labview虚拟波形发生器讲解

1．前 言

1．1课题的研究背景

信号源有很多种，包括正弦波信号源、函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成信号源等。随着电子技术的迅速发展和科研，生产对信号源的广泛需求，信号发生器发展迅速，性能日益提高，功能也越来越丰富。

早期的信号发生器主要是由模拟振荡电路构成，这种信号发生器输出的信号稳定度小高，用电位器调节给定的参数误差较大，小能担当复杂系统的调试与测试工作。1980年代出现了单片机，信号发生器逐渐向数字化发展，发展趋势是以单片机、DSP, CPLD,FPGA等可编程器件为平台，结合直接数字合成(DDS)技术，将合成后的信号通过D/A转换为模拟信号，再加上滤波电路而形成的数字信号发生器，它具有高精度、稳定性好、输出灵活的特点。 信号发生器是一种最悠久的测量仪器，早在1920年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通讯和雷达技术的发展1940年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器。

自1960年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。

自从1970年代微处理器的出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器、硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。软件控制波形的一个最大缺点就是输出波形的频率低，这主要是由CPU的上作速度决定的，如果想提高频率可以改进软件

程序减少其执行周期时间或提高CPU的时钟周期，但这些办法是有限度的，根本的办法还是要改进硬件电路。

随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，数字信号发生器随之发展起来。目前信号发生器的基础就是直接数字合成技术，用高速存储器做查询表，通过数字形式存入的波形，由高速数/模转换器产生所需要的波形。

2．方 案

要充分合理而又有效的利用资源，来完成一个功能较为完善的虚拟波形显示器，经过考虑，查阅资料，提出以下方案：

本虚拟波形信号发生器的开发，基于LABVIEW这个软件开发平台。根据LABVIEW的特点结合实际波形的需求，确定总体设计思想:实现多功能，将常规波形信号发生器的四种波形信号、多频波信号等功能集成到一起实现输出波形种类的多样化；2创建友好界面，实现输出波形相关参数的调整与同步显小及幅度频谱分析:摄实现输出波形的采样点数据的存储。

软件设计是虚拟波形信号发生器设计的核心。根据上述总体设计思想，将该系统软件设计分成属性设置信号产生、波形显示和数据存储四大模块。

在虚拟仪器的软件开发平台---LABVIEW上，根据设计要求，在VI程序的控制模板和波形模板上选择相应的控制件和显示件以及所涉及到的波形，利用所选定的目标项分别实现各子模块的功能，最终实现虚拟波形显示器。

3.软件设计

3.1 LabVIEW开发平台

LabV1EW(laboratory virtual instrument engineering workbench)是一种图形化的编程语言和开发环境，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。它为设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境，利用它设计者可以象搭积木一样，轻松组建个测量系统或数据采集系统，并任意构造自己的仪器

面板，而无需进行任何繁琐的计算机程序代码的编写，从而可以大大简化程序的设计。 Lab VIEW与VC++, VisualBasic, LabWindows/CVI等编程语言不同，后者采用的是基于文本语言的程序代码，而LabVIEW则是使用图形化程序设计语台-G，用对话框代替了传统的程序代码。LabVIEW所运用的设备图标与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似。用Lab VIEW设计的虚拟仪器可以脱离LabVIEW开发环境，最终用户看见的是和实际的硬件仪器相似的操作面板。

LabVIEW包含有专门用于设计数据采集程序和仪器控制程序的功能库和开发工具库。LabVIEW的程序设计实质上就是设计个个的“虚拟仪器”，“VIs(VirtualInstruments)\。在计算机显示屏幕上利用功能库和开发工具库产生一个前面板(frontpanel),在后台则利用图形化编程语言编制用于控制前面板的程序。程序的前面板具有与传统仪器类似的界面，可接受用户的鼠标指令。一般来说，每一个VI都可以作为其它VI的调用对象，其功能类似于文本语言的子程序。

LabVIEW是带有可扩展功能库和子程序库的通用程序设计系统。它提供了用于GPIB设备控制、VXI总线控制、串行口设备控制、以及数据分析、显示和存储的应用程序模块。LabVIEW可调用Windows动态链接库和用户自定义的动态链接库中的函数。LabVIEW的C1N节点使用户可以使用由其它语言，如ANSIC，编译的程序模块，使LabVIEW成为一个开放的开发平台。LabVIEW还直接支持动态数据交换(DDE)、结构化查询语言((SQL)、TCP和UDP网络协议等。此外，LabVIEW还提供了专门用十程序开发的工具箱，使得用户能够设置断点，动态执行程序来观察数据的传输过程，以及进行方便的调试。 LabVIEW的运行机制就宏观上讲已经不再是传统上的冯·诺依曼计算机体系结构的执行方式。传统的计算机语言(如C)中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替:从本质上讲，它是一种带有图形控制流结构的数据流模式，这种方式确保程序中的节点只有在获得它的全部数据后才能执行。也就是说，在这种数据流程序的概念中，程序的执行是数据驱动的，它不受操作系统、计算机等因素的影响

LabVIEW程序是数据流驱动的。数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能执行;而目标的输出，只有当它的功能完全时刁是有效的。这样，LabVIEW中被连接的对话框之间的数据流控制着程序的执行次序，而小象文本程序受到行顺序执行的约束。从而可以通过相互连接功能对话框快速简洁地开发应用程序，甚至还可以有多个数据通道同步运行。