虛擬儀器課程設(shè)計---任意波形發(fā)生器

1、<p>　　《虛擬儀器課程》課程設(shè)計</p><p>　　題 目：任意波形發(fā)生器 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、labVIEW介紹………………………………………………………….2</p><p>　　二、 任意波形發(fā)生器的設(shè)計………………

2、…………………..3</p><p>　　2．1小組任務(wù)分配…………………………………………………………..3</p><p>　　2．2 儀器功能描述………………………………………………………….4</p><p>　　2．3任意波形發(fā)生器發(fā)生器的前面板……………………………………..4</p><p>　　2．4任意波形發(fā)生器的程序框圖構(gòu)

3、成…………………………………….5</p><p>　　2.5 波形產(chǎn)生設(shè)計………………………………………………………….5.</p><p>　　2.6聲音采樣模塊設(shè)計……………………………………………………….10.</p><p>　　2.7停止模塊設(shè)計……………………………………………………………..11</p><p>　　三、設(shè)計

4、小結(jié)……………………………………………………12</p><p>　　一、labVIEW介紹</p><p>　　LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorkbench，實驗室虛擬儀器集成環(huán)境)是一個基于G（Graphic）語言的圖形編程開發(fā)環(huán)境，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界中廣泛用作開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、儀器控制軟件和分析軟件的標(biāo)準(zhǔn)語言，對

5、于科學(xué)研究和工程應(yīng)用來說是很理想的語言。它含有種類豐富的函數(shù)庫，科學(xué)家和工程師們利用它可以方便靈活地搭建功能強(qiáng)大的測試系統(tǒng)。LabVIEW編程語言最主要的兩個特點是圖形化編程和數(shù)據(jù)流驅(qū)動：</p><p><b>　?。?）圖形化編程</b></p><p>　　LabVIEW與Visual C++、Visual Basic、LabWindows/

6、CVI等編程語言不同，后幾種都是基于文本的語言，而LabVIEW則是使用圖形化程序設(shè)計語言G語言，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼，編程的過程即是使用圖形符號表達(dá)程序行為的過程，源代碼不是文本而是框圖。一個VI有三個主要部分組成：框圖、前面板和圖標(biāo)／連接器?？驁D是程序代碼的圖形表示。 </p><p>　　LabVIEW的框圖中使用了豐富的設(shè)備和模塊圖標(biāo)，與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過程和思維

7、過程非常的相似。多樣化的圖標(biāo)和豐富的色彩也給用戶帶來不一樣的體驗和樂趣。</p><p>　　前面板是VI的交互式用戶界面，外觀和功能都類似于傳統(tǒng)儀器面板，用戶的輸入數(shù)據(jù)通過前面板傳遞給框圖，計算和分析結(jié)果也在前面板上以數(shù)字、圖形、表格等各種不同方式顯示出來。</p><p>　　圖標(biāo)是VI的圖形符號，連接器則用來定義輸入和輸出，每一個VI都有圖標(biāo)和連接器。用戶要做的工作就是恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置參數(shù)

8、，并連接各個子VI。編程一般步驟就是使用鼠標(biāo)選取合適的模塊、連線和設(shè)置參數(shù)的過程，與煩瑣枯燥的文本編程相比更為簡單、生動和直觀。 </p><p>　　如果將虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器作一類比，前面板就像是儀器的操作和顯示面板，提供各種參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)的顯示，框圖就像是儀器內(nèi)部的印刷電路板，是儀器的核心部分，對用戶來講是透明的，而圖標(biāo)和連接器可以比作電路板上的電子元器件和集成電路，保證了

9、儀器正常的邏輯和運算功能。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)流驅(qū)動</b></p><p>　　宏觀上講，LabVIEW的運行機(jī)制已不再是傳統(tǒng)上的馮·諾伊曼式計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。傳統(tǒng)計算機(jī)語言（如C語言）中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機(jī)制所代替。本質(zhì)上講它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式，程序中的每一個函數(shù)節(jié)點只有在獲得它的全部輸

10、入數(shù)據(jù)后才能夠被執(zhí)行。既然LabVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動的，數(shù)據(jù)流程序設(shè)計規(guī)定，一個目標(biāo)只有當(dāng)它的所有輸入有效時才能夠被執(zhí)行；而目標(biāo)的輸出只有當(dāng)它的功能完全時才是有效的。于是LabVIEW中被連接的函數(shù)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序那樣受到行順序執(zhí)行的約束。我們可以通過相互連接函數(shù)節(jié)點簡潔高效地開發(fā)應(yīng)用程序，還可以有多個數(shù)據(jù)通道同步運行，即所謂的多線程。</p><p>　　在LabVIEW

11、中單擊加亮執(zhí)行（Highlight Execution）按鈕，即可以動畫方式演示框圖的執(zhí)行過程，可以觀察到數(shù)據(jù)流流動的方式，數(shù)據(jù)以有色小圓點表示，在各種不同顏色（代表不同數(shù)據(jù)類型）的連線上流動。</p><p>　　二、 任意波形發(fā)生器的設(shè)計</p><p><b>　　2．1小組任務(wù)分配</b></p><p>　　一（周林）：基本波形源程序

12、設(shè)計：正旋波、方波、鋸齒波、三角波</p><p>　　二（李通成）：自定義波形和停止模塊設(shè)計</p><p>　　三（李倩）聲音采樣模塊設(shè)計</p><p>　　四（黃杏）程序前面板總體的設(shè)計和程序調(diào)試</p><p>　　2．2 儀器功能描述</p><p>　　任意波形發(fā)生器就是利用采集卡的模擬輸出功能來連續(xù)產(chǎn)生

13、一些設(shè)定好的信號，相對于傳統(tǒng)信號發(fā)生器，它具有更加豐富的功能。本儀器功能主要包括四類基本函數(shù)信號一——正弦波、方波、三角波、鋸齒波的輸出和通過函數(shù)輸出產(chǎn)生任意波形，實現(xiàn)輸出波形的偏置量、電壓幅度和頻率的控制等功能。</p><p>　　2．3任意波形發(fā)生器發(fā)生器的前面板</p><p>　　本任意波形發(fā)生器主要由一塊PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡和相應(yīng)的軟件組成。將它們安裝在一臺運行Wind

14、owsxp的PC機(jī)上。即構(gòu)成一臺功能強(qiáng)大的函數(shù)信號發(fā)生器。</p><p>　　本任意波形發(fā)生器的前面板主要由以下幾個部分構(gòu)成：頻率控制，波形選擇,輸出頻率調(diào)節(jié)，偏移量控制、設(shè)備ID、輸出波形幅度控制按鈕，和聲音控制包括采樣頻率、采樣比特數(shù)、通道數(shù)。</p><p>　　圖2-1 函數(shù)信號發(fā)生器的前面板</p><p>　　2．4任意波形發(fā)生器的程序框圖構(gòu)成<

15、;/p><p>　　本任意波形發(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(jī)，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)。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。</p><p>　　圖2.2 任意波形發(fā)生器的程序框圖</p><p>　　2.5 波形產(chǎn)生設(shè)計</p><p

16、>　　波形產(chǎn)生模塊是任意波形發(fā)生器軟件的核心。利用該模塊可實現(xiàn)正弦波、方波、鋸齒波、三角波等波形。利用軟件產(chǎn)生波形的一個最大的優(yōu)點是使儀器的成本大大降低， 而且使儀器小型化，智能化。</p><p>　　正弦波源程序如下圖所示</p><p>　　圖2.3正弦波源程序框圖</p><p>　　可以通過界面的頻率選型修改頻率大小，通過幅值修改輸出幅值大小，加入了

17、停止按鈕，其運行程序如圖</p><p>　　圖2.4正弦波運行圖</p><p>　　方波源程序如下圖所示</p><p>　　圖2.5方波源程序框圖</p><p><b>　　圖2.6方波運行圖</b></p><p>　　鋸齒波源程序如下圖所示</p><p>　　

18、圖2.7鋸齒波源程序框圖</p><p>　　圖2.8鋸齒波運行圖</p><p>　　三角波源程序如下圖所示</p><p>　　圖2.9三角波源程序框圖</p><p>　　圖2.10三角波運行圖</p><p>　　在自定義框中輸入函數(shù)，運行的波形：</p><p>　　圖2.11函數(shù)si

19、n（3*w*t）的波形運行圖</p><p>　　2.6聲音采樣模塊設(shè)計：</p><p>　　聲音采樣模塊包括：采樣率、采樣比特數(shù)、通道數(shù)。</p><p>　　圖2.12采樣模塊的源程序框圖</p><p>　　圖2.13聲音采樣模塊子vi的前面板</p><p>　　2.7停止模塊設(shè)計：</p>&

20、lt;p>　　當(dāng)單擊“停止”按鈕，主體程序運行結(jié)束后，就進(jìn)入到將采集卡模擬輸出通道的輸出置零，主要是保護(hù)數(shù)據(jù)采集卡。</p><p>　　任意波形發(fā)生器的“停止”框圖如圖所示，</p><p>　　圖2.14停止模塊程序框圖</p><p><b>　　三、設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　任意波形發(fā)生器的功能

21、總結(jié)　　 一種強(qiáng)有力的工具：</p><p>　　1、可仿真復(fù)雜的實際信號；</p><p>　　2、 產(chǎn)生使用者設(shè)定的復(fù)雜波形；</p><p>　　3、 具有標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)信號源的功能；</p><p>　　4、 產(chǎn)生的波形可以修改；</p><p>　　5、功能強(qiáng)大：脈沖/脈沖序列發(fā)生器、調(diào)制信號源、噪聲發(fā)生器、掃頻

22、信號、觸發(fā)信號；</p><p>　　6、計算機(jī)通信能力，軟件功能強(qiáng)大。</p><p>　　這次虛擬儀器課程設(shè)計的題目是實現(xiàn)基于LabVIEW的任意波形發(fā)生器。此次課程設(shè)計是我在繼課堂學(xué)習(xí)書本上的虛擬儀器知識后，再一次并且更加深入的了解到虛擬儀器的基本使用方法和運用原理，檢測我們學(xué)習(xí)成果的綜合性應(yīng)用能力，它不僅要求我們有扎實的專業(yè)理論知識和實踐操作能力，更要求我們有嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精

23、神。通過自己的動手和思考，感覺獲益良多。在設(shè)計中我就更切身體會到虛擬儀器這種儀器的高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價比高、可操作性好等明顯優(yōu)點。 </p><p>　　這次實驗讓我明白了虛擬儀器這門課程的重要性?？傊?，虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，及其在測控領(lǐng)域中的應(yīng)用，是對傳統(tǒng)測控方式的一場革命。應(yīng)用LabVIEW作為虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，為開發(fā)高性能的計算機(jī)測控系統(tǒng)提供了極大的便利。測控方式的網(wǎng)絡(luò)化，是未來

24、測控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，通過建立分布式網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)，能夠充分利用現(xiàn)有資源和網(wǎng)絡(luò)帶來的種種優(yōu)勢，實現(xiàn)各種資源最有效合理的配置。應(yīng)用分布網(wǎng)絡(luò)測控，可以進(jìn)行多點測量，多點分析處理。這樣既可以充分發(fā)揮服務(wù)器控制測試儀器的接口能力，又能發(fā)揮客戶機(jī)數(shù)據(jù)處理能力，而且便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。遠(yuǎn)程虛擬儀器可以使信息的采集、傳輸和處理一體化，使許多昂貴的測試設(shè)備得以共享。尤其是運用在遠(yuǎn)程教育上更能發(fā)揮出更高的性價比。</p><p>&l

25、t;b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 龍華光 顧永剛 .LabVIEW 8.2.2與DAQ數(shù)據(jù)采集.清華大學(xué)出版社,2008.08. </p><p>　　[2] 楊樂平 李海濤 楊磊.LabVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社,2002.01. </p><p>　　[3] 楊樂平 肖相生.LabVIEW程序設(shè)計