【導(dǎo)讀】虛擬儀器的核心技術(shù)是使用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的資源,最大限度來降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)功能于靈活性。虛擬儀器是需要用硬件來實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化。本設(shè)計(jì)正是順應(yīng)儀器發(fā)展的趨勢(shì)，利用圖形化編程軟件LabVIEW來實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)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(shí)現(xiàn)了基于LabVIEW的常用周期信號(hào)的模擬輸出，使設(shè)計(jì)具有廣闊的開發(fā)價(jià)值和應(yīng)用前景。虛擬儀器從概念的提出到目前技術(shù)的日趨成熟，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)的革命。硬件技術(shù)的發(fā)展要保證虛擬儀器具備與傳統(tǒng)儀器匹配的實(shí)時(shí)處理能力和可靠性，很重要的一點(diǎn)取決于傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)的總線結(jié)構(gòu)。它標(biāo)志著測(cè)量?jī)x器從獨(dú)立的手工操作單臺(tái)儀器走向程控多臺(tái)儀器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，是虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的第一階段。在虛擬儀器中，其分析功能是由計(jì)算機(jī)來完成的，或由計(jì)算機(jī)來控制的。

　　

【正文】 atting，可設(shè)置數(shù)據(jù)的格式和精度。例如設(shè)置是以浮點(diǎn)數(shù)還是以科學(xué)計(jì)數(shù)法顯示數(shù)據(jù)，小數(shù)點(diǎn)位數(shù)是幾位等,如圖314。選擇Y Scale →Style，可設(shè)置刻度數(shù)據(jù)的顯示格式，style子菜單給出了9 種刻度風(fēng)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(shè)定刻度的映射方式，有線性（linear）關(guān)系和對(duì)數(shù)（logarithmic）關(guān)系。AutoScaleY 設(shè)置自動(dòng)縮放； 橫坐標(biāo)X Scale, 默認(rèn)標(biāo)簽是Time，設(shè)置方法和縱坐標(biāo)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(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)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(biāo)，出現(xiàn)快捷菜單，可設(shè)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?？梢酝ㄟ^Waveform Chart的屬性對(duì)話框?qū)ζ鋵傩赃M(jìn)行詳細(xì)的設(shè)置，如圖317。圖314 Waveform Chart參數(shù)設(shè)置對(duì)話框 圖315 Y軸刻度顯示格式設(shè)置 圖316 繪圖圖例設(shè)置 圖317 Waveform Chart屬性對(duì)話框 Waveform Graph(1) Waveform Graph一次性等時(shí)間間隔地顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以顯示以前的所有數(shù)據(jù),每一時(shí)刻只有一個(gè)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(dāng)繪制單曲線時(shí)，可接受兩種數(shù)據(jù)格式：a. 連接一維數(shù)組；b. 連接簇?cái)?shù)據(jù)類型。 當(dāng)繪制多條曲線時(shí)，可接受如下數(shù)據(jù)格式：a. 連接二維數(shù)組； b. 連接一個(gè)簇；c. 把數(shù)組打包成簇，然后以簇作為元素組成簇?cái)?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(gè)元素組成的簇中數(shù)組元素的每一個(gè)簇元素都由一個(gè)數(shù)組打包而成，每個(gè)數(shù)組都是一條曲線；e. 連接由簇作為元素的二維簇?cái)?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(biāo)圖例（Cursor Legend）工具,利用游標(biāo)圖例工具可以用來讀取Waveform Graph上某一點(diǎn)的確切坐標(biāo)值。游標(biāo)圖例元素包括游標(biāo)名稱、游標(biāo)橫坐標(biāo)、游標(biāo)縱坐標(biāo) 、移動(dòng)控制按鈕、顯示控制按鈕、鎖定控制按鈕、游標(biāo)移動(dòng)器。 XY GraphXY Graph不要求橫坐標(biāo)等間隔分布，而且允許繪制一對(duì)多的映射關(guān)系 ，輸入數(shù)據(jù)需要包含兩個(gè)一維數(shù)組，包括數(shù)據(jù)點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)值 。例33：分別用XY Graph和Express XY Graph輸出一個(gè)圓 ，結(jié)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(shè)計(jì)采用Waveform Graph控件顯示圖形。4 多種信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與結(jié)果顯示 多種信號(hào)發(fā)生器前面板的設(shè)計(jì) 頻率、幅值、相位、占空比前面板設(shè)計(jì)四個(gè)輸入型數(shù)字控件，四個(gè)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(diào)用途徑ControlsNumericDigital Control。 開關(guān)按鈕前面板設(shè)計(jì)一個(gè)布爾型開關(guān)控件，用作總開關(guān)，標(biāo)記為“停止”。調(diào)用途徑ControlsClassic Controls Classic Boolean。 波形顯示前面板設(shè)計(jì)一個(gè)輸出圖形顯示控件，用來顯示輸出的四種波形如圖41。本設(shè)計(jì)選用Waveform Graph顯示，調(diào)用途徑ControlsGraph indictorsWaveform Graph。圖41 圖形顯示模塊 多種信號(hào)前面板設(shè)計(jì)圖42即為一個(gè)虛擬的多種信號(hào)發(fā)生器的前面板設(shè)計(jì)。前面板左邊的幾個(gè)控件用于設(shè)置信號(hào)的頻率、幅值、占空比等基本參數(shù)大小和設(shè)置信號(hào)類型，能夠產(chǎn)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(gè)控件是信號(hào)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(hào)發(fā)生器的前面板設(shè)計(jì) 多種信號(hào)發(fā)生器流程圖設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖43所示，就是將虛擬信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的波形通過數(shù)據(jù)采集卡輸出，在經(jīng)過適當(dāng)電壓調(diào)整電路，就可以作為實(shí)驗(yàn)電路的激勵(lì)信號(hào)源，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)電路的輸出信號(hào)經(jīng)電壓調(diào)節(jié)之后，送入采集卡（模數(shù)轉(zhuǎn)換），再由虛擬示波器分析和顯示。圖43 整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)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(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波等信號(hào)。由于基本函數(shù)發(fā)生器（VI）產(chǎn)生的波形并不連續(xù)，通過使用While循環(huán)來產(chǎn)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(hào)發(fā)生器有最大的頻率變化范圍，本設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)采集卡采樣頻率10000Hz，可設(shè)置的最高頻率為22050Hz，超過此范圍，程序給出錯(cuò)誤信息并自動(dòng)中止，模塊的流程圖及有關(guān)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(hào)發(fā)生器流程圖綜合設(shè)計(jì)多種信號(hào)發(fā)生器在產(chǎn)生波形上使用基本函數(shù)發(fā)生器（VI）來產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波等信號(hào)。由于基本函數(shù)發(fā)生器（VI）產(chǎn)生的波形并不連續(xù)，通過使用While循環(huán)來產(chǎn)生連續(xù)的波形數(shù)據(jù)。AO ，同時(shí)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(shè)置為0，程序?qū)⒁杂脩粼O(shè)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(hào)發(fā)生器程序流程圖。圖46 多種信號(hào)發(fā)生器程序流程圖 多種信號(hào)發(fā)生器運(yùn)行結(jié)果顯示 多種信號(hào)發(fā)生器的正弦波運(yùn)行結(jié)果顯示在前面板設(shè)置多種信號(hào)發(fā)生器為信號(hào)輸出模式，分別設(shè)置正弦波信號(hào)的占空比為50%,頻率為3HZ，幅度為1，多種信號(hào)發(fā)生器的正弦波運(yùn)行結(jié)果顯示如圖47所示：圖47 多種信號(hào)發(fā)生器的正弦波運(yùn)行結(jié)果顯示 多種信號(hào)發(fā)生器的方波運(yùn)行結(jié)果顯示在前面板設(shè)置多種信號(hào)發(fā)生器為信號(hào)輸出模式，分別設(shè)置方波信號(hào)的占空比為50%,頻率為30HZ，幅度為1，多種信號(hào)發(fā)生器的方波運(yùn)行結(jié)果顯示如圖48所示：圖48 多種信號(hào)發(fā)生器的方波運(yùn)行結(jié)果顯示 多種信號(hào)發(fā)生器的三角波運(yùn)行結(jié)果顯示在前面板設(shè)置多種信號(hào)發(fā)生器為信號(hào)輸出模式，分別設(shè)置三角波信號(hào)的占空比為50%,頻率為30HZ，幅度為1，多種信號(hào)發(fā)生器的三角波運(yùn)行結(jié)果顯示如圖49所示：圖49 多種信號(hào)發(fā)生器的三角波運(yùn)行結(jié)果顯示 多種信號(hào)發(fā)生器的鋸齒波運(yùn)行結(jié)果顯示在前面板設(shè)置多種信號(hào)發(fā)生器為信號(hào)輸出模式，分別設(shè)置鋸齒波信號(hào)的占空比為50%,頻率為30HZ，幅度為1，多種信號(hào)發(fā)生器的鋸齒波運(yùn)行結(jié)果顯示如圖410所示：圖410 多種信號(hào)發(fā)生器的鋸齒波運(yùn)行結(jié)果顯示5 結(jié)論本文探討了在PC機(jī)上結(jié)合數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)虛擬多種信號(hào)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(jià)比高、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集卡相對(duì)一般市售的12位D/A卡價(jià)格低廉很多，而且其所具有的16位D/A轉(zhuǎn)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(hào)發(fā)生器具有一定的實(shí)際意義，還可在使用中通過軟件升級(jí)來不斷加強(qiáng)和完善其功能。使用LabVIEW作為該類設(shè)計(jì)的開發(fā)平臺(tái), 不僅使我感到它功能強(qiáng)大，函數(shù)庫(kù)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(qū)動(dòng)，如本設(shè)計(jì)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(diǎn)，使得編程變得簡(jiǎn)單且層次清晰，通過拖放及簡(jiǎn)單的連線，就可以在極短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)好一個(gè)高效且控制性強(qiáng)的測(cè)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(shè)備；搭建復(fù)雜的電路；由于受外界的干擾大，對(duì)開發(fā)環(huán)境要求很高，需要不斷進(jìn)行各種人工檢測(cè)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(shì)，圖形化界面，使我可以發(fā)揮自己的想象設(shè)計(jì)界面；利用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采樣和輸出可以不受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的限制，隨時(shí)開始投入工作，且節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備經(jīng)費(fèi)；這些都使我對(duì)自主學(xué)習(xí)，自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)產(chǎn)生了濃厚的興趣。參考文獻(xiàn)[1] 詹惠琴、古軍，袁亮編著．虛擬儀器設(shè)計(jì)[M]．高等教育出版社，.[2] 胡仁喜，王恒海．[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.[3] 尹邦政，魏亞東．基于LabVIEW的USB實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]，電子技術(shù)應(yīng)用，2003(7).[4] 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謝首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師薛曉書老師在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)我的悉心指導(dǎo)和幫助。本次設(shè)計(jì)和論文的完成都是在薛老師精心指導(dǎo)下完成的。薛老師給了我很大的學(xué)習(xí)和思考空間，讓我能夠充分發(fā)揮自己的能動(dòng)性和創(chuàng)造性。輕松的設(shè)計(jì)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(yīng)用到設(shè)計(jì)中。盡管有些想法不能實(shí)現(xiàn)，但我能夠親自實(shí)驗(yàn)自己的想法，找出想法不足的地方然后改進(jìn)，這個(gè)自我否定，自我肯定的過程讓我認(rèn)識(shí)到自己的不足，也發(fā)現(xiàn)了自己的一些優(yōu)點(diǎn)，這都使我對(duì)自己更加有信心。這次設(shè)計(jì)不僅讓我學(xué)會(huì)了自己探索和解決問題的發(fā)法，更重要的是提高了我對(duì)自己動(dòng)手設(shè)計(jì)，自己完成課題的興趣，這將使我終生受益，讓我對(duì)以后的工作更加熱情和積極。同時(shí)，也感謝我親愛的同學(xué)對(duì)我的無私幫助和大力支持，使我在論文工作中得以順利進(jìn)行。最后，我要感謝西安石油大學(xué)對(duì)我的培養(yǎng)。“路漫漫其修遠(yuǎn)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(xùn)，做一個(gè)無愧于母校的學(xué)子!35