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基于LabVIEW的虚拟信号发生器设计

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《虚拟仪器》设计说明书 基于LabVIEW的虚拟信号发生器设计

院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 罗万里 指导教师： 夏 鑫 职称 讲师 专 业： 自动化 班 级： 自本1001班 完成时间： 2013年12月24日 I

目 录 第1章 虚拟仪器技术 .................................................................................................. 1 1.1 虚拟仪器的概念 ................................................................................................... 1 1.2 虚拟仪器的优势 ................................................................................................... 1 1.3 虚拟仪器的发展方向 ........................................................................................... 2 1.4 图形化虚拟仪器开发平台——Labview 简介 ................................................... 2 1.5 本章小结 ............................................................................................................... 3 第2章 基于声卡的虚拟信号发生器的设计 .............................................................. 4 2.1 设计思路 ............................................................................................................... 4 2.2 函数信号发生器程序的设计 ............................................................................... 4 2.2.1 前面板 ............................................................................................................ 4 2.2.2 全部程序框图 ................................................................................................ 5 2.2.3 波形选择和指示灯显示的程序 .................................................................... 5 2.2.4 频率选择的程序 ............................................................................................ 6 2.2.5 输出衰减程序 ................................................................................................ 6 2.2.6 信号产生程序 ................................................................................................ 7 2.2.7 基于声卡的子VI的使用 .............................................................................. 7 2.3 测试情况和结果分析 ........................................................................................... 7 结论与展望 .................................................................................................................. 10 参考文献 ...................................................................................................................... 11 致谢 .............................................................................................................................. 12 1

第1章 虚拟仪器技术 1.1 虚拟仪器的概念 虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)的概念是由美国国家仪器公司(NI)在20世纪80年代最早提出的。虚拟仪器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其核心的思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以便最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测试系统到以软件为中心的测试系统的根本性转变。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响。 虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和在线帮助功能，建立虚拟仪器面板，完成对仪器的控制，数据分析与显示，代替传统仪器，改变传统仪器的使用方式，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器价格，使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能。

1.2 虚拟仪器的优势 1、性能高 虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。 2、扩展性强 NI的软硬件工具使得我们不再受限于当前的技术中。这得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。在利用最新科技的时候，我们可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。 3、开发时间少 在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器 传统仪器与虚拟仪器构成比较仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使我们轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。 4、无缝集成 虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设 2

备总是要耗费大量的时间。NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助我们轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。

1.3 虚拟仪器的发展方向 虚拟仪器作为新兴的仪器仪表，其优势在于用户可自行定义仪器的功能和结构等，且构建容易、转换灵活，它已广泛应用于电子测量、声学分析、故障诊断、航天航空、机械工程、建筑工程、铁路交通、生物医疗、教学及科研等诸多方面。 随着计算机软硬件技术、通信技术及网络技术的发展，给虚拟仪器的发展提供了广阔的天地，国内外仪器界正看中这个大市场。测控仪器将会向高效、高速、高精度和高可靠性以及自动化、智能化和网络化的方向发展。开放式数据采集标准将使虚拟仪器走上标准化、通用化、系列化和模块化的道路。 虚拟仪器作为教学的新手段，已慢慢地走进了电子技术的课堂和实验室，正逐渐改变着电子技术教学的传统模式，这也是现代教育技术发展的必然。在电工电子实验室的建设中，实验室常规设备有的已经老化，有的技术上有些落后，在当前学校经费较少的情况下，如果配置常规仪器、仪表，学校财力难以支付，也不符合目前学校的实际。而且，随着测试仪器的数字化、计算机化的发展趋势，传统测试仪器渐渐有被取代的趋势。如果运用虚拟仪器技术，以微机为基础，构建集成化测试平台，代替常规仪器、仪表，不但满足电工电子实验教学的需要，而且将这批微机可作为其他有关计算机课程教学用机，大大提高了设备利用率，降低了实验室建设的成本。当前应该解决的是如何使虚拟仪器和现有仪器配合，挖掘现有仪器的潜力，达到逐步淘汰和取代传统仪器的目的。 总之，虚拟仪器有很广阔的发展空间，并最终要取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品，成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心。

1.4 图形化虚拟仪器开发平台——Labview 简介 Labview是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (实验室虚拟仪器集成开发环境)的简称，是由美国国家仪器公司(National instruments, IN)创立的一个功能强大而又灵活的仪器和分析应用开发工具。Labview是一种图形化的编程语言，主要用来开发数据采集，仪器控制及数据处理分析等软件，功能强大。目前，该开发软件在国际测试、测控行业比较流行，在国内的测控领域也得到广泛应用。函数信号发生器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。本文将结合一个虚拟函数信号发生器的设计实现具体介绍基于图形化编程语言Labview的虚拟仪器编程方法与实现技术。 Labview是基于数据流的编译型图形编程环境，可以在不同操作系统下保持兼容，为数据的采集、分析、显示提供集成的开发工具，而且还可以通过DDE和TCP/TP实现共享，节约了80%的程序开发时间，而速度几乎不受影响。事实上，Labview已经成为图形化编程语言的工业标准。Labview不同于基于文本的编程语言（如Fortran和C），他是一种图形编

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基于labview的虚拟函数信号发生器的设计—外文翻译_学位论文

基于labview的虚拟函数信号发生器的设计—外文翻译_学位论文

中文1963字Labview-based virtual function Signal GeneratorV Marozas, R Jurkonis1 IntroductionSince 1986, the U.S. NI (National Instrument) companies to the concept of virtual instrumentation, along with computer technology and measurement technology, virtual instrument technology has also been developed rapidly. Virtual instrument means: use of the existing PC, with a specially designed instrument hardware and proprietary software, the formation of the basic functions of both the ordinary instrument, there are usually no special equipment features of the new instrument. Compared with the traditional instruments of its features are: better measurement accuracy and repeatability; measurement speed; system set up time is short; instrument function defined by the user; scalability; technical updates and quick. Virtual instrument software as the core, the software company Youyi U.S. NI Labview virtual instrument software development platform most commonly used. Labview is a graphical programming language, mainly used to develop data acquisition, instrument control and data processing and analysis software, and powerful. Currently, the development of software in the international test, measurement and control industry, popular, measurement and control areas in the country has also been widely used. Function Generator is a scientific research and engineering design in a widely used general-purpose equipment. The following function signal generator with a virtual design and development of specific description is based on graphical programming language Labview virtual instrument programming and implementation of technology.2 virtual function signal generator structure and composition2.1 Virtual Function Generator front panelThis virtual function signal generator mainly consists of a PCI bus, multi-function data acquisition card and appropriate software. Them installed on a PC running Windows95/98/2000/NT the machine, shall constitute a powerful function of signal generator. The design of the virtual function signal generator reference signal generator SG 1645 power functions, front panel shown in Figure 1.Figure 1 virtual function signal generator front panelThe function generator's front panel function of the following components: instrument control button, the output frequency control window (including the frequency of display units), frequency fold into control, waveform selection, frequency tuning button, dc bias, square wave accounts for Air ratio adjustment, the output waveform amplitude control buttons. Frequency tuning range: 0.1 ~ 1 Hz; DC bias: -10 ~ 10V; square wave duty cycle: 0 to 100%; output waveform range: 0 ~ 10V. Also increased the number of modification of voltage-controlled components such as panel input count input, synchronous output, voltage output. Modification of the use of these components is intended to increase the aesthetics of the instrument, and as far as possible with real instruments consistent user interface2.2 Virtual Function Signal Generator hardware structureThis virtual function signal generator hardware input and output data acquisition card and a certainconfiguration requirements of the PC, the data input and output depend on input data acquisition card, the definition of output achieved. This design uses the PCI-1200 data acquisition card is a good cost-effective products, with the D / A conversion functions, can generate the digital signals into analog signals and digital-analog converter and high precision, but also has filtering capabilities, which Smooth the output waveform. It supports the unipolar and bipolar analog signal input, the signal input ranges of -5 ~ +5 V and 0 ~ 10V. Provide 16 single-ended / 8 differential analog input channels, 2 independent of the DA output channels, 24-line TTL digital I / O, 3 16-bit timer counters and other features. Some of the hardware interface for data input or output channel settings. Some of the hardware interface block diagram shown in Figure 2:Figure 23 Virtual Function Signal Generator Design and ImplementationSome use professional LabVIEW6i software virtual instrument graphical development tools. Virtual function signal generator output waveform mainly in software production and the output signal frequency display. Changes in the frequency of the output waveform is a concrete realization of data acquisition waveform data written to the buffer among the buffers by setting the update frequency (to change the internal clock frequency) to achieve the output data frequency. The process is mainly in the use of Labview data acquisition sub-module of the AO START function modules. Function from the implementation point of view, this design features a virtual function signal generator structure includes two modules: Module waveform generator (FG module) and frequency change control unit (DISPLAY) module. Waveform generator module and call FGEN module. FGEN module for the digital waveform generator module.Digital waveform generator module 3.1Waveform generated virtual function signal generator module is the core of the software. The module can be realized using sine, square, sawtooth, triangle and other waveforms. Sine wave generation principle is by calling the sin (x) function to implement. In this design, the design of each component sine wave cycle from 1000, using similar language in the For loop C as x assignment, so that the implementation of a For loop, you can generate a cycle of sine wave generating the data needed, and then use While Circulation, make the program repeatedly executed, can be continuously output sine wave. Square wave, sawtooth, triangle and sine wave generation theory produce similar principles are achieved through the mathematical sequence of numbers representative of the waveform. Compared with the analog signal, generated using the software method of digital waveform sequence although there are some errors, but the election cycle as long as a sufficient number of points, you can make errors to a minimum, the least impact on the results. Waveform generated by the software one of the biggest advantage is greatly reduced the cost of the instrument and the instrument of small intelligent. Waveform generator module's front panel shown in Figure 3, waveform generation module block diagram shown inFigure 3Change of 3.2 unit of frequency control moduleWhen the output frequency dynamic range is large, with a single spin button control, due to a small rotation angle, you will have a greater change in the frequency, to the frequency of accurate Shezhi brought greater Kunnan, and frequency by using a knob Times by combining the output frequency can greatly improve the control accuracy. In order to improve control accuracy of the output frequency, which in this design, by using the unit of frequency change control module, the output control accuracy can be achieved 0.001Hz. The module's front panel shown in, the module block diagram shown in Figure 4 .Figure 44 Total Results:As a Labview graphical programming software development and testing system is a powerful, convenient and efficient programming tools. Similarity between the good, open, exclusive, making the test development cycle is short, low cost and high quality. Labview-based virtual machine interaction with the function signal generator is good, easy to operate and so on, to a wide range of applications and in scientific research, production and other fields.1 Pan H Z, et al. LabVIEW-based virtual Function Signal Generator[J] . Control Enginerring Practice,2. Evans P D, Brown D. Simulation of brushless DC drives[c] ．IEE Proceedings B, Electric Power Applications，137(5) : 299-308．3. RenéSpée, Alan K. Wallace and Joel Davis. Modeling of brushless dc drive systems with pulse-width modulated excitation[J], Mathematical and Computer Modelling, Volume 11, 1988, Pages 1166-1171.4. Jawad Faiz, M. R. Azizian and M. Aboulghasemian-Azami. Simulation and analysis of brushless DC motor drives using hysteresis, ramp comparison and predictive current control techniques[J], Simulation Practice and Theory, Volume 3, Issue 6, 15 January 1996, Pages 347-363.5. J. Figueroa, C. Brocart, J. Cros and P. Viarouge. Simplified simulation methods for polyphase brushless DC motors[J]. Mathematics and Computers in Simulation, Volume 63, Issues 3-5, 17 November 2003, Pages 209-224.6. J. Shao, D. Nolan, and T. Hopkins. A Novel Direct Back EMF Detection for Sensodess Brushless DC (BLDC) Motor Drives[C]. Applied Power Electronic Conference (APEC 2002), 2002: 33-38.7. Doo-Hee Jung and In-Joong Ha. Low Cost Sensorless Control of Brushless DC Motors Using a Frequency Independent Phase Shifter [J]．IEEE Transactions on power electronic, 2000, 15: 744-752.8. Kuang-Yao Cheng and Ying -Yu Tzou. Design of a Sensorless Commutation IC for BLDC Motors [J]．IEEE Transactions On power electronic, 2003, 18: 1365-1375.基于Labview的虚拟函数信号发生器的设计V Marozas, R Jurkonis1前言自从1986年美国NI(National Instrument)公司提出虚拟仪器的概念以来,随着计算机技术和测量技术的发展,虚拟仪器技术也得到很快的发展。

基于LABVIEW的信号发生器设计

基于LABVIEW的信号发生器设计

等级:课程名称嵌入式系统课程设计课题名称基于LABVIEW的信号发生器专业电子信息工程班级电信1301学号201301030119姓名王景盛指导老师陈爱萍2016年12月20日电气信息学院课程设计任务书课题名称基于LABVIEW的信号发生器的设计姓名王景盛专业电子信息工程班级电信1301 学号19指导老师陈爱萍课程设计时间2016年12月18日-2016年12月30日（17、18周）教研室意见意见：同意审核人：刘望军一、任务及要求应用LabVIEW平台设计虚拟信号发生器，要求满足以下功能：1.可产生10Hz~100MHz的正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声以及多频波;2.任意波形的发生，任意波可实现公式输入;3.信号频率、幅度、相位、偏移量可调可控;4.方波占空比可调;5.噪声任意可加、创建友好界面、信号波形现实对所产生的信号做自相关分析，积分，微分分析及相应的频谱分析.设计要求：1、设计前面板界面，建立友好的人机操作界面；2、给出各个功能模块的程序框图；3、绘制各个功能模块连接的流程图；4 、写出设计报告；二、进度安排第一周星期一、二：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；介绍labview软件的使用；查找资料，确定总体设计方案和单元模块设计；星期三～第二周星期一：前面板构思，各个功能模块构建；第二周星期二、三：各个功能模块构建；第二周星期四、五：书写设计报告，打印相关图纸；答辩三、参考资料[1]侯国屏，王坤，叶齐鑫． LABVIEW 7.1 编程与虚拟仪器设计[M]．清华大学出版社，[2]张桐，陈国顺，王正林编著乔瑞萍，精通LabVIEW程序设计[M]．电子工业出版社，[3]杨乐平，李海涛． LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M]．陈锡辉，张银鸿编著，清华大学出版社，[4]余成波，胡新宇．传感器与自动检测技术[M]．高等教育出版社目录一、课设任务及要求 (1)1.1 设计任务 (1)1.2 设计要求 (1)二、设计方案 (1)2.1 设计思路 (1)2.2 设计框图 (2)三、设计单元模块 (3)3.1 波形生成模块 (3)3.2 积分微分器模块 (5)3.3 自相关函数演示模块 (6)3.4 频谱分析仪模块 (6)3.5 信号发生器总设计模块 (7)四、调试与仿真 (7)4.1 正弦波仿真图 (7)4.2 方波仿真图 (7)4.3 三角波仿真图 (8)4.4 锯齿波仿真图 (8)4.5 多频波仿真图 (8)4.6 高斯白噪声仿真图 (9)4.7 任意公式仿真图 (9)五、总原理框图 (9)六、心得体会 (10)七、附录 (10)八、参考文献 (11)一、设计任务及要求1.1 设计任务应用LabVIEW平台设计虚拟信号发生器，要求满足以下功能：1. 可产生10Hz~100MHz的正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声以及多频波;2. 任意波形的发生，任意波可实现公式输入;3. 信号频率、幅度、相位、偏移量可调可控;4. 方波占空比可调;5. 噪声任意可加、创建友好界面、信号波形现实对所产生的信号做自相关分析，积分，微分分析及相应的频谱分析.1.2 设计要求1. 设计前面板界面，建立友好的人机操作界面；2. 给出各个功能模块的程序框图；3. 绘制各个功能模块连接的流程图；4. 写出设计报告二、设计方案2.1 设计思路对于设计一个虚拟信号发生器，首先要进行前面板的设计，前面板的设计主要需要考虑到我们所设计的信号发生器实现的功能。

基于LabVIEW的虚拟任意信号发生器设计

基于LabVIEW的虚拟任意信号发生器设计


ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ — ６ ２ ９ Ｘ． ２ ０ １ ３ ． ０ ７ ． ０ ５ ６
Ｖｉ ｒ ｔ ｕａ ｌ Ａｒ ｂ ｉ ｔ ｒ ａ ｒ ｙ Ｗ ａ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｌａ ｂＶＩ ＥＷ
赵 华 ， 张代 远 ， ＇ 。
（ １ ． 南京 邮 电大学 计 算机 学院 ， 江 苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ３ ；
２ ． 江 苏省无线 传感 网 高技 术研 究重 点 实验 室 ， 江 苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ３ ；
３ ． 南京 邮电大 学 计 算机技 术研 究所 ， 江 苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ３ ）
摘 要： 为 了解 决传统 的专用 仪器 开发难 度大 、 周 期长 、 成本 高 的 问题 ， 提 出并 实 现 了采用 虚了开 发成本 ， 节省 了开 发时 间 ， 并且 可以和 其他虚 拟仪 器构成 一个 完整 的实 验 系统 而无 需添 加其 他硬 件 产 生信号 输 出供 其他 仪器使 用 。主要利 用 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 编程 ， 在计算机 内产 生信号 的数据 ， 通过 Ｄ ／ Ａ模 块将 产生 的数 据按 照
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｉ ｔ ｏ ｎ ａ ｌ ｄ ｅ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｄ ｉ ｉｃ ｆ ｕ ｌ ｔ ， ｌ ｏ ｎ ｇ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｃ ｏ ｓ ｔ ．Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ Ｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｐ ｒ ｏ —
虚拟信号发生器(labview)

虚拟信号发生器(labview)

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。