【導讀】單、雙通道現(xiàn)實波形，并可以對波形運算后進行輸出，并顯示測量值。通過本課題的研究，學生掌握軟件的基本操作，全設計過程，以及LABVIEW測量和控制系統(tǒng)中的應用。加強學生的動手能力以及。主動發(fā)現(xiàn)分析及解決問題的能力。１.畢業(yè)設計（論文）任務書；３.畢業(yè)設計（論文）全文，裝訂文稿及電子版；[8]RobertH實用教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2021..階段分布由各學院自行決定。集，數(shù)據(jù)的分析，結果的輸出及顯示的結構模式來建立通用信號處理硬件平臺。

　　

【正文】 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計與研究 第 23 頁 共 34 頁 圖 虛擬正弦波仿真信號的生成與顯示前面板 自相關函數(shù)演示模塊 該自相關函數(shù)演示儀可觀察： 正弦波仿真信號的自相關函數(shù)。 正弦波仿真信號的頻率范圍介于 0～ 10kHz,幅值介于 ～ 。 輸出正弦波的幅值的平方（ A178。）。 1）前面板設計 前面板的設計步驟如下： 在正弦波仿真信號發(fā)生器基礎上增加以下控件。 (1)輸出顯示型數(shù)字控件：顯示計算結果 A178。 (2)開關型控件：用于運行或關閉正弦波自相關函數(shù)儀。 (3)在進行控件參數(shù)設置時，應注意顯示器可顯示的數(shù)據(jù)總點數(shù)是 2N1 個。 2)流程圖設計 設計思路 : 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計與研究 第 24 頁 共 34 頁 (1)對于包含 N 個元素的時間輸入序列 x[0]、 x[1]、 x[2]、～、 x[k]、～、 x[N1]來說，幅值的平方 A178。=2*Rxx(0) (2)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Signal Generation”子選項板中選擇 “Sine ”函數(shù)放置于 While 循環(huán)結構中，產(chǎn)生一個正弦波信號。 (3)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Time Domain”子選項板中選擇 “Auto ”函數(shù)，用于計算輸出正弦信號的自相關函數(shù)值，這里需要將 “Auto ”函數(shù)直接輸出的相關函數(shù)值除以采樣點數(shù)才能得到正確的結果。 (4)由于自相關函數(shù)圖標所求得的數(shù)據(jù)實際是將原先求得的 2N1 個數(shù)值向右平移了 N1 個單位后所得到的數(shù)據(jù)，所以需要用 Index Array 函數(shù) (位于 Array 數(shù)組子模塊中 )來索引出第 N1 個自相關函數(shù)值，并將結果乘以 2 得到幅值的平方。 程序的前面板運行結果和流程圖分別如下圖 和 所示： 圖 自相 關函數(shù)演示儀流程圖 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計與研究 第 25 頁 共 34 頁 圖 自相關函數(shù)演示儀前面板 從前面板的自相關函數(shù)波形圖可以看出，求得的自相關函數(shù)是呈衰減的余弦函數(shù)，其原因是在有限截取長度之外的數(shù)據(jù)被視為零，即當 i0 或 iN1 時，x[i]=0。自相關函數(shù)位于時間軸的正半周，自相關函數(shù)輸出的第 N1 個數(shù)據(jù)就對應 t=0 的自相關函數(shù)。 虛擬正弦波頻譜分析儀模塊 1 功能描述 可觀察正弦波經(jīng)過 FFT 后的幅值譜。 1)前面板設計 前面板的設計步驟如下 : (1)新建一個 VI，在前面板上放置兩個 Waveform Graph 波形 顯示器，用于分別顯示正弦波在 FFT 前和 FFT 后的波形。在流程圖中使用 Real 模塊。 (2)依次在前面板上放置 5 個輸入控制件 :“信號頻率 (Hz)”、 “采樣頻率 (Hz)” 、 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計與研究 第 26 頁 共 34 頁 “采樣點數(shù) ”、 “幅度（ v） ”和 “相位 (度 )”。 (3)放置一個 “停止 ”按鈕開關用來結束程序的運行。 (4)為方便譜線的讀取，用鼠標右擊 Graph，彈出屬性設置子模板，選擇 “Show”下的 “Corsor Display”項，輸入基波即 “分度值 ”和各次諧波頻率，即分度值的整倍數(shù)，則顯示對應譜線的幅值，如果是其它的值將給不出顯示。 2)流程圖設計 流程圖的設計步驟如下 : (1)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Signal Generation”子選項板中選擇 “Sine ”函數(shù)放置于循環(huán)結構中，產(chǎn)生一個正弦波信號。 (2)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Frequency Domain”子選項板中選擇 “Real ”函數(shù)，用于計算輸出正弦信號的頻譜值。 (3)按照路徑在 “Numeric” ﹨ “Complex”子選項板中選擇 “Complex To Polar”函數(shù)，用于輸出幅度幅值。 (4)采用 “Bundle”函數(shù)來規(guī)格化兩個波形圖的顯示，將 “正弦波波形圖 ”的 X 軸的水平間距設定為采樣周期，將 “頻譜圖 ”的 X 軸的水平間距設定為頻譜分辨率(頻譜分辨率 =采樣頻率 /采樣點數(shù) )。 程序的前面板運行結果和流程圖分別如下圖 和 所示。 圖 虛擬正弦波頻譜分析儀流程圖 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計與研究 第 27 頁 共 34 頁 圖 虛擬正弦波頻譜分析儀前面板 虛擬積分器與微分器模塊 其功能如下： 可以觀察正弦波、方波或三角波在積分前后的波形。 可以觀察正弦波、方波或三角波在微分前后的波形。 1)前面板設計 前面板的設計步驟如下 : (1)新建一個 VI，在前面板上放置一個 Waveform Graph 波形顯示器，用于顯示三種類型波在積分或微分后的波形。 (2)依次在前面板上放置 5 個輸入控制件 :“信號頻率 (Hz)”、 “采樣頻率 (Hz)”、 “采樣點數(shù) ”、 “幅值 (v)”和 “占空比 ”(%)。 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計與研究 第 28 頁 共 34 頁 (3)放置一個 “停止 ”按鈕開關用來結束程序的運行。 2)流程圖設計 流程圖的設計步驟如下 : 按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Signal Generation”子選項板中分別選擇 “Sine ”、 “ Square ”和 “Triangle ”函數(shù)放入第一個Case 結構的三個分支內(nèi)，函數(shù)節(jié)點的輸入端口分別與前面板的輸入控制件端子相連。 (2)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Time Domain”子選項板中分別選擇 “Integral x(t).vi”和 “Derivative x(t).vi”函數(shù)放入第二個 Case 結構的兩個分支內(nèi)。 程序的 流程圖前面板運行結果和分別如下圖 、 和 所示。 圖 虛擬積分器與微分器模塊流程圖 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計與研究 第 29 頁 共 34 頁 圖 虛擬正弦波微分器前面板 圖 虛擬正弦波積分器前面板 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計與研究 第 30 頁 共 34 頁 虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計 虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的總體設計流程圖，是在綜合了前面所設計的各個模塊的基礎之上進行的。在第一個 Case 結構當中放置了正弦波、方波、三角波、鋸齒波、白噪聲以及多頻波，任意公式輸入波形 模塊作為該 Case 結構的各個分支，來實現(xiàn)波形的產(chǎn)生。第二個 Case 結構 則是應用了積分微 分器模塊的結構。將兩個 Case 結構 置于 While 循環(huán)中，便組成了 虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的總體設計流程圖 。 本虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計 ,基于 LabVIEW 這個軟件開發(fā)平臺。虛擬函數(shù)發(fā)生器的設計參考了常見信號發(fā)生器的功能 ,在功能上有所擴展。儀器主要功能如下 : （ 1） 可產(chǎn)生 實驗室常用 的正弦波、方波、三角波、鋸齒波、白噪聲以及多頻波 ； （ 2） 任意波形的發(fā)生 ,任意波可實現(xiàn)公式輸入 ； （ 3） 信號頻率、幅度、相位、偏移量 、方波占空比 可調(diào)可控 ； （ 4） 輸出頻譜特性 ； （ 5）可做自相關分析； （ 6）可做微分積分分析； 圖 虛擬函數(shù)信號發(fā)生器總流程圖 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計與研究 第 31 頁 共 34 頁 圖 虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的前面板設計軟件設計是虛擬函數(shù)信號發(fā)生器設計的核心。 LabVIEW 程序由兩部分組成 :前面板程序和框圖程序。整個程序基于多線程設計 ,即前面板和系統(tǒng)程序各占用一個線程。虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的前面板如圖 所示。前面板是用戶接口 ,即交互式界面 ,用于用戶向程序中輸入各種控制參數(shù)和觀察輸出量 ,在前面板中 ,使用了各種仿真圖標 ,如開關、旋鈕等 ,并以數(shù)字或實時趨勢圖等各種形式的輸出測試結果來模擬真實儀器的面板。前面板的設計 ,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定信號的相關參數(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)生器的設計與研究 第 32 頁 共 34 頁 第 5 章 結論 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)生測試領域的非周期特殊信號。本文采用模塊化設計方法，詳細描述了軟件開發(fā)的全過程，分析并解決了設計及實現(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、電子技術基礎、信號與系統(tǒng)、自動控制理論等專業(yè)基礎課程的實驗教學 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計與研究 第 33 頁 共 34 頁 參考文獻 [1] 張愛平 . 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