【導讀】傳統的信號發(fā)生器其功能完全靠硬件實現，功能單一而且用戶的購置、維護費用高。更重要的是，對于傳統的信號發(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買新的儀器，傳統信號發(fā)生器的不足是顯而易見的。虛擬儀器是將儀器技術、計算機技術、總線技術和軟件技術緊密的融合在一起，利用計算機強大的數字處理能力實現儀器的大部分功能，打破了傳統儀器的框架，形成的一種新的儀器模式。本課題完成了“虛擬信號發(fā)生器”的理論研究，在很大程度上解決了傳統信號發(fā)生器的諸多弊端。本虛擬儀器可完成輸出多種信號波形的同時產生與輸出，信號輸出頻率、幅度等參數實時可調。本文研究的虛擬信號發(fā)生器主要具有如下優(yōu)點：用戶可自由定義其功能；系統功能升級擴充方便快捷、可與電腦等設備方便的互聯。

　　

【正文】 相位控件的值，時間標識將被重置為0；信號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，默認值為0，如重置信號的值為FALSE，VI將忽略相位；錯誤輸入表明VI或函數運行前發(fā)生的錯誤，默認值為無錯誤，如錯誤發(fā)生在VI或函數運行之前，VI或函數將把錯誤輸入值傳遞至錯誤輸出，如在VI或函數運行前沒有發(fā)生錯誤，VI或函數將正常運行，如在VI或函數運行時發(fā)生錯誤，VI或函數將正常運行并在錯誤輸出中設置自身的錯誤狀態(tài)，錯誤輸入和錯誤輸出用于檢查錯誤并通過將一個節(jié)點的錯誤輸出和另一個節(jié)點的錯誤輸入連線指定執(zhí)行順序；狀態(tài)的值為TRUE時表示在VI或函數運行前已發(fā)生錯誤，值為FALSE時表示警告或無錯誤，默認值為FALSE；代碼是錯誤或警告代碼；源表示錯誤或警告的源，大多數情況下表示出現錯誤或警告的VI或函數名，默認值為空字符串；采樣信息包含采樣信息；僅當信號類型是方波時，VI使用該參數；信號輸出是生成的波形；相位輸出是波形的相位；錯誤輸出包含錯誤信息，如錯誤輸入表明在VI或函數運行前已發(fā)生錯誤，錯誤輸出將包含相同的錯誤信息。前面已經說明，此信號發(fā)生器可以在一個窗口中同時顯示兩路信號。所以要添置兩個基本信號發(fā)生器模塊，用于產生兩路不同的信號。對兩個模塊分別對應頻率、幅值的輸入控件，用于控制兩路信號的頻率和幅值。然后設定該信號發(fā)生器的采樣頻率。再將這兩個基本信號發(fā)生器的輸出進行合并，兩個信號的合并可以通過“與”控件來實現。合并后的信號的輸出，用連線連接到波形顯示器中，就可以實現在同一波形顯示器中顯示兩路不同類型的信號。到此為止，信號發(fā)生器的程序已經能夠產生信號，并且可以在波形顯示器中顯示出來了。由于該程序只能執(zhí)行一次，所以在程序的外圍添加一個while循環(huán)。While循環(huán)能夠對程序的執(zhí)行次數進行計數，并能對程序進行控制，可以隨時控制程序的停止運行狀態(tài)?！靶盘柊l(fā)生器1” 的程序框圖如圖14所示。 圖14 “信號發(fā)生器1”的程序框圖“信號發(fā)生器2”的設計與“信號發(fā)生器1”相比，“信號發(fā)生器2”是在兩個窗口中顯示兩種不同的信號，這樣便于觀察信號，在第三個窗口中顯示前兩個窗口中信號疊加后的波形。因此，前面板需要設置3個波形顯示窗口。用于相加的兩種信號的頻率和幅值可調，因此需要添加4個旋鈕控件，這4個旋鈕控件分別用于控制窗口1中信號的頻率和幅值以及窗口2中信號的頻率和幅值。另外與“信號發(fā)生器1”一樣，需要添置兩個下拉列表，用于選擇兩個信號顯示窗口中的信號類型，可供選擇的信號類型有正弦波、方波、三角波和鋸齒波?！靶盘柊l(fā)生器2”可以隨時實現兩種信號的疊加，因此，需要設置一個開關用于選擇合時實現兩個信號的疊加。開關開，兩個信號進行疊加。反之，則第3個窗口不顯示任何波形。另外，與“信號發(fā)生器1”一樣，要設置個停止按鈕?！靶盘柊l(fā)生器2”前面板如圖15所示。圖15 “信號發(fā)生器2”的前面板“信號發(fā)生器2”也要產生兩路信號，所以要用到兩個基本函數發(fā)生器模塊，對這兩個模塊分別對應連接頻率輸入框和幅值輸入框，另外要設置采樣頻率的值。另外要添加信號類型選擇框用于信號類型的選擇。基本函數發(fā)生器中默認的可供選擇的信號有正弦波、方波、三角波和鋸齒波。由于要用到開關來控制何時進行兩路信號相加的操作，在程序窗口中添加條件結構。條件為真時，進行兩路信號的相加，條件為假時，則不采取任何操作。把條件結構設為真是，在條件結構框中添加邏輯與模塊，并將兩個基本函數發(fā)生器的輸出分別連至邏輯與的兩個輸入端，邏輯與的輸出信號就是兩路信號疊加后的波形。再在條件框中添置一個波形顯示器，用于顯示疊加后的信號波形。將邏輯與的輸出，用連線接至波形顯示窗中。一般情況下，在波形運動太快時不利于信號的觀察，添加一個時間延時(在“函數”面板中選擇“編程”— “定時”— “等待下一個整數倍毫秒”定時，在“函數”面板中選擇“編程”— “數值”— “數值常量”，放于while循環(huán)中，輸入數值500，并與定時器相連)就可以解決該問題。在條件循環(huán)框中實現對兩個信號進行相加。在程序的最外圍添加一個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，并且可以隨時控制程序的運行和停止，方便地控制程序的運行?！靶盘柊l(fā)生器2”的程序如圖16所示。圖16 “信號發(fā)生器2”的程序框圖“信號發(fā)生器3”的設計“信號發(fā)生器3”與“信號發(fā)生器1”及“信號發(fā)生器2”的區(qū)別在于“信號發(fā)生器3”可以顯示信號的卷積、反卷積、自相關、互相關。如圖17所示。下面對“信號發(fā)生器3”的前面板進行設計。首先應該添加三個波形顯示窗口，前面兩個窗口用于顯示兩路基本信號的顯示，并為前兩個窗口分別配置兩個旋鈕，用于控制信號的幅值和頻率，再分別為這兩個窗口配置一個下拉菜單選擇控件，用于選擇信號的類型，可供選擇的信號類型有正弦波、三角波、方波和鋸齒波。第三個窗口用于顯示信號的經過卷積和相關控件后的波形。最后，為了可以方便觀察信號，必須設置一個停止按鈕，可以方便地控制和觀察靜態(tài)的信號波形。 “信號發(fā)生器3”的前面板設計如圖18所示。圖17 配置卷積和相關控件圖18 “信號發(fā)生器3”的前面板“信號發(fā)生器3”也要產生兩路信號，所以要用到兩個基本函數發(fā)生器模塊，對這兩個模塊分別對應連接頻率輸入框和幅值輸入框，還要添加一個卷積和相關控件，另外要添加信號類型選擇框用于信號類型的選擇?；竞瘮蛋l(fā)生器中默認的可供選擇的信號有正弦波、方波、三角波和鋸齒波。把其中一個基本函數信號發(fā)生器的輸出與卷積和相關控件中的X連接，另一個基本函數信號發(fā)生器的輸出與卷積和相關控件的Y連接，同時把卷積和相關控件中的輸出與波形圖連接。 “信號發(fā)生器3”的程序如圖19所示。圖19 “信號發(fā)生器3”的后面板 本節(jié)小結本節(jié)主要設計了三類信號發(fā)生器，其中“信號發(fā)生器1”可以實現在一個窗口中顯示兩個波形，頻率和幅值可調?！靶盘柊l(fā)生器2”可以實現在兩個窗口中分別顯示信號，信號的頻率和相位可調，并且可以在第三個波形現實窗口中顯示任意兩種波形的疊加。 “信號發(fā)生器3” 可以實現在兩個波形現實窗口中分別顯示兩路信號，信號的相位和幅值可調，在第三個波形顯示窗口中顯示信號經過卷積和相關控件后的波形。本章通過設計三種信號發(fā)生器，并且一種比一種具有更多功能，說明了虛擬儀器具有強大的儀器設計功能。 本章小結本章分兩個部分，在第一部分虛擬儀器的簡單應用中，通過實現簡單的正弦信號發(fā)生器，熟悉Labview軟件及l(fā)abview相應的工具箱的使用。第二部分是全文的重點，設計了多功能信號發(fā)生器，該發(fā)生器可以產生方波，三角波，鋸齒波和正弦波。信號的頻率、幅值可調，同時可以實現任意兩種信號的疊加。在設計信號發(fā)生器之余，還添加了卷積和相關控件，用于實現兩個信號的卷積。其中卷積和相關控件可以實現信號的卷積、反卷積、自相關、互相關。 結 論結 論通過以上的敘述,可以看出虛擬儀器利用個人計算機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對儀器的控制，數據分析與顯示，代替?zhèn)鹘y儀器，改變傳統儀器的使用方式，提高儀器的功能和使用效率，使用戶可以根據自己的需要定義儀器的功能。多功能信號發(fā)生器可產生正弦波，三角波，方波和鋸齒波信號。通過選擇信號類型，虛擬信號發(fā)生器能夠實現正弦、方波、三角波、鋸齒波和余弦信號的輸出，而且，通過調節(jié)旋鈕可以改變所選輸出波形的幅值和頻率。虛擬信號發(fā)生器很容易地實現了信號的調節(jié)。通過本設計，深刻地認識到了虛擬儀器技術是當代儀器發(fā)展的重要發(fā)展方向。虛擬儀器也以嶄新的模式和強大的功能深入人心，伴隨計算機技術和信息技術的發(fā)展虛擬儀器必將拓展到各個領域，引起儀器的深層次變革。由于課題時間較倉促，加上缺乏編程經驗和相關準備知識，盡管程序調試成功，還是留下了很多問題有待改進，首先主界面缺乏親和力，用戶功能不盡完善；其次程序擴展性和可讀性不夠好，可以預見將來當功能需要擴展時，程序可能需要有比較大的變動。參考文獻1 賴欣. 虛擬現實技術在教學中的應用[J]. 四川工業(yè)學院學報,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言LabVIEW教程[M]. 西安電子科技大學出版社,2007:7072.3 張凱，郭棟. LabVIEW虛擬儀器工程設計與開發(fā)[M]. 國防工業(yè)出版社，2006年4 師黎. 虛擬儀器技術在實驗室建設中的應用研究[J]. 鄭州工業(yè)大學學報,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. 電子測試,1999 , (12) :46.7 林正盛. 虛擬儀器技術及其發(fā)展[J]. ,(4):1014.8 李震,柯旭貴,汪云祥. 虛擬儀器的發(fā)展歷史,研究現狀與展望[J]. 2003,18(4):14.9 曹會國. 基于LabVIEW的虛擬儀器VI(virtual instrument)及應用[J]. 濰坊學院學報,2005,5(3):1415.10 周大鵬,常峰,何光普. 基于虛擬儀器的函數信號發(fā)生器設計[J]. 樂山師范學院學報,2009,24(5):3435.11 王霞. 虛擬儀器的發(fā)展過程及應用[J]. 機械研究與應用,2009(5):1214.12 劉萍,邱鵬. 虛擬儀器的發(fā)展過程[J]．山東科學,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和嚴格要求下完成的。崔老師在學習方法、工作方法和研究思路等方面給予了許多有益的啟迪；同時，她對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展。崔老師深厚的專業(yè)知識、嚴謹的治學精神和求實創(chuàng)新的工作作風深深的影響著我。在此，謹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我生活上的關心，學習和工作的支持，這些使得我能夠安心的完成我的研究工作。最后，對在我的學習和成長道路上給予幫助的所有老師和朋友們表示深深地感謝，對評閱該論文的所有老師表示最崇高的敬意和真摯的感謝！