【正文】 生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡單波形，由于模擬電路的漂移較大，使其輸出的波形的幅度穩(wěn)定性差，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號波形則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。這時(shí)期的信號發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對DAC的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。隨著現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)和信號處理等技術(shù)的發(fā)展，極大促進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)在電子測量儀器中的應(yīng)用，使原有的模擬信號處理逐步被數(shù)字信號處理所代替，從而擴(kuò)充了儀器信號的處理能力，提高了信號測量的準(zhǔn)確度、精度和變換速度，克服了模擬信號處理的諸多缺點(diǎn)，數(shù)字信號發(fā)生器隨之發(fā)展起來。首先，信號發(fā)生器可以分通用和專用兩大類，專用信號發(fā)生器主要為了某種特殊的測量目的而研制的，如電視信號發(fā)生器、脈沖編碼信號發(fā)生器等，這種發(fā)生器的特性是受測量對象的要求所制約的。再次，按其產(chǎn)生頻率的方法又可分為諧振法和合成法兩種。 信號發(fā)生器的分類正弦信號主要用于測量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。低頻信號發(fā)生器：包括音頻（200～20000赫）和視頻 （1赫～10兆赫）范圍的正弦波發(fā)生器。為便于測試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。一般采用 LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。輸出信號可用內(nèi)部或外加的低頻正弦信號調(diào)幅或調(diào)頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。信號通常由帶分布參數(shù)諧振腔的超高頻三極管和反射速調(diào)管產(chǎn)生，但有逐漸被微波晶體管、場效應(yīng)管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢。簡易信號源只要求能加1000赫方波調(diào)幅，而標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器則能將輸出基準(zhǔn)電平調(diào)節(jié)到1毫瓦，再從后隨衰減器讀出信號電平的分貝毫瓦值；還必須有內(nèi)部或外加矩形脈沖調(diào)幅，以便測試?yán)走_(dá)等接收機(jī)。在高頻和甚高頻段用低頻掃描電壓或電流控制振蕩回路元件（如變?nèi)莨芑虼判揪€圈）來實(shí)現(xiàn)掃頻振蕩；在微波段早期采用電壓調(diào)諧掃頻，用改變返波管螺旋線電極的直流電壓來改變振蕩頻率，后來廣泛采用磁調(diào)諧掃頻，以YIG鐵氧體小球作微波固體振蕩器的調(diào)諧回路，用掃描電流控制直流磁場改變小球的諧振頻率。頻率合成式信號發(fā)生器：這種發(fā)生器的信號不是由振蕩器直接產(chǎn)生，而是以高穩(wěn)定度石英振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，利用頻率合成技術(shù)形成所需之任意頻率的信號，具有與標(biāo)準(zhǔn)頻率源相同的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。頻率除用手動(dòng)選擇外還可程控和遠(yuǎn)控，也可進(jìn)行步級式掃頻，適用于自動(dòng)測試系統(tǒng)。用得較多的間接式頻率合成器是利用標(biāo)準(zhǔn)頻率源通過鎖相環(huán)控制電調(diào)諧振蕩器（在環(huán)路中同時(shí)能實(shí)現(xiàn)倍頻、分頻和混頻），使之產(chǎn)生并輸出各種所需頻率的信號。函數(shù)發(fā)生器又稱波形發(fā)生器。頻率范圍可從幾毫赫甚至幾微赫的超低頻直到幾十兆赫。用于產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用模擬信號來測試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。主控振蕩器通常為多諧振蕩器之類的電路，除能自激振蕩外，主要按觸發(fā)方式工作。有的能輸出成對的主脈沖，有的能分兩路分別輸出不同延遲的主脈沖。 噪聲信號發(fā)生器： 完全隨機(jī)性信號是在工作頻帶內(nèi)具有均勻頻譜的白噪聲。噪聲發(fā)生器輸出的強(qiáng)度必須已知，通常用其輸出噪聲功率超過電阻熱噪聲的分貝數(shù)（稱為超噪比）或用其噪聲溫度來表示。例如，用白噪聲作為輸入信號而測出網(wǎng)絡(luò)的輸出信號與輸入信號的互相關(guān)函數(shù)，便可得到這一網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)函數(shù)。當(dāng)二進(jìn)制編碼信號的脈沖寬度墹T足夠小，且一個(gè)碼周期所含墹T數(shù)N很大時(shí)，則在低于fb=1/墹T的頻帶內(nèi)信號頻譜的幅度均勻，稱為偽隨機(jī)信號。二進(jìn)碼信號還能提供相關(guān)測量中所需的時(shí)間延遲。信號發(fā)生器是許多電子設(shè)備特別是測試設(shè)備必備的一部分，用以輸入基準(zhǔn)源信號給被測設(shè)備，通過接收被測設(shè)備返回的信息，來分析研究被檢測設(shè)備的情況。河北聯(lián)合大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第4章 基于虛擬儀器的信號發(fā)生器的設(shè)計(jì) 創(chuàng)建虛擬儀器下面將創(chuàng)建一個(gè)VI，該VI產(chǎn)生一個(gè)信號并在圖形中顯示出來。在這個(gè)窗口中可創(chuàng)建新VI、選擇最近打開的 LabVIEW文件、查找范例以及打開LabVIEW幫助。按照下列步驟，創(chuàng)建一個(gè)生成信號并在前面板中顯示該信號的VI。在啟動(dòng)窗口中單擊新建或基于模板的VI鏈接，顯示新建對話框。 該VI模板可生成并顯示信號。 圖2為新建對話框以及“生成和顯示”VI模板的預(yù)覽。也可通過在新建列表中雙擊VI模板的名稱來創(chuàng)建基于該模板的VI。在程序框圖窗口中，把鼠標(biāo)放在方針信號上，右擊鼠標(biāo)，單擊屬性，可以配置仿真信號，如圖3所示。同時(shí)還可以設(shè)置頻率，相位，幅值，偏移量等。如要停止VI，單擊程序框圖或者前面板中的停止按鈕 ，或者單擊前面板上的停止按鈕。許多物理儀器都具有旋鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕將改變輸入值。在前面板或程序框圖中的任意空白處右鍵單擊，也可顯示臨時(shí)的控件或函數(shù)選板。如Express子選板未顯示，單擊控件選板上的Express可顯示Express子選板。圖4 控件選板 將光標(biāo)移至Express子選板，找到數(shù)值輸入控件。單擊數(shù)值輸入控件子選板上的旋鈕控件，當(dāng)旋鈕控件附著在光標(biāo)上時(shí)，將其放置在前面板上波形圖的左側(cè)。鼠標(biāo)放在旋鈕控件上，右擊，單擊屬性，可以對旋鈕控件的各項(xiàng)信息進(jìn)行設(shè)置，如設(shè)置旋鈕名稱，標(biāo)尺顏色，指針顏色等。將旋鈕控件分別與程序框圖中的幅值，相位，頻率，偏移量等信息進(jìn)行連線，就可以在前面板中通過旋鈕控件調(diào)節(jié)信號的上述信息。圖5 正弦信號發(fā)生器的程序框圖圖6 正弦信號發(fā)生器的前面板 修改信號在程序框圖中，通過添加一些控件可以在改變前面板上的圖形。將鼠標(biāo)放在“公式”上右擊，單擊屬性，彈出“配置公式”對話框，可以在這個(gè)對戶框中對公式進(jìn)行配置，將標(biāo)簽X1改為正弦波，在輸入框中可以對該正弦波進(jìn)行運(yùn)算，如圖7所示，單擊確定，完成對公式的配置。圖8 公式正弦波的程序框圖在程序框圖或者前面板中單擊運(yùn)行按鈕，將會(huì)在前面板中顯示兩個(gè)正弦波，通過圖形顯示控件的右上方會(huì)顯示圖形的名字，把鼠標(biāo)放在其上邊緣，當(dāng)鼠標(biāo)變成雙箭頭時(shí)想上拉，就會(huì)顯示生成的兩個(gè)正弦波的名字，分別為正弦和正弦（formula result）,前者表示未經(jīng)公式的信號，后者表示經(jīng)過公式后生成的信號，前面板的波形圖如圖9所示。本節(jié)主要講述多功能虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)，由最簡單的一個(gè)窗口顯示兩個(gè)類型的信號著手，以下稱此信號發(fā)生器為“信號發(fā)生器1”，進(jìn)而由這個(gè)簡單的信號發(fā)生器進(jìn)行改進(jìn)，由兩個(gè)窗口分別顯示兩路信號，在另一個(gè)窗口中可以實(shí)現(xiàn)任意兩路信號的疊加，以下稱此信號發(fā)生器為“信號發(fā)生器2”。以下的敘述稱此信號發(fā)生器為“信號發(fā)生器3”。用這三種信號發(fā)生器的功能來說明虛擬儀器的特點(diǎn)，虛擬儀器和現(xiàn)實(shí)的儀器相比，具有更大的優(yōu)勢。要設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬信號發(fā)生器首先要進(jìn)行前面板的設(shè)計(jì)，前面板的設(shè)計(jì)主要要考慮到所要設(shè)計(jì)的信號發(fā)生器要實(shí)現(xiàn)什么功能，再根據(jù)這些功能，在控件選板中選擇相應(yīng)得控件，放在前面板相應(yīng)的位置上，擺放也有一定的講究，使前面板看起來比較協(xié)調(diào)。后面板的設(shè)計(jì)主要用到函數(shù)模板，根據(jù)本程序要實(shí)現(xiàn)的功能，在函數(shù)選板中選擇相應(yīng)的函數(shù)，由于需要?jiǎng)討B(tài)的現(xiàn)實(shí)波形，所以需要while循環(huán)結(jié)構(gòu)和條件循環(huán)結(jié)構(gòu)?！靶盘柊l(fā)生器1”的設(shè)計(jì)由于“信號發(fā)生器1”是能夠在一個(gè)圖形窗口中同時(shí)顯示兩路不同的信號，所以“信號發(fā)生器1”的前面板必須設(shè)有一個(gè)波形顯示窗口用于顯示兩路不同的信號。由于要選擇任意兩路信號波形，所以要添加兩個(gè)下拉列表來選擇不同的信號類型，信號類型包括正弦波、方波，三角波和鋸齒波四種。運(yùn)行著的程序顯示的是動(dòng)態(tài)的波形。綜上所述，“信號發(fā)生器1”的前面板應(yīng)該包括1個(gè)波形顯示窗口、4個(gè)旋鈕、2個(gè)信號選擇窗口和1個(gè)停止按鈕。圖10 設(shè)置文本下拉列表的名稱圖11 添加文本下拉列表的內(nèi)容圖12 “信號發(fā)生器1”的前面板 LabVIEW軟件中包括很多種模塊，用戶可以從軟件中調(diào)用任意的模塊供用戶使用。用這個(gè)模塊可以很方便地設(shè)計(jì)信號發(fā)生器?；竞瘮?shù)發(fā)生器如圖13所示。前面已經(jīng)說明，此信號發(fā)生器可以在一個(gè)窗口中同時(shí)顯示兩路信號。對兩個(gè)模塊分別對應(yīng)頻率、幅值的輸入控件，用于控制兩路信號的頻率和幅值。再將這兩個(gè)基本信號發(fā)生器的輸出進(jìn)行合并，兩個(gè)信號的合并可以通過“與”控件來實(shí)現(xiàn)。到此為止，信號發(fā)生器的程序已經(jīng)能夠產(chǎn)生信號，并且可以在波形顯示器中顯示出來了。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)。 圖14 “信號發(fā)生器1”的程序框圖“信號發(fā)生器2”的設(shè)計(jì)與“信號發(fā)生器1”相比，“信號發(fā)生器2”是在兩個(gè)窗口中顯示兩種不同的信號，這樣便于觀察信號，在第三個(gè)窗口中顯示前兩個(gè)窗口中信號疊加后的波形。用于相加的兩種信號的頻率和幅值可調(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中信號的頻率和幅值以及窗口2中信號的頻率和幅值。“信號發(fā)生器2”可以隨時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種信號的疊加，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)信號的疊加。反之，則第3個(gè)窗口不顯示任何波形?！靶盘柊l(fā)生器2”前面板如圖15所示。另外要添加信號類型選擇框用于信號類型的選擇。由于要用到開關(guān)來控制何時(shí)進(jìn)行兩路信號相加的操作，在程序窗口中添加條件結(jié)構(gòu)。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，邏輯與的輸出信號就是兩路信號疊加后的波形。將邏輯與的輸出，用連線接至波形顯示窗中。在條件循環(huán)框中實(shí)現(xiàn)對兩個(gè)信號進(jìn)行相加。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。圖16 “信號發(fā)生器2”的程序框圖“信號發(fā)生器3”的設(shè)計(jì)“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(guān)、互相關(guān)。下面對“信號發(fā)生器3”的前面板進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三個(gè)窗口用于顯示信號的經(jīng)過卷積和相關(guān)控件后的波形。 “信號發(fā)生器3”的前面板設(shè)計(jì)如圖18所示?；竞瘮?shù)發(fā)生器中默認(rèn)的可供選擇的信號有正弦波、方波、三角波和鋸齒波。 “信號發(fā)生器3”的程序如圖19所示。“信號發(fā)生器2”可以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)窗口中分別顯示信號，信號的頻率和相位可調(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。本章通過設(shè)計(jì)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(qiáng)大的儀器設(shè)計(jì)功能。第二部分是全文的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)了多功能信號發(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。在設(shè)計(jì)信號發(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)信號的卷積。 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。通過選擇信號類型，虛擬信號發(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。通過本設(shè)計(jì)，深刻地認(rèn)識到了虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)代儀器發(fā)展的重要發(fā)展方向。由于課題時(shí)間較倉促，加上缺乏編程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)準(zhǔn)備知識，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)。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。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