【導讀】越來越便利，虛擬儀器應(yīng)運而生。從本質(zhì)上來說，虛擬儀器是儀器技術(shù)與計算機。要定義儀器功能，更好的組建自己所需要的測試系統(tǒng)。它是按照信號的處理與采。集，數(shù)據(jù)的分析，結(jié)果的輸出及顯示的結(jié)構(gòu)模式來建立通用信號處理硬件平臺。波），并在以設(shè)計好的虛擬信號發(fā)生器的基礎(chǔ)上對所產(chǎn)生的信號做自相關(guān)分析，積分，微分分析及相應(yīng)的頻譜分析。虛擬積分器與微分器模塊..

　　

【正文】 了各種仿真圖標 ,如開關(guān)、旋鈕等 ,并以數(shù)字或?qū)崟r趨勢圖等各種形式的輸出測試結(jié)果來模擬真實儀器的面板。前面板的設(shè)計 ,充分發(fā)揮了 LabVIEW 的特長 ,即建立了友好的人機操作界面 ,是虛擬信號發(fā)生器的最上層。在使用中直接通過鼠標和鍵盤設(shè)定信號的相關(guān)參數(shù)。使用波形顯示器對輸出波形進行觀察和測量 ,并且可以直接讀出信號的幅值和頻率。 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計與研究 第 32 頁 共 34 頁 第 5 章 結(jié)論 本文采用了目前比較流行的美 國國家儀器公司的 LabVIEW 作為該系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺，對虛擬儀器和 LabVIEW 軟件進行了介紹 ,并詳細地介紹一種基于LabVIEW 環(huán)境下自行開發(fā)的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器。虛擬儀器設(shè)計及實現(xiàn)的核心是軟件的開發(fā)。該儀器不但界面友好 ,而且功能強大、操作簡便。經(jīng)過仿真實驗表明 ,它能夠產(chǎn)生實驗室常用的正弦波、三角波、方波、鋸齒波信號 ,而且還可以產(chǎn)生白噪聲及多頻波 ,并能通過輸入公式 ,產(chǎn)生測試領(lǐng)域的非周期特殊信號。本文采用模塊化設(shè)計方法，詳細描述了軟件開發(fā)的全過程，分析并解決了設(shè)計及實現(xiàn)過程中出現(xiàn)的問題，并給出了已實現(xiàn)的虛 擬正弦波仿真信號發(fā)生器、自相關(guān)函數(shù)演示儀、虛擬正弦波頻譜分析儀、虛擬積分器和微分器的虛擬儀器程序的原理、前面板圖和程序流程圖。由這些儀器組成的系統(tǒng)，可用于電路基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、自動控制理論等專業(yè)基礎(chǔ)課程的實驗教學 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計與研究 第 33 頁 共 34 頁 參考文獻 [1] 張愛平 . LabVIEW 入門與虛擬儀器 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 , 2021. [2] 侯國屏 ,等 . 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Labview 的 虛擬儀器 的現(xiàn)狀 自從 1986 年美國 NI(National Instrument)公司提出虛擬儀器的概念以來 ,隨著計 算機技術(shù)和測量技術(shù)的發(fā)展 ,虛擬儀器技術(shù)也得到很快的發(fā)展。虛擬儀器是指 :利用現(xiàn)有的 PC 機，加上特殊設(shè)計的儀器硬件和專用軟件 ,形成既有普通儀器的基本功能 ,又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器。與傳統(tǒng)的儀器相比其特點主要有 :具有更好的測量精度和可重復性 。測量速度快 。系統(tǒng)組建時間短 。由用戶定義儀器功能 ?？蓴U展性強 。技術(shù)更新快等。虛擬儀器以軟件為核心 ,其軟件又以美國 NI 公司的 Labview 虛擬儀器軟件開發(fā)平臺最為常用。 Labview 是一種圖形化的編程語言 ,主要用來開發(fā)數(shù)據(jù)采集，儀器控制及數(shù)據(jù)處理分析等軟件 ,功能強大 。目前 ,該開發(fā)軟件在國際測試、測控行業(yè)比較流行 ,在國內(nèi)的測控領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。函數(shù)信號發(fā)生器是在科學研究和工程設(shè)計中廣泛應(yīng)用的一種通用儀器。下面結(jié)合一個虛擬函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計開發(fā)具體介紹基于圖形化編程語言 Labview 的虛擬儀器編程方法與實現(xiàn)技術(shù)。 LabVIEW是一個圖形化的開發(fā)環(huán)境，帶有大量的內(nèi)置功能，能夠完成仿真、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析和數(shù)據(jù)顯示等任務(wù)。使用 LabVIEW能讓您享受到強大的圖形化編程語言所帶來的靈活性，從而無需再忍受傳統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的復雜編程工作：它直觀的圖形化環(huán)境使開發(fā)更有效率， 能集成上千種儀器和驅(qū)動，通過編譯使系統(tǒng)性能達到最優(yōu)化，并可與其他應(yīng)用程序方便地連接。 LabVIEW程序由兩部分組成：前面板程序和框圖程序。整個程序是基于多線程設(shè)計，即前面板和框圖程序各占用一個線程。 LabVIEW的前面板，即交互式界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，在前面板中，使用了各種圖標如開關(guān)。實時趨勢圖等來模擬真實儀器的面板。并可如同操作實際儀器一樣方便地調(diào)節(jié)輸入?yún)?shù)和進行輸出模式定制。本軟件設(shè)計中，充分發(fā)揮了 LabVIEW的特長，建立了友好的人機操作界面。 2 Labview的 虛擬儀器 發(fā)展趨勢 20 年來，無論是初學乍用的新手還是經(jīng)驗豐富的程序開發(fā)人員，虛擬儀器在各 種不同的工程應(yīng)用和行業(yè)的測量及控制的用戶中廣受歡迎，這都歸功于其直觀化的圖形編程語言。虛擬儀器的圖形化數(shù)據(jù)流語言和程序框圖能自然地顯示您的數(shù)據(jù)流，同時地圖化的用戶界面直觀地顯示數(shù)據(jù)，使我們能夠輕松地查看、修改數(shù)據(jù)或控制輸入。 同其他技術(shù)相比， Labview 的 虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢： (1)、性能高 Labview 的 虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全 繼承 了以現(xiàn)成即用的 PC 技術(shù)為主導的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點，包括功 能超卓的處理器和文件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導入磁盤的同時就能實時地進行復雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計算機網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。 (2)、擴展性強 NI 的軟硬件工具使得我們不再受限于當前的技術(shù)中。這得益于 NI 軟件的靈活性，只需更新計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進整個系統(tǒng)。在利用最新科技的時候，我們可以把它們集成到現(xiàn)有的測量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時間。 (3)、開發(fā)時間少 在驅(qū)動和應(yīng)用兩個層面上， NI 高效的軟件 構(gòu)架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。 NI 設(shè)計這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。 (4)、無縫集成 虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復雜，工程師們通常需要集成多個測量設(shè)備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費大量的時間。 NI 的虛擬儀器軟件平臺為所有的 I/O 設(shè)備提供了標準的接口，幫助我們輕松地將多個測量設(shè)備集成到單個 系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復雜性。 美國國家儀器公司 NI（ National Instruments）提出的虛擬測量儀器（ VI）概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場重大變革，使得計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來，從而開創(chuàng)了 “軟件即是儀器 ”的先河。 三、設(shè)計（研究）的重點與難點，擬采用的途徑（研究手段）： 重點 （ 1） 掌握 LABVIEW 軟件的基本操作，虛擬函數(shù)信號發(fā)生電路的全設(shè)計過程，以及LABVIEW 測量和控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 （ 2） 掌握 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生電路，并在此基礎(chǔ)上對所 產(chǎn)生的信號做自相關(guān)分析、積分、微分分析及相應(yīng)的頻譜分析。 難點 掌握虛擬函數(shù)信號發(fā)生電路的全設(shè)計過程 ， 并在此基礎(chǔ)上對所產(chǎn)生的信號做自相關(guān)分析、積分、微分分析及相應(yīng)的頻譜分析 途徑 (1)、 虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的硬件構(gòu)成 本虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的輸入輸出的硬件部分為一數(shù)據(jù)采集卡和具有一定配置要求的 PC 機，數(shù)據(jù)的輸入輸出靠對數(shù)據(jù)采集卡輸出輸入口的定義來實現(xiàn)。本設(shè)計采用的PCI1200 數(shù)據(jù)采集卡是一塊性價比較好的產(chǎn)品，具備數(shù) /模轉(zhuǎn)換的功能，能將產(chǎn)生的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號且數(shù)模轉(zhuǎn)換精度高，而且還具備濾波功能 ，從而使輸出波形光滑。它支持單極和雙極性模擬信號輸入，信號輸入范圍分別為 5～ +5V 和 0～ 10V。提供 16 路單端 /8 路差動模擬輸入通道、 2 路獨立的 DA 輸出通道、 24 線的 TTL 型數(shù)字 I/O、 3 個 16 位的定時計數(shù)器等多種功能。硬件接口部分用于數(shù)據(jù)輸入或輸出時的通道設(shè)置。硬件接口部分程序框圖如圖 1 所示： 圖 1 硬件接口程序框圖 Device 用于指定所用的設(shè)備號，該設(shè)備號通過 Measurement and Automation Explorer工具配置。 Waveform Length 用于設(shè)定數(shù)據(jù)采集卡的緩沖區(qū)的大小。 Channel 用于指定使用的設(shè)備的通道號（一般的數(shù)據(jù)采集卡具備多個輸入輸出通道）。 (2)、 儀器功能描述 本儀器功能主要包括四類函數(shù)信號 正弦波、方波、三角波、鋸齒波的輸出，頻率的倍乘與微調(diào)相結(jié)合，以及實現(xiàn)輸出波形的直流偏置、電壓幅度的控制等功能 。具體指標如如表 1 所示： 輸出波形 四種波形：方波、正弦三角波、鋸齒波任意選擇 輸出頻率范圍 ～ 1KHz 直流