基于LABVIEW虚拟函数信号发生器.doc

毕业设计〔论文〕题目 基于LABVIEW的虚拟函数信号发生器的设计与研究 / 摘 要随着计算机软、硬件的发展,计算机与外设之间的数据通信越来越频繁,也越来越便利,虚拟仪器应运而生从本质上来说,虚拟仪器是仪器技术与计算机技术深层次结合的产物,它强调"软件是仪器"的概念,使用户能够根据自己的需要定义仪器功能,更好的组建自己所需要的测试系统它是按照信号的处理与采集,数据的分析,结果的输出及显示的结构模式来建立通用信号处理硬件平台本文就是在这个通用信号处理硬件平台,进行了基于LABVIEW的虚拟函数信号发生器的设计,设计基于LabWIEW软件的虚拟函数信号发生器〔能够产生实验室常用的正弦波、三角波、方波、锯齿波信号及白噪声和多频波,任意公式波〕,并在以设计好的虚拟信号发生器的基础上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关键词：虚拟仪器；Labview；虚拟函数信号发生器THE DESIGN AND RESEACH OF VIRTUAL FUNCTION SIGNAL GENERATOR BASED ON LABVIEWABSTRACTWith the computer hardware and software development, computer peripherals and data communication become more and more frequently and more convenient, virtual instrument came into being. the virtual instrument is a device technology and computer technology combined with the product of deep-seated, it stressed concept that "software is the instrument" , allowing users to define function their own needsto set up their own test system . It is in accordance with the signal processing and collection, data analysis, the results show that the structure of output and the model to the development of a common signal processing hardware platform. This article is in the common signal processing hardware platform, the design and research of virtual function signal generator based on LABVIEW , and designed in a virtual signal generator based on the signal generated by autocorrelation analysis, integral, differential analysis and the corresponding spectral analysis. Keywords: virtual instrument; Labview; virtual function signal generator目 录第1章 绪 论11.1 课题背景及意义11.2 波形发生器的发展概况21.3 本文主要论文4第2章 虚拟仪器技术52.1 虚拟仪器概述52.2 虚拟仪器的硬件系统构成方案62.3虚拟仪器的软件开发平台72.4 基于虚拟仪器构建的自动测试系统的优点92.5 本章小结9第3章 LabVIEW图形化开发环境113.1 LabVIEW简介113.2 LabVIEW的优点123.3 LabVIEW中的编程方式133.4 LabVIEW程序的设计模式143.5 本章小结14第4章 虚拟函数信号发生器的设计154.1 基本函数波形产生模块 154.2 多频信号产生模块 164.3 任意公式波形产生模块 174.4 正弦波仿真信号发生器模块 214.5自相关函数演示模块 234.6虚拟正弦波频谱分析仪模块 254.7虚拟积分器与微分器模块 274.8 虚拟函数信号发生器的设计 30第5章 结论32参考文献 33 致 34附录…………………………………………………………………………….…..35附件附件1 开题报告<文献综述>附件2 译文及原文影印件第1章 绪 论1.1 课题背景及意义虚拟仪器在许多企业、科研单位被用于产品测试和测控系统,另外,包括一些著名高校在的许多学校不仅建立了基于虚拟仪器的实验室,而且还开设了LabVIEW编程的课程。

例如清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统,用于汽车发动机的出厂检验,主要检测发动机的功率特性、负荷特性等华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示,供远程教育使用联合大学基于虚拟仪器的设计思路,研制了"航空电台二线综合测试仪",将台仪器集成于一体,组成虚拟仪器系统复旦大学、交通大学、暨南大学等一批高校,也开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研国专家预测未来的几年,我国将有的仪器为虚拟仪器国将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时检测随着微型计算机的发展,虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流虚拟仪器技术的提出与发展,标志着二十一世纪自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向虚拟仪器技术为教学双方都提供了很好的舞台其容新,反映了当前测量技术的发展方向；涉及面广,包括数学、物理、电工电子技术、计算机软硬件、信号处理及相关专业的测试技术它要求学生在理论与实际结合的基础上解决一两个测试问题,同时为学生的创造性学习提供充分的空间[1]目前,我国正处于科学技术蓬勃发展的新时期,对仪器设备的需求将更加强劲虚拟仪器赖以生存的计算机近几年正以迅猛的势头席卷全国,这为虚拟仪器的发展莫定了基础。

虚拟仪器作为传统仪器的替代品,市场容量巨大据专家预测,到本世纪初我国将有的仪器为虚拟仪器发达国家虽然在此领域比我国起步较早,但差距并不是很大,我们应当充分把握时机,取长补短,学习国外先进经验,将我国的虚拟仪器产业水平逐渐向先进国家靠拢1.2 波形发生器的发展概况波形发生器是应用在测试设备、信号接收设备等装置中的一种信号源早在二十年代,当电子设备刚开始出现的时候,信号发生器就出现了随着电子技术的巨大进步,波形发生器根据其关键技术—频率合成技术的角度,大致可以划分成三代第一代的波形发生器采用的是直接模拟频率合成 技术[2]该技术原理简单,易于实现它由模拟振荡器产生参考频率源,经谐波发生器产生一系列谐波,再经混频、分频和滤波等处理产生大量的离散频率其结构如图1.1所示：可调衰减器输出放大器正弦波整形器放大器三角波发生器OSC图1.1 直接模拟频率合成框图根据所使用的参考频率的数目不同可分为非相关合成方法和相关合成方法两种类型非相关合成方法使用多个晶体参考频率源,所需的各种频率分别由这些参考源提供;相关合成方法只是用一个晶体参考频率源,所需的各种频率都由它经过分频、混频和倍频后得到,因而合成器输出频率的稳定性和精度与参考源一样。

采用这种技术制作的函数发生器的优点是频率转换时间短、相位噪声低,但由于采用大量的混频、分频、倍频和滤波等模拟硬设备,使频率合成器的体积大、成本高、结构复杂、容易产生杂散分量,大多数硬件的非线性影响难于抑制第二代的波形发生器采用的是模拟电路技术,其频率控制部分主要采用的是基于锁相环 的间接频合成技术[2J[,J[4jPLL是间接频率合成技术中的一个关键部分,它是一个负反馈环路,是一个实现相位自动锁定的控制系统,其输出信号与参考信号相位同步原理如图1.2所示FR鉴相器低通滤波器〔LPF〕压控振荡器〔VCO〕FO图1.2 锁相环原理框图该频率合成技术是利用一个或几个参考频率源,通过谐波发生器和分频器等产生大量谐波或组合频率,然后用PLL把压控振荡器的频率锁定在某一谐波或组合频率上这种波形发生器的优点是频率稳定和杂散抑制好,调试简便但由分立组件构成的振荡电路和整形电路,在产生各种波形时,由于其锁相存在捕获时间问题,其频率切换速度比直接合成慢而且频率间隔不可能做的很小采用这种技术的波形发生器电路结构复杂、体积庞大、准确度较差,而且仅能产生正弦波、方波、三角波等几种简单波形,难以产生较为复杂的波形信号。

目前市场上的基本属于第三代波形发生器,它们普遍采用的是DDS技术[5][6]DDs是从相位概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成原理随着高速大规模集成电路技术的发展,DDS技术日益显露出它的优越性基于DDS技术的任意波形发生器利用高速存储器作为查找表,通过高速D/A转换器对存储器的数据进行合成,它不仅可以产生正弦波、方波、三角波和锯齿波等规则波形,而且还可以通过上位机或下位机编辑,产生真正意义上的任意波形例如,它能模拟编码雷达信号、潜水艇特征信号、磁盘数据信号、机械振动瞬变过程、电视信号以及神经脉冲之类的波形,也能重演由数位示波器捕获的波形其典型结构如图1.3所示：波形输出波形存储器D/A转换器模拟滤波器DDS模块控制面板图1.3 直接数字频率合成结构图采用DDS技术实现的任意波形发生器具有以下优点:1、频率分辨率高,输出频点多,可达2"个频点<假设DDS相位累加器的字长是N>;2、频率切换速度快,可达us量级;3、频率切换时相位连续;4、可以输出带宽正交信号;5、输出相位噪声低,对参考频率源的相位噪声有改善作用;6、可以产生任意波形;7、全数字化实现,便于集成,体积小,重量轻。

它在相对带宽、频率转换时间、相位连续、正交输出、高分辨率以及集成化等一系列性能指标方面,己远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平,完成了频率合成技术的又一次飞跃用这种方法产生线性调频信号及其它复杂波形信号的技术日益受到重视,并得到广泛的应用[3]1.3 本文主要论文本文主要阐述虚拟仪器技术的概念和基本设计思路,设计基于LabWIEW软件的虚拟函数信号发生器〔能够产生实验室常用的正弦波、三角波、方波、锯齿波信号及白噪声和多频波,任意公式波〕,并在以设计好的虚拟信号发生器的基础上对所产生的信。