基于LabVIEW的虚拟仪器平台设计多功能函数信号发生器(6.0).doc
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1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计基于LabVIEW的虚拟仪器平台设计-多功能函数信号发生器学 院:信息学院专 业:姓 名:指导老师:电子科学与技术陈智超学 号:职 称:160105101056陈玮讲师中国珠海二二年五月诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计基于LabVIEW的虚拟仪器平台设计-多功能函数信号发生器是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。承诺人签名: 日期:年月日基于LabVIEW的虚拟仪器平台设计-多功能函数信号发生器摘要函数信号发生器(Function Signal Ge
2、nerator)是一种信号发生装置,能产生某些特定的周期性时间函数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波等)信号,频率范围可从少则几微赫兹到几十兆赫兹,它在实验和研究中得到了广泛的应用。本课题的任务是自行研究设计出一种基于labview的虚拟仪器平台的函数信号发生器。主要思路是用LabVIEW设计好程序框图里的信号发生器模块,通过程序框图加上频率、周期、占空比等控件,设计出一个简单美观、功能齐全的前面板,通过示波器观察最后得到的波形。关键词:信号发生器;虚拟仪器实验平台;产生信号Design of Virtual Instrument Platform Based on LabVIEW - Mul
3、tifunctional Function Signal GeneratorAbstractFunction Signal Generator is a kind of Signal Generator, which can generate some specific periodic time Function waveform (sine waveform, square waveform, triangular waveform, sawtooth waveform, etc.) Signal.the frequency range can be from a few micro-he
4、rtz to tens of megahertz.It has been widely used in experiments and research.The task of this project is to design a Function Signal Generator based on labVIEW virtual instrument platform.The main idea is to use LabVIEW to design the signal generator module in the program block diagram, through the
5、program block diagram plus frequency, period, duty cycle and other controls, design a simple and beautiful, fully functional front panel, through oscilloscope observation of the final waveform.Keyword:Signal generator;The Virtual Instrument experiment platform;Signal generation目录1绪论61.1选题背景61.2自动测试系
6、统的概述61.2.1自动测试系统概念61.2.2自动测试系统的组建71.3测试技术的发展的方向82.信号发生器的系统设计92.1方案的原理、特点与选择依据92.1.1 G语言92.1.2虚拟仪器102.1.3函数信号发生器112.2系统总体设计123详细软件功能模块设计153.1各部分程序框图及前面板153.1.1产生正弦波信号和参数设计153.1.2方波信号的产生和参数的设计173.1.3锯齿波信号的产生及参数的设计203.1.4三角波信号的产生及参数的设计233.1.5波形控制的设计263.2数字波形产生的模块274结论365谢辞37参考文献381绪论1.1选题背景由于测试仪器出现,此机器
7、是作为科学与技术发展中不可缺少三大组成部分之一,可对促进于科学技术进步及发展所具有着重要作用。在通过其测试它,人们获得到客观事物的概念,掌握到运动的规律。其中特别电子机器与技术进步,作为现代的科学与技术极大得推动了测试技术进步。介此很多传统测试仪器已不可满足于时代的要求,信号的采集和数据处理、控制以及操作的技术与要求所越来越高,特别为测试的参数变量许多复杂情况下,为局限性非常的突出。随着现代电子技术飞速的发展,对其它测试仪器发展可提出自动化、智能化与柔性化要求,可测试机器开展所提供技术的支撑。虚构机器和虚拟仪器用此计算机上需要硬件及软件可构想组成。为操作员所通过其操作与实际仪表盘相似虚拟按钮及
8、旋钮来控制整个测试的过程,以收集以及处理的信号。由虚拟技术此所出现能改变以前的测试仪器,然而测试仪器是由制造商此所制造,用户是必须按照规定程序所操作,不可改变其他功能的模式。用户充分的发挥于自己聪明才智以及想象力,是根据自己的意愿设计出仪器的系统,能满足于用户的各种应用及其要求。在虚拟仪器系统链路中,由于控件仅用信号,软件成为了整个的测试仪器系统关键点。在自己所测试需要改变或需要增加更多的项目可减少测试时,用户们只须适当的改变其软件的程序,所以生成新测试仪器系统可来满足测试需要。由于虚构仪器计算机科学技术与传统仪器技术能联合,对于传统仪器概念有重大突破,为测试仪器主流。它的虚拟工具只有在与相关
9、技术同步时才具有生命力。正如计算机技术出现及发展所促进虚拟技术产生和应用时一样,为虚拟仪器能出现也是引起了测试技术领域的一场革命。1.2自动测试系统的概述1.2.1自动测试系统概念 由自动测试此系统不难通过实时切换的测量范围或用具有其计算于处理能力控制器(计算机)并可代替仪器获得更宽测量的范围。同时,所由测量此过程中,计算机器本身能进行他的一些综合分析、统计、判断和处理、可以自我校准和自我校准,甚至可以自我诊断和自我修复。 1.2.2自动测试系统的组建 在整个的测试过程当中,是由计算机此有着强大的控制、分析、显示以及存储等很多能力。它为测试仪器一部分,集成整个测试的系统,所形成虚拟仪器思想。自
10、动测试系统借助计算机强大功能可实现了自己的工作。由此整个测试的过程中,以上许多环节环环相扣。总体框图构成 可得如图1。被测目标传感器显示记录信号处理信号调理传输观察者图1 测试系统框图由此测试想要获得信息包括在某种可检测信号中,因此是不包括可检测信号中。关于后者,在测试任务所包孕的选择地合适式得刺激被其检测的对象,使其所得到可以齐全代表被检测对象相干信息的信号,可便于其检测。但事实上,系统所许多特征变量并不在其系统的某些状态下完全显示,因而,它可能不也一定会在另一种状态下显示,或它们可能不明显,不足以被其检测到。因此由在此情况下,为了测量这些特性的变量,所有必要激励的系统。它的传感器直接作用于
11、被测物体的表面。换仪表的测量到子相位或其他类型根据测量值和输出通常是它的电信号。信号调节链路未来为自传感器信号的转换很好的适合在进一步传输与处置。是由大多数此状况之下,因此,电信号间的信号所转换,例如:其振幅放大与阻抗变电压变化以及阻抗变是频率是变化等。在信号处置链结路线接收是自调理链路信号,可执行各种操作和滤波与分析,由此后果输出到可显示及记载与其控制系统。信号的显示:是记载链接便察看者所了解及显现测量结果,或是必要时候所存储测量结果是可供所有的使用。所一切的环节当中,必需是遵照根本的准绳。为各链接路线输出及输入要保持一一对应以及不失真的关系,可消除至多干扰。1.3测试技术的发展的方向 现在
12、,由电子测量此仪器大致分为四代:第一代模拟仪器一些表。第二代数字仪表,是以数字电压表和数字频率计等普及宣告为第二代数字仪器所流行。可适用于快速和高精度的测量。第三代俗称:智能仪器内置的微处理器组成,是可主动的测试,具有着一定数据所处理能力,是可以替代部分的脑力劳动。管制块是以硬件(或固化软件)形式出现的。是与虚拟仪器比较,其缺乏于开发及应用灵活性。第四代为虚拟仪器现代计算机教的技术和通讯技术及测量技术所结合。在传统仪器概念所发生很大的变化,这为未来仪器行业一个很重要的方向。现代虚拟技术所出现,其原有的测试系统必须由制造商此制造,它自己在没有变更的情况下可按规定设备所进行操作性能。它自己要充分发
13、挥空间能力及丰富想象,根据自己宿愿设计出自己的虚构仪器,可应用于用户们各种应用须要。由此虚构仪器此系统,控件是只解决于信号输入及输出,其软件测试仪器系统的关键。其自己所需要适当修改软件的程序,是以生成符合的测试所要求的新测试仪器的系统。392.信号发生器的系统设计近现代电子技术与计算机技术飞速的开展了,以其计算机和信息的处置为中心自动测试系统在科学了钻研及工程理论畛域得到宽泛使用。系统设计需要有方案和设计思路。本章将围绕这个思路展示方案原理、特点与依据和软件设计的重要难题。因此本章将展示两个重要因素。2.1方案的原理、特点与选择依据2.1.1 G语言G编程有许多不同于其他语言的特性,比如更清晰
14、、更直观。控件连接到每个子程序和函数,并通过其整个系统在指示器上显示数据。G语言促进模块化程序设计思想,这将是一组复杂的应用程序编程简单,得它们变成子任务,然后为每个子任务创建一个不同的VI,本系列的最后一集的子任务到另一个图标控件的代码,能够让它在一起完成一项复杂的任务。在整个应用程序中,在顶层VI之下,有一系列实现不同子功能的子VI。因为在一般的应用中,相同的子vi会被反复使用,所以,用户们在构建应用软件时,可以事先开发出一系列使用过的子程序,这些子程序可以被重用,所以在程序开发过程中,可以大大提高编程效率。实验室V IEW编程语言,不仅可以简化科学计算,而且在监控过程中,软件开发可以得到
15、广泛应用。因此,Lab VIEW建立在它的基础上,也成为它在工业、科研等领域被广泛接受的重要原因之一。在使用Labview进行数字电路设计时,利用程序的程序框图来构建一个初步的、完整的电路。电路的各种功能由此前面板和后面板实现。通过前面板,可以使用8个布尔元件模拟顺序逻辑电路和组合逻辑电路,如数据选择器、译码器等。LabVIEW是一种通用的图形的语言。编程过程是选择另一个图标的连接和连接的过程。另一个图标与具有不同功能的“子例程”相同,图标之间的连接指定数据流。这与代码语言中的“assign”语句相同。LabVIEW函数面板包孕许多用于特殊的信号所处理和操作的图标,以及用于各种数学和逻辑操作的
16、基本VI图标。如图2.1所示。图2.1 基本布尔元件2.1.2虚拟仪器虚拟仪器的基础在于数字化仪表系统,即通过各类软件将内存、显示器、微处理器等硬件同A/D、D/A、I/O等仪器硬件及信号有机结合。使用者能够用更加便捷直觉用图形化的编程语言对仪器操作,完成测量的数据采集、显示、分解、存储等多种服务。VI可通过计算机得处理,硬件测量及控制等功能融为一体,以减小了购买仪器得成本,节约型投资,另外可以实现各种测量出数据的分析及处理功能。数据采集与控制、数据处理分析、结果表达三部分,如图2.2。图2.2 虚拟仪器内部功能结构 在系统硬件功能通用硬件结构包括于传感器、信号调节的电路,数据采集卡及机箱D的
17、四个硬件结构部。如图2.3所示。模拟信号卡件合成传感器输入调理计算机总线图2.3 虚拟仪器完成的测试系统功能通用硬件结构1.传感器。传感器抉择普通情况视测试系统详细使用畛域而定。一般的原理抉择一般要求传感器具有灵敏度得高、测量范围得大和能很好得满足动态与静态信号测试和构造简略的要求。如,加工畛域的测试的系统个别用于抉择电涡流传感器,此系统在主轴跳动、轴变形测量及加工精度中有很好应用。2. 信号调节的电路。传感器输出通常须要通过得处理才被数据采集设施精确可靠地采集。前端处理称为SC(信号调节)。SC性能网罗放大、滤波、复用和隔离、线性化、励磁电流桥及电压桥的平衡。非电量测试的系统一般是前端调节的
18、部分。传统的测试仪器性能使单一,通常能够依据仪器的详细测量要求制造SC部件。得专用到PC-DAQ系统须要一般开放的信号调制满足其虚拟模块设施需要。3.数据采集卡。其数据的采集卡连接测试系统硬件与虚拟仪器软件平台的关键。 其相对完整的虚拟仪器的软件结构可如图2.4所示。用户界面数据处理硬件驱动程序图2.4 虚拟仪器软件结构2.1.3函数信号发生器函数信号发生器是当今最重要的测量仪器之一,已经被在日常生产和科学的技术宽泛的应用。特别是在控件工程、自动化、电子通信和测量以及仪器等技术领域,有可以常常用到一个函数信号发生器。在不同的条件下不同领域使用的不同形式的波形不一样是必要的,这样就需要信号发生器
19、可以产生多样的波形,如锯齿波、脉冲波等。虽然不同定律的波形曲线都可以在函数方程中来表示,但函数信号发生器中的函数的参数可能引作不同的波状,以满足测试系统对函数信号发生器的不同需求。美国安杰伦是世界领先的测试和测量公司,该公司生产的33250A型随机函数生成器是一个相对先进的信号生成器,产生具有稳定性好、准确率高、失真率低的波,输出frequency range为1Hz80MHz,output amplitude为10mVpp10Vpp;该公司生产的另一个功能信号生成器,8648D信号生成器,是一个高频信号生成器,一个信号生成frequency range可高达9kHz4GHz的仪器。国产的函数
20、信号发生器中,另一个SG1060信号发生器采用了DDS数字合成地技术,能够双通道同时输出各种波形,具有波状种类周全,精确率高,分辨率高等优点,它的输出frequency range为1Hz60MHz,output amplitude为1mVpp10Vpp;国产 S1000型信号生成器是一种数字生成器,通过单个设备和双通道同时输出,降低测试成本和更快的数字处理,frequency range 9kHz3GHz。功能信号发生器将向高频准确性、频率覆盖宽度、使用多样性和全功能的方向移动。信号发生器的广泛使用对用户们的生活生产产生了很大得影响。于是更多的利用标准函数信号发生器,这些标准产品虽然稳定性好
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