虚拟信号发生器(labview)
4 系统总体的设计及实现
4.1 系统框架和设计流程
4.1.1程序框图的设计流程
用LABVIEW设计虚拟信号发生器的主要步骤是在设计程序框图上，图4.1是设计程序框图的主要流程。
图4.1 程序框图的设计流程
4.1.2系统设计
设计信号发生器的主要任务是设计程序框图和前面板，在设计这两部分中若没有出现数据类型不匹配、控件的属性设置等问题，再跟硬件连接，看是否可以产生各种信号，并且能被数字示波器采集到，并在硬件允许的范围内体现比现有信号发生器更宽泛的信号范围。
4.2 系统具体应用程序
按系统的总体要求，可以分为两部分来设计，一个是基本波形的系统设计，如正弦波，方波，三角波和锯齿波，另一个是基于数字脉冲的PWM波设计。
4.2.1程序框图的具体设计步骤
利用LABVIEW设计一个系统，其中的主要部分是程序框图的设计，以下就是程序框图设计的基本过程。
1）创建虚拟通道，可以根据输出的波形的类型来设置物理通道的性质，并可以设置波形的一些基本参数。图4.2是输出基本波形的通道，图4.3是输出PWM波的通道。
图4.2 基本波形虚拟通道
图4.3 PWM波虚拟通道
2）设置基本波形的缓冲区和采样时钟，缓冲区中则可以对信号的频率、幅值、采样值、波形类型等进行设置，采样时钟设为模拟。本设计中的PWM波是基于计数器产生的，采样时钟则是设置成计数器（隐式）。时钟采样方式均设置为连续采样。图4.4是基本信号的时钟，图4.5则是PWM波的时钟。
图4.4 基本波形信号时钟
图4.5 PWM波信号时钟
3）基本信号发生器需要先设置模拟信号的通道数及采样数，然后运行，PWM 波则是则是在设置好波形参数和时钟后可以直接运行。
图4.6 基本信号波形运行
图4.7 PWM波运行
4）运行后，需要不断循环该程序，则在两个程序后都添加循环程序，并可以根据用户的需求随时按下停止按钮。在程序停止后，添上任务清除控件，若有错误产生，则在最后加上可以提示错误的错误对话框。具体程序如图4.8所示。
图4.8 循环及清除程序
4.2.2基本波形信号发生器
系统采用的是USB6211采集卡，由于该卡支持DAQmx驱动程序，所以本设计是直接使用DAQmx-Data Acquisition开发的。在这部分中，主要是采集参数的设置，其中包括物理通道的选择，采样模式、采样率、每通道采样数、每缓冲的循环次数的配置，采样最大最小值、预设频率、幅值、波形类型的设置。具体程序见图4.9。
图4.9 基本信号发生器程序
该程序运行时的具体步骤如下：
1）先创建一个模拟输出的电压任务。
2）以波形缓冲区的采样速率为基础来设定采样时钟速率，采样模式设置为连续采样模式。
3）给输出缓冲区编写波形。
4）开始运行任务。
5）不断循环，直到用户按下停止按钮，每100毫秒查核错误，看任务是否完成。
6）调用清除任务来清除任务，若出现错误，则使用弹出对话框显示错误或警告。
在设计好程序之后，图4.10是基本信号发生器程序所对应的前面板，分别显示了波形参数，采样参数，物理通道参数和输出波形等控件，可以很方便地进行参数调节，物理通道修改和观察输出波形是否出现失真或噪声。
图4.10 基本信号发生器前面板
4.2.3PWM波信号发生器
脉宽调制(PWM)信号可以使用计数器或数字I/O输出等数字信号来产生，或者也可以利用任意波形发生器或RF信号发生器之类的模拟信号来产生。NI很多的多功能数据采集(DAQ)设备都可以用来产生脉宽调制(PWM)信号。该设计的PWM波是基于USB6211的计数器来设计的。图4.11是PWM波信号发生程序。
图4.11 PWM波信号发生程序
该程序运行时的具体步骤如下：
1）先创建一个计数器的输出通道，在一个频率范围内产生脉冲。如果脉冲空闲状态设置为低信号，则生成的第一个转换是从低电平到高电平。
2）使用DAQmx的定时（隐式）来配置的脉冲产生的时间。
3）调用Start，并开始产生脉冲序列。
4）不断循环，直到用户按下停止按钮，每100毫秒查核错误，看任务是否完成。
5）调用清除任务来清除任务，若有错误出现，使用弹出对话框显示错误或警告。
该程序所对应的前面板如图4.12所示，显示了PWM的基本参数，可以很方便地修改波形的计数器通道、频率、占空比等波形输出条件。
图4.12 PWM波信号发生前面板
4.3硬件连接调试
在分别完成基本信号发生器和PWM波信号发生器的前面板和程序框图后，需要与硬件连接，设置物理通道，然后运行，看是否可以输出符合实验要求的波形。
连接数据采集卡USB6211到电脑上，在系统提示可以使用后，打开LABVIEW 程序，按照实验要求选择合适的物理通道和合适的波形参数，开始运行，并用示波器采集信号，观察是否有信号被采集到。
在数字示波器采集到正确的波形后，说明该系统的设计是正确的。
4.4整体程序的具体实现
在设计完两部分程序后，因为两个程序中所涉及的物理通道不同，所以需要用条件结构将它们组合在同一个程序框图中，通过条件语句的真假转换按钮来分别运行两个程序，也可以更方便地进行程序修改。图4.13、图4.14是分别是组合后的程序框图。
图4.13总程序框图——基本波形
图4.14总程序框图——PWM波形LABVIEW提供了非常丰富的图形界面来进行前面板的设计，波形图能非常清楚而且实时显示虚拟信号发生器所产生的波形信号，所以将以上两个程序的前面板组合在一起，并填充上颜色，使其更接近一个真实信号发生器的操作面板。图 4.15的前面板就是由两个程序的前面板所组合成的。
图4.15 总程序前面板
