虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計

魏 雯

[摘要]提出一種虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計,依托于LabVIEW編程環(huán)境,不僅能夠產(chǎn)生實驗室常用的正弦波、方波、鋸齒波等,并可模擬實際工作環(huán)境中添加了噪聲后的波形信號,同時還可輕松、快捷地將這些信號波形顯示出來。

[關鍵詞]虛擬儀器信號發(fā)生器LabVIEW

中圖分類號:TN99文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210040-01

一、引言

虛擬儀器是由用戶定義功能,是一種由計算機操縱的模塊化儀器系統(tǒng)。信號發(fā)生器作為測量系統(tǒng)的重要成員,其傳統(tǒng)模型由很多類型,有低頻的和高頻的,但它們都是獨立存在。這樣無形之中就增加了成本,堆積了資源。基于這種情況,我們提出一種基于虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計,以LabVIEW為編程環(huán)境,開發(fā)出功能集成度很高的信號發(fā)生器。該信號發(fā)生器不但界面簡潔通俗,而且功能,操作也很方便。它能產(chǎn)生實驗室常用的正弦波、方波、鋸齒波等波形,在某些功能上還能有所擴展。

二、虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計

(一)設計總構想

本設計是依托于LabVIEW的編程環(huán)境,結合其自身的特點并聯(lián)系信號發(fā)生器的需要條件,作出下列總體構想:1.輸出波形多樣化,除了基本的正弦波、方波、鋸齒波等波形外,還將白噪聲,多頻波形也包含在內(nèi);2. 前面板上能同時顯示相關波形及其參數(shù)調整情況;3.對輸出波形采樣點的數(shù)據(jù)能實現(xiàn)存儲。本設計是以軟件為設計為中樞,并將其分成幾個子部分:參數(shù)設置、信號產(chǎn)生、波形顯示和數(shù)據(jù)存儲。

(二)虛擬函數(shù)信號發(fā)生器各子部分的設計

設計過程中,我們充分利用了信號發(fā)生器的工作原理,對其四個子部分進行詳細而有針對性的設計研究,當然也是歸功于LabVIEW具有圖形化的編程語言的優(yōu)勢。

子部分一:參數(shù)設置

在這個環(huán)節(jié)中,我們根據(jù)產(chǎn)生信號的需求進行針對性的設置的。根據(jù)設計要求在前面板上放置幅度、頻率、偏移量、相位等控件,并對它們的參數(shù)進行調整。詳細見圖1。

子部分二:信號產(chǎn)生

這個部分應該說是本設計的關鍵部分,主要完成信號產(chǎn)生所需信號的功能。要想產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波四種基本波形信號,很自然地會想到用LabVIEW中functions選板下waveform模板中的基本函數(shù)發(fā)生器(basic functions generator VI)節(jié)點,它不僅輸出包含指定波形圖形的數(shù)字型數(shù)組,而且包含時間參數(shù),也即是波形數(shù)據(jù)。波形數(shù)據(jù)以簇的形式給出,包含起始時間t0,采樣時間間隔dt和一個采樣數(shù)據(jù)構成的數(shù)組。部分程序框圖如圖2。

子部分三:波形顯示

LabVIEW很大的一個優(yōu)勢就是它提供了豐富的數(shù)據(jù)圖形化顯示控件。我們應該選擇圖表graph作為我們的波形顯示控件。因為圖表在畫圖之前會自動清空當前圖表,然后把輸入的數(shù)據(jù)畫成曲線。

子部分四:數(shù)據(jù)存儲

顯而易見,函數(shù)型號發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是波形數(shù)據(jù),所以在數(shù)據(jù)存儲上,我們可以采用波形文件I/O子模板中的Write Wave to File VI節(jié)點,也可以采用Express子模板中的output中的Write LabVIEW Measurement FileVI節(jié)點,我們選擇的是后者來將波形數(shù)據(jù)保存到存儲介質中。

完成了四個字部分的逐個設計后,將它們有機地組合在一起,這樣一個基本函數(shù)信號發(fā)生器就展現(xiàn)在我們面前,程序框圖見圖3。

(三)部分附加功能的實現(xiàn)

為了對噪聲信號進行測試,在原有波形產(chǎn)生節(jié)點的基礎上,增加了噪聲信號發(fā)生子部分。我們主要是應用波形產(chǎn)生子模板中的公式波形VI節(jié)點來產(chǎn)生任意波形的。只要在formula端子輸入的公式是用于生成輸出多頻波形信號的表達式,包含各種參數(shù)。該部分的程序框圖如圖4所示。

至于噪聲信號發(fā)生器的設計,我們采用的是波形產(chǎn)生子模板中的Tones

and Noise Wave form.VI節(jié)點來產(chǎn)生疊加在正弦波上的高斯白噪聲信號。

(四)前面板的設計

前面板是用戶接口,即交互式界面,用于用戶向程序中輸入各種控制參數(shù)和觀察輸出量,在前面板中,使用了各種仿真圖標,如開關、旋鈕等,并以數(shù)字或實時圖等各種形式的輸出測試結果來模擬真實儀器的面板。前面板的設計,充分發(fā)揮了LabVIEW的特長,即建立了友好的人機操作界面,是處于整個設計的最上層。部分前面板的圖形見圖5所示。

三、結束語

本設計出的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的特點:(1)能產(chǎn)生頻率10HZ―100MHZ的正弦波、三角波、方波、鋸齒波、白噪聲等波形信號,儀器功能強大,頻率范圍廣;(2)界面友好簡潔,功能選擇、輸出參數(shù)設置與旋鈕調節(jié)以及波形顯示、指針指示在前面板上都一一俱全。實踐證明依托LabVIEW開發(fā)平臺開發(fā)各種功能用途的虛擬儀器是儀器儀表領域的一個重要方向,具有深遠的意義。

參考文獻:

[1]陳錫輝、張銀鴻,LabVIEW8.2程序設計從入門到精通[M].北京:清華大學出版社,2007.

[2]張重雄,虛擬儀器技術分析與設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

[3]楊樂平、李海濤等,LabVIEW程序設計與應用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

作者簡介:

魏雯(1982-),女,本科,助教,主要研究方向為:信號采集與處理。