū)域。可以通過Waveform Chart的屬性對話框對其屬性進行詳細的設置，如圖317。圖314 Waveform Chart參數(shù)設置對話框 圖315 Y軸刻度顯示格式設置 圖316 繪圖圖例設置 圖317 Waveform Chart屬性對話框 Waveform Graph(1) Waveform Graph一次性等時間間隔地顯示數(shù)據(jù)點，可以顯示以前的所有數(shù)據(jù),每一時刻只有一個數(shù)據(jù)值，類似單值函數(shù)。(2) 可繪制一條或多條曲線，數(shù)據(jù)組織格式不同。 當繪制單曲線時，可接受兩種數(shù)據(jù)格式：a. 連接一維數(shù)組；b. 連接簇數(shù)據(jù)類型。 當繪制多條曲線時，可接受如下數(shù)據(jù)格式：a. 連接二維數(shù)組； b. 連接一個簇；c. 把數(shù)組打包成簇，然后以簇作為元素組成簇數(shù)組；d. 在由數(shù)值類型元素Xo，dX以及以簇為元素的數(shù)組這3 個元素組成的簇中數(shù)組元素的每一個簇元素都由一個數(shù)組打包而成，每個數(shù)組都是一條曲線；e. 連接由簇作為元素的二維簇數(shù)組。 Waveform Graph包含的組件的大部分功能和Chart是相似,不同之處在于Graph沒有提供數(shù)值顯示工具，卻提供了游標圖例（Cursor Legend）工具,利用游標圖例工具可以用來讀取Waveform Graph上某一點的確切坐標值。游標圖例元素包括游標名稱、游標橫坐標、游標縱坐標 、移動控制按鈕、顯示控制按鈕、鎖定控制按鈕、游標移動器。 XY GraphXY Graph不要求橫坐標等間隔分布，而且允許繪制一對多的映射關系 ，輸入數(shù)據(jù)需要包含兩個一維數(shù)組，包括數(shù)據(jù)點的橫坐標和縱坐標值 。例33：分別用XY Graph和Express XY Graph輸出一個圓 ，結果如圖318。圖318 前面板和后面板比較三種圖形顯示方式后，本設計采用Waveform Graph控件顯示圖形。4 多種信號發(fā)生器系統(tǒng)的設計與結果顯示 多種信號發(fā)生器前面板的設計 頻率、幅值、相位、占空比前面板設計四個輸入型數(shù)字控件，四個輸入型數(shù)字控件提供使用者鍵入生成四種波的頻率、幅值、相位和占空比。調用途徑ControlsNumericDigital Control。 開關按鈕前面板設計一個布爾型開關控件，用作總開關，標記為“停止”。調用途徑ControlsClassic Controls Classic Boolean。 波形顯示前面板設計一個輸出圖形顯示控件，用來顯示輸出的四種波形如圖41。本設計選用Waveform Graph顯示，調用途徑ControlsGraph indictorsWaveform Graph。圖41 圖形顯示模塊 多種信號前面板設計圖42即為一個虛擬的多種信號發(fā)生器的前面板設計。前面板左邊的幾個控件用于設置信號的頻率、幅值、占空比等基本參數(shù)大小和設置信號類型，能夠產生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等基本函數(shù)波形。左邊的幾個控件是信號采集部分按鈕。選擇STOP按鈕后，系統(tǒng)停止工作。、 圖42 多種信號發(fā)生器的前面板設計 多種信號發(fā)生器流程圖設計整個實驗系統(tǒng)的總體結構如圖43所示，就是將虛擬信號發(fā)生器產生的波形通過數(shù)據(jù)采集卡輸出，在經過適當電壓調整電路，就可以作為實驗電路的激勵信號源，同時，實驗電路的輸出信號經電壓調節(jié)之后，送入采集卡（模數(shù)轉換），再由虛擬示波器分析和顯示。圖43 整個實驗系統(tǒng)的總體結構圖 波形生成部分波形生成部分使用基本函數(shù)發(fā)生器（VI）來產生正弦波、方波、三角波和鋸齒波等信號。由于基本函數(shù)發(fā)生器（VI）產生的波形并不連續(xù)，通過使用While循環(huán)來產生連續(xù)的波形數(shù)據(jù)。波形生成部分流程圖如圖44所示。圖44 波形生成部分流程圖 波形輸出部分為了使多種信號發(fā)生器有最大的頻率變化范圍，本設計采用數(shù)據(jù)采集卡采樣頻率10000Hz，可設置的最高頻率為22050Hz，超過此范圍，程序給出錯誤信息并自動中止，模塊的流程圖及有關控件的端口參數(shù)如圖45。圖45 波形輸出部分框圖 多種信號發(fā)生器流程圖綜合設計多種信號發(fā)生器在產生波形上使用基本函數(shù)發(fā)生器（VI）來產生正弦波、方波、三角波和鋸齒波等信號。由于基本函數(shù)發(fā)生器（VI）產生的波形并不連續(xù)，通過使用While循環(huán)來產生連續(xù)的波形數(shù)據(jù)。AO ，同時為模擬輸出操作開辟一塊數(shù)據(jù)緩存區(qū)，并通過taskID輸出端口將這些配置信息傳遞給AO 。AO of buffer iterations參數(shù)設置為0，程序將以用戶設定的刷新率連續(xù)的輸出緩存中的數(shù)據(jù)。圖46為多種信號發(fā)生器程序流程圖。圖46 多種信號發(fā)生器程序流程圖 多種信號發(fā)生器運行結果顯示 多種信號發(fā)生器的正弦波運行結果顯示在前面板設置多種信號發(fā)生器為信號輸出模式，分別設置正弦波信號的占空比為50%,頻率為3HZ，幅度為1，多種信號發(fā)生器的正弦波運行結果顯示如圖47所示：圖47 多種信號發(fā)生器的正弦波運行結果顯示 多種信號發(fā)生器的方波運行結果顯示在前面板設置多種信號發(fā)生器為信號輸出模式，分別設置方波信號的占空比為50%,頻率為30HZ，幅度為1，多種信號發(fā)生器的方波運行結果顯示如圖48所示：圖48 多種信號發(fā)生器的方波運行結果顯示 多種信號發(fā)生器的三角波運行結果顯示在前面板設置多種信號發(fā)生器為信號輸出模式，分別設置三角波信號的占空比為50%,頻率為30HZ，幅度為1，多種信號發(fā)生器的三角波運行結果顯示如圖49所示：圖49 多種信號發(fā)生器的三角波運行結果顯示 多種信號發(fā)生器的鋸齒波運行結果顯示在前面板設置多種信號發(fā)生器為信號輸出模式，分別設置鋸齒波信號的占空比為50%,頻率為30HZ，幅度為1，多種信號發(fā)生器的鋸齒波運行結果顯示如圖410所示：圖410 多種信號發(fā)生器的鋸齒波運行結果顯示5 結論本文探討了在PC機上結合數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)虛擬多種信號發(fā)生器的集成系統(tǒng)，它利用圖形化軟件LabVIEW編程，具有操作方便、性價比高、性能穩(wěn)定等特點。數(shù)據(jù)采集卡相對一般市售的12位D/A卡價格低廉很多，而且其所具有的16位D/A轉換精度高于后者，所以研究基于數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW的多種信號發(fā)生器具有一定的實際意義，還可在使用中通過軟件升級來不斷加強和完善其功能。使用LabVIEW作為該類設計的開發(fā)平臺, 不僅使我感到它功能強大，函數(shù)庫豐富，提供了數(shù)百種功能模塊，支持多種儀器和數(shù)采硬件的驅動，如本設計用到的數(shù)據(jù)采集卡。而且給我印象深刻的還有它的圖形化、層次化、模塊化的編程特點，使得編程變得簡單且層次清晰，通過拖放及簡單的連線，就可以在極短的時間內設計好一個高效且控制性強的測試系統(tǒng)。這完全不同于傳統(tǒng)的儀器開發(fā)過程——各種龐大的硬件設備；搭建復雜的電路；由于受外界的干擾大，對開發(fā)環(huán)境要求很高，需要不斷進行各種人工檢測等等。在本次系統(tǒng)的開發(fā)過程中我充分感到了它的上述優(yōu)勢，圖形化界面，使我可以發(fā)揮自己的想象設計界面；利用數(shù)據(jù)采集卡進行采樣和輸出可以不受實驗場所的限制，隨時開始投入工作，且節(jié)約了實驗室設備經費；這些都使我對自主學習，自主創(chuàng)新設計電子系統(tǒng)產生了濃厚的興趣。參考文獻[1] 詹惠琴、古軍，袁亮編著．虛擬儀器設計[M]．高等教育出版社，.[2] 胡仁喜，王恒海．[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2007.[3] 尹邦政，魏亞東．基于LabVIEW的USB實時數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的實現(xiàn)[J]，電子技術應用，2003(7).[4] 向英，吳先球．虛擬儀器基于聲卡的設計與實現(xiàn)[J]．廣東技術師范學院學報，2006(6).[5]丁碩．基于LabVIEW的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的研究[J].計算機與現(xiàn)化,2008(5)：07110.[6] 劉君華．賈惠芹．虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW教程[M].西安電子科技大學出版社，2001.[7] 翁瑞琴、凌志浩、邱意弘．虛擬儀器技術及應用[M]. 計算機應用研究，1999.[8] 馬明建、周長城．數(shù)據(jù)采集與處理技術[M].西安：西安交通大學出版社，2003.[9] 于潔、鐘佩．信號發(fā)生器在虛擬儀器界面中設計與實現(xiàn)[J]．自然科學報，2005，19(2)：106108.[10] 高占鳳，劉展威等．圖形化編程語言LabVIEW及其應用[J] .河北省科學院學報，2000，(3).致 謝首先，我要感謝我的指導老師薛曉書老師在整個畢業(yè)設計過程中對我的悉心指導和幫助。本次設計和論文的完成都是在薛老師精心指導下完成的。薛老師給了我很大的學習和思考空間，讓我能夠充分發(fā)揮自己的能動性和創(chuàng)造性。輕松的設計環(huán)境讓我沒有任何壓力，可以大膽的思考，大膽的將自己的想法應用到設計中。盡管有些想法不能實現(xiàn)，但我能夠親自實驗自己的想法，找出想法不足的地方然后改進，這個自我否定，自我肯定的過程讓我認識到自己的不足，也發(fā)現(xiàn)了自己的一些優(yōu)點，這都使我對自己更加有信心。這次設計不僅讓我學會了自己探索和解決問題的發(fā)法，更重要的是提高了我對自己動手設計，自己完成課題的興趣，這將使我終生受益，讓我對以后的工作更加熱情和積極。同時，也感謝我親愛的同學對我的無私幫助和大力支持，使我在論文工作中得以順利進行。最后，我要感謝西安石油大學對我的培養(yǎng)?！奥仿湫捱h兮，吾將上下而求索”，在今后的歷程中，我將加倍的努力，牢記“求是創(chuàng)新”的校訓，做一個無愧于母校的學子!35