【導(dǎo)讀】單、雙通道現(xiàn)實(shí)波形，并可以對(duì)波形運(yùn)算后進(jìn)行輸出，并顯示測(cè)量值。通過本課題的研究，學(xué)生掌握軟件的基本操作，全設(shè)計(jì)過程，以及LABVIEW測(cè)量和控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及。主動(dòng)發(fā)現(xiàn)分析及解決問題的能力。１.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書；３.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）全文，裝訂文稿及電子版；[8]RobertH實(shí)用教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2021..階段分布由各學(xué)院自行決定。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(hào)處理硬件平臺(tái)。

　　

【正文】 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 23 頁 共 34 頁 圖 虛擬正弦波仿真信號(hào)的生成與顯示前面板 自相關(guān)函數(shù)演示模塊 該自相關(guān)函數(shù)演示儀可觀察： 正弦波仿真信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)。 正弦波仿真信號(hào)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(shè)計(jì) 前面板的設(shè)計(jì)步驟如下： 在正弦波仿真信號(hào)發(fā)生器基礎(chǔ)上增加以下控件。 (1)輸出顯示型數(shù)字控件：顯示計(jì)算結(jié)果 A178。 (2)開關(guān)型控件：用于運(yùn)行或關(guān)閉正弦波自相關(guān)函數(shù)儀。 (3)在進(jìn)行控件參數(shù)設(shè)置時(shí)，應(yīng)注意顯示器可顯示的數(shù)據(jù)總點(diǎn)數(shù)是 2N1 個(gè)。 2)流程圖設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 : 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 24 頁 共 34 頁 (1)對(duì)于包含 N 個(gè)元素的時(shí)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(xiàng)板中選擇 “Sine ”函數(shù)放置于 While 循環(huán)結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào)。 (3)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Time Domain”子選項(xiàng)板中選擇 “Auto ”函數(shù)，用于計(jì)算輸出正弦信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)值，這里需要將 “Auto ”函數(shù)直接輸出的相關(guān)函數(shù)值除以采樣點(diǎn)數(shù)才能得到正確的結(jié)果。 (4)由于自相關(guān)函數(shù)圖標(biāo)所求得的數(shù)據(jù)實(shí)際是將原先求得的 2N1 個(gè)數(shù)值向右平移了 N1 個(gè)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(gè)自相關(guān)函數(shù)值，并將結(jié)果乘以 2 得到幅值的平方。 程序的前面板運(yùn)行結(jié)果和流程圖分別如下圖 和 所示： 圖 自相 關(guān)函數(shù)演示儀流程圖 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 25 頁 共 34 頁 圖 自相關(guān)函數(shù)演示儀前面板 從前面板的自相關(guān)函數(shù)波形圖可以看出，求得的自相關(guān)函數(shù)是呈衰減的余弦函數(shù)，其原因是在有限截取長(zhǎng)度之外的數(shù)據(jù)被視為零，即當(dāng) i0 或 iN1 時(shí)，x[i]=0。自相關(guān)函數(shù)位于時(shí)間軸的正半周，自相關(guān)函數(shù)輸出的第 N1 個(gè)數(shù)據(jù)就對(duì)應(yīng) t=0 的自相關(guān)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(shè)計(jì) 前面板的設(shè)計(jì)步驟如下 : (1)新建一個(gè) VI，在前面板上放置兩個(gè) 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(gè)輸入控制件 :“信號(hào)頻率 (Hz)”、 “采樣頻率 (Hz)” 、 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 26 頁 共 34 頁 “采樣點(diǎn)數(shù) ”、 “幅度（ v） ”和 “相位 (度 )”。 (3)放置一個(gè) “停止 ”按鈕開關(guān)用來結(jié)束程序的運(yùn)行。 (4)為方便譜線的讀取，用鼠標(biāo)右擊 Graph，彈出屬性設(shè)置子模板，選擇 “Show”下的 “Corsor Display”項(xiàng)，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(duì)應(yīng)譜線的幅值，如果是其它的值將給不出顯示。 2)流程圖設(shè)計(jì) 流程圖的設(shè)計(jì)步驟如下 : (1)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Signal Generation”子選項(xiàng)板中選擇 “Sine ”函數(shù)放置于循環(huán)結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào)。 (2)按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Frequency Domain”子選項(xiàng)板中選擇 “Real ”函數(shù)，用于計(jì)算輸出正弦信號(hào)的頻譜值。 (3)按照路徑在 “Numeric” ﹨ “Complex”子選項(xiàng)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(gè)波形圖的顯示，將 “正弦波波形圖 ”的 X 軸的水平間距設(shè)定為采樣周期，將 “頻譜圖 ”的 X 軸的水平間距設(shè)定為頻譜分辨率(頻譜分辨率 =采樣頻率 /采樣點(diǎn)數(shù) )。 程序的前面板運(yùn)行結(jié)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(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 前面板的設(shè)計(jì)步驟如下 : (1)新建一個(gè) VI，在前面板上放置一個(gè) 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(gè)輸入控制件 :“信號(hào)頻率 (Hz)”、 “采樣頻率 (Hz)”、 “采樣點(diǎn)數(shù) ”、 “幅值 (v)”和 “占空比 ”(%)。 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 28 頁 共 34 頁 (3)放置一個(gè) “停止 ”按鈕開關(guān)用來結(jié)束程序的運(yùn)行。 2)流程圖設(shè)計(jì) 流程圖的設(shè)計(jì)步驟如下 : 按照路徑在 “Analyze” ﹨ “Signal Processing” ﹨ “Signal Generation”子選項(xiàng)板中分別選擇 “Sine ”、 “ Square ”和 “Triangle ”函數(shù)放入第一個(gè)Case 結(jié)構(gòu)的三個(gè)分支內(nèi)，函數(shù)節(jié)點(diǎn)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(xiàng)板中分別選擇 “Integral x(t).vi”和 “Derivative x(t).vi”函數(shù)放入第二個(gè) Case 結(jié)構(gòu)的兩個(gè)分支內(nèi)。 程序的 流程圖前面板運(yùn)行結(jié)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(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)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(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 30 頁 共 34 頁 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)流程圖，是在綜合了前面所設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。在第一個(gè) Case 結(jié)構(gòu)當(dāng)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(jié)構(gòu)的各個(gè)分支，來實(shí)現(xiàn)波形的產(chǎn)生。第二個(gè) Case 結(jié)構(gòu) 則是應(yīng)用了積分微 分器模塊的結(jié)構(gòu)。將兩個(gè) Case 結(jié)構(gòu) 置于 While 循環(huán)中，便組成了 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)流程圖 。 本虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) ,基于 LabVIEW 這個(gè)軟件開發(fā)平臺(tái)。虛擬函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)參考了常見信號(hào)發(fā)生器的功能 ,在功能上有所擴(kuò)展。儀器主要功能如下 : （ 1） 可產(chǎn)生 實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)公式輸入 ； （ 3） 信號(hào)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(guān)分析； （ 6）可做微分積分分析； 圖 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器總流程圖 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 31 頁 共 34 頁 圖 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的前面板設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的核心。 LabVIEW 程序由兩部分組成 :前面板程序和框圖程序。整個(gè)程序基于多線程設(shè)計(jì) ,即前面板和系統(tǒng)程序各占用一個(gè)線程。虛擬函數(shù)信號(hào)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(biāo) ,如開關(guān)、旋鈕等 ,并以數(shù)字或?qū)崟r(shí)趨勢(shì)圖等各種形式的輸出測(cè)試結(jié)果來模擬真實(shí)儀器的面板。前面板的設(shè)計(jì) ,充分 發(fā)揮了 LabVIEW 的特長(zhǎng) ,即建立了友好的人機(jī)操作界面 ,是虛擬信號(hào)發(fā)生器的最上層。在使用中直接通過鼠標(biāo)和鍵盤設(shè)定信號(hào)的相關(guān)參數(shù)。使用波形顯示器對(duì)輸出波形進(jìn)行觀察和測(cè)量 ,并且可以直接讀出信號(hào)的幅值和頻率。 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)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(tái)，對(duì)虛擬儀器和 LabVIEW 軟件進(jìn)行了介紹 ,并詳細(xì)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(hào)發(fā)生器。虛擬儀器設(shè)計(jì)及實(shí)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(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便。經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn) 表明 ,它能夠產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室常用的正弦波、三角波、方波、鋸齒波信號(hào) ,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(cè)試領(lǐng)域的非周期特殊信號(hào)。本文采用模塊化設(shè)計(jì)方法，詳細(xì)描述了軟件開發(fā)的全過程，分析并解決了設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程中出現(xiàn)的問題，并給出了已實(shí)現(xiàn)的虛擬正弦波仿真信號(hào)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(hào)與系統(tǒng)、自動(dòng)控制理論等專業(yè)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué) 基于 LABVIEW 的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究 第 33 頁 共 34 頁 參考文獻(xiàn) [1] 張愛平 . 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