【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器其功能完全靠硬件實(shí)現(xiàn)，功能單一而且用戶的購(gòu)置、維護(hù)費(fèi)用高。更重要的是，對(duì)于傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器，其功能一旦確定便不能更改，用戶要想使用新的功能則必須重新購(gòu)買新的儀器，傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器的不足是顯而易見的。虛擬儀器是將儀器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、總線技術(shù)和軟件技術(shù)緊密的融合在一起，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)字處理能力實(shí)現(xiàn)儀器的大部分功能，打破了傳統(tǒng)儀器的框架，形成的一種新的儀器模式。本課題完成了“虛擬信號(hào)發(fā)生器”的理論研究，在很大程度上解決了傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器的諸多弊端。本虛擬儀器可完成輸出多種信號(hào)波形的同時(shí)產(chǎn)生與輸出，信號(hào)輸出頻率、幅度等參數(shù)實(shí)時(shí)可調(diào)。本文研究的虛擬信號(hào)發(fā)生器主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：用戶可自由定義其功能；系統(tǒng)功能升級(jí)擴(kuò)充方便快捷、可與電腦等設(shè)備方便的互聯(lián)。

　　

【正文】 相位控件的值，時(shí)間標(biāo)識(shí)將被重置為0；信號(hào)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(rèn)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(rèn)值為0，如重置信號(hào)的值為FALSE，VI將忽略相位；錯(cuò)誤輸入表明VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤，默認(rèn)值為無(wú)錯(cuò)誤，如錯(cuò)誤發(fā)生在VI或函數(shù)運(yùn)行之前，VI或函數(shù)將把錯(cuò)誤輸入值傳遞至錯(cuò)誤輸出，如在VI或函數(shù)運(yùn)行前沒有發(fā)生錯(cuò)誤，VI或函數(shù)將正常運(yùn)行，如在VI或函數(shù)運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，VI或函數(shù)將正常運(yùn)行并在錯(cuò)誤輸出中設(shè)置自身的錯(cuò)誤狀態(tài)，錯(cuò)誤輸入和錯(cuò)誤輸出用于檢查錯(cuò)誤并通過將一個(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤輸出和另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤輸入連線指定執(zhí)行順序；狀態(tài)的值為TRUE時(shí)表示在VI或函數(shù)運(yùn)行前已發(fā)生錯(cuò)誤，值為FALSE時(shí)表示警告或無(wú)錯(cuò)誤，默認(rèn)值為FALSE；代碼是錯(cuò)誤或警告代碼；源表示錯(cuò)誤或警告的源，大多數(shù)情況下表示出現(xiàn)錯(cuò)誤或警告的VI或函數(shù)名，默認(rèn)值為空字符串；采樣信息包含采樣信息；僅當(dāng)信號(hào)類型是方波時(shí)，VI使用該參數(shù)；信號(hào)輸出是生成的波形；相位輸出是波形的相位；錯(cuò)誤輸出包含錯(cuò)誤信息，如錯(cuò)誤輸入表明在VI或函數(shù)運(yùn)行前已發(fā)生錯(cuò)誤，錯(cuò)誤輸出將包含相同的錯(cuò)誤信息。前面已經(jīng)說(shuō)明，此信號(hào)發(fā)生器可以在一個(gè)窗口中同時(shí)顯示兩路信號(hào)。所以要添置兩個(gè)基本信號(hào)發(fā)生器模塊，用于產(chǎn)生兩路不同的信號(hào)。對(duì)兩個(gè)模塊分別對(duì)應(yīng)頻率、幅值的輸入控件，用于控制兩路信號(hào)的頻率和幅值。然后設(shè)定該信號(hào)發(fā)生器的采樣頻率。再將這兩個(gè)基本信號(hào)發(fā)生器的輸出進(jìn)行合并，兩個(gè)信號(hào)的合并可以通過“與”控件來(lái)實(shí)現(xiàn)。合并后的信號(hào)的輸出，用連線連接到波形顯示器中，就可以實(shí)現(xiàn)在同一波形顯示器中顯示兩路不同類型的信號(hào)。到此為止，信號(hào)發(fā)生器的程序已經(jīng)能夠產(chǎn)生信號(hào)，并且可以在波形顯示器中顯示出來(lái)了。由于該程序只能執(zhí)行一次，所以在程序的外圍添加一個(gè)while循環(huán)。While循環(huán)能夠?qū)Τ绦虻膱?zhí)行次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并能對(duì)程序進(jìn)行控制，可以隨時(shí)控制程序的停止運(yùn)行狀態(tài)?！靶盘?hào)發(fā)生器1” 的程序框圖如圖14所示。 圖14 “信號(hào)發(fā)生器1”的程序框圖“信號(hào)發(fā)生器2”的設(shè)計(jì)與“信號(hào)發(fā)生器1”相比，“信號(hào)發(fā)生器2”是在兩個(gè)窗口中顯示兩種不同的信號(hào)，這樣便于觀察信號(hào)，在第三個(gè)窗口中顯示前兩個(gè)窗口中信號(hào)疊加后的波形。因此，前面板需要設(shè)置3個(gè)波形顯示窗口。用于相加的兩種信號(hào)的頻率和幅值可調(diào)，因此需要添加4個(gè)旋鈕控件，這4個(gè)旋鈕控件分別用于控制窗口1中信號(hào)的頻率和幅值以及窗口2中信號(hào)的頻率和幅值。另外與“信號(hào)發(fā)生器1”一樣，需要添置兩個(gè)下拉列表，用于選擇兩個(gè)信號(hào)顯示窗口中的信號(hào)類型，可供選擇的信號(hào)類型有正弦波、方波、三角波和鋸齒波?！靶盘?hào)發(fā)生器2”可以隨時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種信號(hào)的疊加，因此，需要設(shè)置一個(gè)開關(guān)用于選擇合時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)的疊加。開關(guān)開，兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行疊加。反之，則第3個(gè)窗口不顯示任何波形。另外，與“信號(hào)發(fā)生器1”一樣，要設(shè)置個(gè)停止按鈕?！靶盘?hào)發(fā)生器2”前面板如圖15所示。圖15 “信號(hào)發(fā)生器2”的前面板“信號(hào)發(fā)生器2”也要產(chǎn)生兩路信號(hào)，所以要用到兩個(gè)基本函數(shù)發(fā)生器模塊，對(duì)這兩個(gè)模塊分別對(duì)應(yīng)連接頻率輸入框和幅值輸入框，另外要設(shè)置采樣頻率的值。另外要添加信號(hào)類型選擇框用于信號(hào)類型的選擇。基本函數(shù)發(fā)生器中默認(rèn)的可供選擇的信號(hào)有正弦波、方波、三角波和鋸齒波。由于要用到開關(guān)來(lái)控制何時(shí)進(jìn)行兩路信號(hào)相加的操作，在程序窗口中添加條件結(jié)構(gòu)。條件為真時(shí)，進(jìn)行兩路信號(hào)的相加，條件為假時(shí)，則不采取任何操作。把條件結(jié)構(gòu)設(shè)為真是，在條件結(jié)構(gòu)框中添加邏輯與模塊，并將兩個(gè)基本函數(shù)發(fā)生器的輸出分別連至邏輯與的兩個(gè)輸入端，邏輯與的輸出信號(hào)就是兩路信號(hào)疊加后的波形。再在條件框中添置一個(gè)波形顯示器，用于顯示疊加后的信號(hào)波形。將邏輯與的輸出，用連線接至波形顯示窗中。一般情況下，在波形運(yùn)動(dòng)太快時(shí)不利于信號(hào)的觀察，添加一個(gè)時(shí)間延時(shí)(在“函數(shù)”面板中選擇“編程”— “定時(shí)”— “等待下一個(gè)整數(shù)倍毫秒”定時(shí)，在“函數(shù)”面板中選擇“編程”— “數(shù)值”— “數(shù)值常量”，放于while循環(huán)中，輸入數(shù)值500，并與定時(shí)器相連)就可以解決該問題。在條件循環(huán)框中實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行相加。在程序的最外圍添加一個(gè)while循環(huán)就可以連續(xù)執(zhí)行程序。while循環(huán)可以控制程序的連續(xù)執(zhí)行，并且可以隨時(shí)控制程序的運(yùn)行和停止，方便地控制程序的運(yùn)行。“信號(hào)發(fā)生器2”的程序如圖16所示。圖16 “信號(hào)發(fā)生器2”的程序框圖“信號(hào)發(fā)生器3”的設(shè)計(jì)“信號(hào)發(fā)生器3”與“信號(hào)發(fā)生器1”及“信號(hào)發(fā)生器2”的區(qū)別在于“信號(hào)發(fā)生器3”可以顯示信號(hào)的卷積、反卷積、自相關(guān)、互相關(guān)。如圖17所示。下面對(duì)“信號(hào)發(fā)生器3”的前面板進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先應(yīng)該添加三個(gè)波形顯示窗口，前面兩個(gè)窗口用于顯示兩路基本信號(hào)的顯示，并為前兩個(gè)窗口分別配置兩個(gè)旋鈕，用于控制信號(hào)的幅值和頻率，再分別為這兩個(gè)窗口配置一個(gè)下拉菜單選擇控件，用于選擇信號(hào)的類型，可供選擇的信號(hào)類型有正弦波、三角波、方波和鋸齒波。第三個(gè)窗口用于顯示信號(hào)的經(jīng)過卷積和相關(guān)控件后的波形。最后，為了可以方便觀察信號(hào)，必須設(shè)置一個(gè)停止按鈕，可以方便地控制和觀察靜態(tài)的信號(hào)波形。 “信號(hào)發(fā)生器3”的前面板設(shè)計(jì)如圖18所示。圖17 配置卷積和相關(guān)控件圖18 “信號(hào)發(fā)生器3”的前面板“信號(hào)發(fā)生器3”也要產(chǎn)生兩路信號(hào)，所以要用到兩個(gè)基本函數(shù)發(fā)生器模塊，對(duì)這兩個(gè)模塊分別對(duì)應(yīng)連接頻率輸入框和幅值輸入框，還要添加一個(gè)卷積和相關(guān)控件，另外要添加信號(hào)類型選擇框用于信號(hào)類型的選擇。基本函數(shù)發(fā)生器中默認(rèn)的可供選擇的信號(hào)有正弦波、方波、三角波和鋸齒波。把其中一個(gè)基本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出與卷積和相關(guān)控件中的X連接，另一個(gè)基本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出與卷積和相關(guān)控件的Y連接，同時(shí)把卷積和相關(guān)控件中的輸出與波形圖連接。 “信號(hào)發(fā)生器3”的程序如圖19所示。圖19 “信號(hào)發(fā)生器3”的后面板 本節(jié)小結(jié)本節(jié)主要設(shè)計(jì)了三類信號(hào)發(fā)生器，其中“信號(hào)發(fā)生器1”可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)窗口中顯示兩個(gè)波形，頻率和幅值可調(diào)?！靶盘?hào)發(fā)生器2”可以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)窗口中分別顯示信號(hào)，信號(hào)的頻率和相位可調(diào)，并且可以在第三個(gè)波形現(xiàn)實(shí)窗口中顯示任意兩種波形的疊加。 “信號(hào)發(fā)生器3” 可以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)波形現(xiàn)實(shí)窗口中分別顯示兩路信號(hào)，信號(hào)的相位和幅值可調(diào)，在第三個(gè)波形顯示窗口中顯示信號(hào)經(jīng)過卷積和相關(guān)控件后的波形。本章通過設(shè)計(jì)三種信號(hào)發(fā)生器，并且一種比一種具有更多功能，說(shuō)明了虛擬儀器具有強(qiáng)大的儀器設(shè)計(jì)功能。 本章小結(jié)本章分兩個(gè)部分，在第一部分虛擬儀器的簡(jiǎn)單應(yīng)用中，通過實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的正弦信號(hào)發(fā)生器，熟悉Labview軟件及l(fā)abview相應(yīng)的工具箱的使用。第二部分是全文的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)了多功能信號(hào)發(fā)生器，該發(fā)生器可以產(chǎn)生方波，三角波，鋸齒波和正弦波。信號(hào)的頻率、幅值可調(diào)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)任意兩種信號(hào)的疊加。在設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器之余，還添加了卷積和相關(guān)控件，用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)的卷積。其中卷積和相關(guān)控件可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的卷積、反卷積、自相關(guān)、互相關(guān)。 結(jié) 論結(jié) 論通過以上的敘述,可以看出虛擬儀器利用個(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，使用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。多功能信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波，三角波，方波和鋸齒波信號(hào)。通過選擇信號(hào)類型，虛擬信號(hào)發(fā)生器能夠?qū)崿F(xiàn)正弦、方波、三角波、鋸齒波和余弦信號(hào)的輸出，而且，通過調(diào)節(jié)旋鈕可以改變所選輸出波形的幅值和頻率。虛擬信號(hào)發(fā)生器很容易地實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的調(diào)節(jié)。通過本設(shè)計(jì)，深刻地認(rèn)識(shí)到了虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)代儀器發(fā)展的重要發(fā)展方向。虛擬儀器也以嶄新的模式和強(qiáng)大的功能深入人心，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展虛擬儀器必將拓展到各個(gè)領(lǐng)域，引起儀器的深層次變革。由于課題時(shí)間較倉(cāng)促，加上缺乏編程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)準(zhǔn)備知識(shí)，盡管程序調(diào)試成功，還是留下了很多問題有待改進(jìn)，首先主界面缺乏親和力，用戶功能不盡完善；其次程序擴(kuò)展性和可讀性不夠好，可以預(yù)見將來(lái)當(dāng)功能需要擴(kuò)展時(shí)，程序可能需要有比較大的變動(dòng)。參考文獻(xiàn)1 賴欣. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2003年第2期:5052.2 劉君華,賈惠芹,丁暉等. 虛擬儀器圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW教程[M]. 西安電子科技大學(xué)出版社,2007:7072.3 張凱，郭棟. LabVIEW虛擬儀器工程設(shè)計(jì)與開發(fā)[M]. 國(guó)防工業(yè)出版社，2006年4 師黎. 虛擬儀器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用研究[J]. 鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999年第2期:3032.5 李興. 虛擬儀器的軟件開發(fā)[J]. 1999.(33):125129.6 賈功賢,劉成康. 基于PC 的虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì). 電子測(cè)試,1999 , (12) :46.7 林正盛. 虛擬儀器技術(shù)及其發(fā)展[J]. ,(4):1014.8 李震,柯旭貴,汪云祥. 虛擬儀器的發(fā)展歷史,研究現(xiàn)狀與展望[J]. 2003,18(4):14.9 曹會(huì)國(guó). 基于LabVIEW的虛擬儀器VI(virtual instrument)及應(yīng)用[J]. 濰坊學(xué)院學(xué)報(bào),2005,5(3):1415.10 周大鵬,常峰,何光普. 基于虛擬儀器的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)[J]. 樂山師范學(xué)院學(xué)報(bào),2009,24(5):3435.11 王霞. 虛擬儀器的發(fā)展過程及應(yīng)用[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用,2009(5):1214.12 劉萍,邱鵬. 虛擬儀器的發(fā)展過程[J]．山東科學(xué),2009,22(1):2325.13 McQuiston. Virtual Instruments for Use in Test Systems Development. Roceedings of the IEEE Systems Readiness Technology Conference, Autotestcon (Proceedings) by IEEE, IEEE Service Center, 200314 Xuedong Jing，Chengtao Wang，Gengqiang Pu， Binshi Xu，Sheng Zhu， Shiyun Dong． Evaluation of measurement uncertainties of virtual instruments[J]． The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2006，27(2)：12021210．15 Zhou Hong，Wang Leyu．Virtual instrument system software architecture description language[J]． Journal of Zhejiang UniversityScience A，2001，2(10)：411455． 謝 辭謝 辭本文的研究工作是在崔東艷老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。崔老師在學(xué)習(xí)方法、工作方法和研究思路等方面給予了許多有益的啟迪；同時(shí)，她對(duì)我的研究工作提出了寶貴的建議和意見，使我在研究工作中不斷取得新的進(jìn)展。崔老師深厚的專業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和求實(shí)創(chuàng)新的工作作風(fēng)深深的影響著我。在此，謹(jǐn)向崔老師致以我最崇高的敬意和真摯的感謝！感謝我的家人和朋友對(duì)我生活上的關(guān)心，學(xué)習(xí)和工作的支持，這些使得我能夠安心的完成我的研究工作。最后，對(duì)在我的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)道路上給予幫助的所有老師和朋友們表示深深地感謝，對(duì)評(píng)閱該論文的所有老師表示最崇高的敬意和真摯的感謝！