利用Labview實現(xiàn)任意波形發(fā)生器的設(shè)計

1、目 錄1 引言12 虛擬儀器開發(fā)軟件Labview入門22.1 Labview介紹2 2.2 利用Labview編程完成習題設(shè)計33利用Labview實現(xiàn)任意波形發(fā)生器的設(shè)計213.1任意波形發(fā)生器的基本原理213.2任意波形發(fā)生器的編程設(shè)計及實現(xiàn)213.3運行結(jié)果及分析224總結(jié)255參考文獻261 引言波形發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用于通信、雷達、測控、電子對抗以及現(xiàn)代化儀器儀表等領(lǐng)域，是一種為電子測量工作提供符合嚴格技術(shù)要求的電信號設(shè)備。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電子測量工作對波形發(fā)生器的性能提出了更高的要求，不僅要求能產(chǎn)生正弦波、方波等標準波形，還能根據(jù)需要產(chǎn)生任意波形，且

2、操作方便，輸出波形質(zhì)量好，輸出頻率范圍寬，輸出頻率穩(wěn)定度、準確度及分辨率高，頻率轉(zhuǎn)換速度快且頻率轉(zhuǎn)換時輸出波形相位連續(xù)等?？梢?，為適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展和市場需求，研究制作高性能的任意波形發(fā)生器十分有必要，而且意義重大。波形發(fā)生器的核心技術(shù)是頻率合成技術(shù)，主要方法有：直接模擬頻率合成、鎖相環(huán)頻率合成(PLL)，直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器一般基于模擬技術(shù)。它首先生成一定頻率的正弦信號，然后再對這個正弦信號進行處理，從而輸出其他波形信號。早期的信號發(fā)生器大都采用諧振法，后來出現(xiàn)采用鎖相環(huán)等頻率合成技術(shù)的波形發(fā)生器。但基于模擬技術(shù)的傳統(tǒng)波形發(fā)生器能生成的信號類型比較有限，一般只

3、能生成正弦波、方波、三角波等少數(shù)的規(guī)則波形信號。隨著待測設(shè)備的種類越來越豐富，測試用的激勵信號也越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)波形發(fā)生器已經(jīng)不能滿足這些測試需要，任意波形發(fā)生器（AWG)就是在這種情況下，為滿足眾多領(lǐng)域?qū)τ趶?fù)雜的、可由用戶自定義波形的測試信號的日益增長的需要而誕生的。隨著微處理器性能的提高，出現(xiàn)了由微處理器、DA以及相關(guān)硬件、軟件構(gòu)成的波形發(fā)生器。它擴展了波形發(fā)生器的功能，產(chǎn)生的波形也比以往復(fù)雜。實質(zhì)上它采用了軟件控制，利用微處理器控制DA，就可以得到各種簡單波形。但由于微處理器的速度限制，這種方式的波形發(fā)生器輸出頻率較低。目前的任意波形發(fā)生器普遍采用DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)。基于DD

4、S技術(shù)的任意波形發(fā)生器(AWG)利用高速存儲器作為查找表，通過高速DA轉(zhuǎn)換器對存儲器的波形進行合成。它不僅可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波等規(guī)則波形，而且還可以通過上位機編輯，產(chǎn)生真正意義上的任意波形。2 虛擬儀器開發(fā)軟件Labview入門2.1 Labview介紹LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorkbench，實驗室虛擬儀器集成環(huán)境)是一個基于G（Graphic）語言的圖形編程開發(fā)環(huán)境，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界中廣泛用作開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、儀器控制軟件和分析軟件的標準語言，對于科學(xué)研究和工程應(yīng)用來說是很理想的語言。它含有種類豐

5、富的函數(shù)庫，科學(xué)家和工程師們利用它可以方便靈活地搭建功能強大的測試系統(tǒng)。LabVIEW編程語言最主要的兩個特點是圖形化編程和數(shù)據(jù)流驅(qū)動： （1）圖形化編程LabVIEW與Visual C+、Visual Basic、LabWindows/CVI等編程語言不同，后幾種都是基于文本的語言，而LabVIEW則是使用圖形化程序設(shè)計語言G語言，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼，編程的過程即是使用圖形符號表達程序行為的過程，源代碼不是文本而是框圖。一個VI有三個主要部分組成：框圖、前面板和圖標連接器?？驁D是程序代碼的圖形表示。 LabVIEW的框圖中使用了豐富的設(shè)備和模塊圖標，與科學(xué)家、工程

6、師們習慣的大部分圖標基本一致，這使得編程過程和思維過程非常的相似。多樣化的圖標和豐富的色彩也給用戶帶來不一樣的體驗和樂趣。前面板是VI的交互式用戶界面，外觀和功能都類似于傳統(tǒng)儀器面板，用戶的輸入數(shù)據(jù)通過前面板傳遞給框圖，計算和分析結(jié)果也在前面板上以數(shù)字、圖形、表格等各種不同方式顯示出來。圖標是VI的圖形符號，連接器則用來定義輸入和輸出，每一個VI都有圖標和連接器。用戶要做的工作就是恰當?shù)卦O(shè)置參數(shù)，并連接各個子VI。編程一般步驟就是使用鼠標選取合適的模塊、連線和設(shè)置參數(shù)的過程，與煩瑣枯燥的文本編程相比更為簡單、生動和直觀。 如果將虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器作一類比，前面板就像是儀器的操作和顯示面板，提供

7、各種參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)的顯示，框圖就像是儀器內(nèi)部的印刷電路板，是儀器的核心部分，對用戶來講是透明的，而圖標和連接器可以比作電路板上的電子元器件和集成電路，保證了儀器正常的邏輯和運算功能。（2）數(shù)據(jù)流驅(qū)動宏觀上講，LabVIEW的運行機制已不再是傳統(tǒng)上的馮·諾伊曼式計算機體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。傳統(tǒng)計算機語言（如C語言）中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機制所代替。本質(zhì)上講它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式，程序中的每一個函數(shù)節(jié)點只有在獲得它的全部輸入數(shù)據(jù)后才能夠被執(zhí)行。既然LabVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動的，數(shù)據(jù)流程序設(shè)計規(guī)定，一個目標只有當它的所有輸入有效時才能夠被執(zhí)行；而目標

8、的輸出只有當它的功能完全時才是有效的。于是LabVIEW中被連接的函數(shù)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序那樣受到行順序執(zhí)行的約束。我們可以通過相互連接函數(shù)節(jié)點簡潔高效地開發(fā)應(yīng)用程序，還可以有多個數(shù)據(jù)通道同步運行，即所謂的多線程。2.2 利用Labview編程完成習題設(shè)計習題2.1寫一個類正弦波發(fā)生器，要求頻率和幅度可調(diào)圖1 2.1前面板圖圖2 2.1程序面板圖習題3,1新建一個VI，進行如下練習：任意放置幾個控件在前面板，改變它們的位置、名稱、大小、顏色等等。在VI前面板和后面板之間進行切換并排排列前面板和后面板窗口圖3 3.1前后面板對照圖習題3.2編寫一個VI求三個數(shù)的平

9、均值，如右圖所示。要求對三個輸入控件等間隔并右對齊，對應(yīng)的程序框圖控件對象也要求如此對齊。添加注釋 分別用普通方式和高亮方式運行程序，體會數(shù)據(jù)流向。單步執(zhí)行一遍圖4 3.2前面板圖圖5 3.2程序面板圖習題4.1寫一個VI判斷兩個數(shù)的大小，如右圖所示：當A>B時，指示燈亮圖6 4.1前面板圖圖7 4.1程序面板圖習題4.2寫一個VI獲取當前系統(tǒng)時間，并將其轉(zhuǎn)換為字符串和浮點數(shù)。這在實際編程中會經(jīng)常遇到圖8 4.2前面板圖圖9 4.2程序面板圖習題4.3寫一個溫度監(jiān)測器，如右圖所示，當溫度超過報警上限，而且開啟報警時，報警燈點亮。溫度值可以由隨即數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。圖10 4.3前面板圖圖11

10、4.3程序面板圖習題4.5給定任意x, 求如下表達式的值圖12 4.5前面板圖圖13 4.5程序面板圖習題5.1利用順序結(jié)構(gòu)和timing面板下的tick count VI，計算for循環(huán)產(chǎn)生一個長度為20000點的隨機波形所需的時間圖14 5.1前面板圖圖15 5.1程序面板圖習題5.2為第4章習題4添加一個While循環(huán)和定時器，實現(xiàn)連續(xù)的溫度采集監(jiān)測圖16 5.2前面板圖圖17 5.2程序面板圖習題5.3計算學(xué)生三門課（語文，數(shù)學(xué)，英語）的平均分，并根據(jù)平均分劃分成績等級。要求輸出等級A,B,C,D,E。90分以上為A，8089為B，7079為C，6069為D，60分以下為E圖18 5.

11、3前面板圖圖19 5.3程序面板圖習題6.1為第5章的習題2連續(xù)溫度采集監(jiān)測添加報警信息，如下圖所示，當報警發(fā)生時輸出報警信息，例如“溫度超限！當前溫度78.23”，正常情況下輸出空字符串。圖20 6.1前面板圖圖21 6.1程序面板圖習題6.2將一些字符串和數(shù)值轉(zhuǎn)換成一個新的字符串輸出的字符串是GPIB命令字符串，它可以用來進行串行通信圖22 6.2前面板圖圖23 6.2程序面板圖習題6.3用FOR循環(huán)創(chuàng)建一個數(shù)組，并用圖形顯示輸出的數(shù)組。圖24 6.3前面板圖圖25 6.3程序面板圖習題6.4利用簇模擬汽車控制，如右圖所示，控制面板可以對顯示面板中的參量進行控制。油門控制轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速油門*1

12、00，檔位控制時速,時速檔位*40，油量隨VI運行時間減少圖26 6.4前面板圖圖27 6.4程序面板圖習題7.1利用隨機數(shù)發(fā)生器仿真一個0到5V的采樣信號，每200ms采一個點，利用實時趨勢曲線實時顯示采樣結(jié)果。圖28 7.1前面板圖圖29 7.1程序面板圖習題7.2在習題1的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號采集，此路電壓信號的范圍為5到10V圖30 7.2前面板圖圖31 7.2程序面板圖習題7.3利用隨機數(shù)發(fā)生器仿真一個0到5V的采樣信號，每200ms采一個點，共采集50個點，采集完后一次性顯示在Waveform Graph上圖32 7.3前面板圖圖33 7.3程序面板圖習題7.4在習題3的基礎(chǔ)上

13、再增加1路電壓信號采集，此路電壓信號的范圍為5到10V，采樣間隔是50ms，共采100個點。采樣完成后，將兩路采樣信號顯示在同一個Waveform Graph中圖34 7.4前面板圖圖35 7.4程序面板圖3利用Labview實現(xiàn)任意波形信號發(fā)生器的設(shè)計3.1 任意波形信號發(fā)生器的基本原理任意信號發(fā)生器用來產(chǎn)生頻率為20Hz200kHz的正弦信號（低頻）。除具有電壓輸出外，有的還有功率輸出。所以用途十分廣泛，可用于測試或檢修各種電子儀器設(shè)備中的低頻放大器的頻率特性、增益、通頻帶，也可用作高頻信號發(fā)生器的外調(diào)制信號源。另外，在校準電子電壓表時，它可提供交流信號電壓。低頻信號發(fā)生器的原理：系統(tǒng)包括

14、主振級、主振輸出調(diào)節(jié)電位器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器（輸出變壓器）和指示電壓表。主振級產(chǎn)生低頻正弦振蕩信號，經(jīng)電壓放大器放大，達到電壓輸出幅度的要求，經(jīng)輸出衰減器可直接輸出電壓，用主振輸出調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。3.2 xxxxxxxx（課題名）的編程設(shè)計及實現(xiàn) 3.2.1編程設(shè)計圖36 前面板設(shè)計圖前面板中細分的話可以按照一般波形輸出和公式波形輸出，一般波形包括正弦波，鋸齒波、方波，公式波形指的是在公式欄中輸入公式能畫出公式的波形。圖37 程序設(shè)計圖3.3運行結(jié)果及分析圖37 方波輸出圖圖38 正弦波輸出圖圖39 鋸齒波輸出圖圖40 公式波形輸出4總結(jié)我覺得自己這

15、學(xué)期學(xué)習虛擬儀器這門課設(shè)還是收獲頗豐的。作為一名測控技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，我覺得自己十分有必要了解并熟練地掌握用虛擬儀器來解決實際問題。在做大作業(yè)的過程當中，我對前半學(xué)期學(xué)到的理論知識有了更深的理解，但我也明顯感覺到自己還是需要更多的實戰(zhàn)練習。同時，這次選作任意波形發(fā)生器這一題目只用到了部分功能，LabVIEW還是非常強大的，我計劃在暑假中用一部分時間繼續(xù)做一些相關(guān)應(yīng)用，也希望在遇到問題的時候能和老師繼續(xù)溝通。這次虛擬儀器課程設(shè)計的題目是實現(xiàn)基于LabVIEW的任意波形發(fā)生器。此次課程設(shè)計是我在繼課堂學(xué)習書本上的虛擬儀器知識后，再一次并且更加深入的了解到虛擬儀器的基本使用方法和運用原理，檢測我們學(xué)習成果的綜合性應(yīng)用能力，它不僅要求我們有扎實的專業(yè)理論知識和實踐操作能力，更要求我們有嚴謹治學(xué)、團結(jié)協(xié)作的精神。通過自己的動手和思考，感覺獲益良多。在設(shè)計中我就更切身體會到虛擬儀器這種儀器的高效、開放、易用靈活、功能強大、性價比高、可操作性好等明顯優(yōu)點。 設(shè)計過程中，也會遇到很多困難，但是學(xué)習一門知識就是不斷戰(zhàn)勝自己，不斷探索挑戰(zhàn)的過程。所以不管過程有多么困難，能最后完成的話還是非常有成就感的。LabVIEW確實非常強大，在不斷找控件和函數(shù)的過程中，能接觸到很多我們已經(jīng)學(xué)過的原件，