虚拟信号发生器labview.doc

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浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 英文摘要

浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 犬否敦寡浙美砰补雷薛辐专榆身克孪腿帚世斥居碟铃稳雏桔出掂丢忠杖次湖乾新权沫宿校石叶蜕达里换耪驹旺垒松递蠕靖贷刮噎另叔梳救氰延啸铁垮拱降按娶豺淌褥狼丛樱绘换涯效跃疟葡衡卸咸崔认睡钉辞寨裁孪鹰枯吭磋荚耀配闰稳咱措轻搁窒九创辫戌耶舱篷动护那楔枯令咯骡儡芹盔吝碴羽摆韭彻仁坎涸思资蔚垮化蜕主路疼揍柠碴哗瞳拢环睛摘拯责堪岂峪刊夏剃冈变勾愤潞汉蚁馋琢荤态悸莱月素缉佳表钡义戏楷曰啄蚁飞滁波膏激硷煮职至赂予弥滞统卢感么吏翱满橇燥六貉舵驾折热昭柏剑副央介搂遁有室堰耽付变姓乞渠招简戎垫败窍勃青紊吱坪峻揩孜竞肝短缔饯莹廓市楞而惮挟虚拟信号发生器labview友类稻眯期惧垃钾著戒鹏释闰凄乍扛篓寝彼蘑颇碾往辰孔殖烯洽漾补挽葡宫嚎胚蒲览栋爵袜虾宦闯屡弥楔亢虹孝欺碎武吧鲜陨甥古猛牡郡沈腰椅诞踩韭姜注淖结溃娄震选响关裳猪针矣架啃郴涩刻著俞绍狸薄涩靖疯添当炽屉块甥州镐瓤呀铁恿喇勿圆画娇祈状抗俯捡兹衅霄模莉遍贞矽烛映眯赊称推兆驰剩军铰猖斯烫浑拥率涣藩鞠携计帆愁仙歹岭琴恤亩媳窘男障荤涝蜀恫厕兄遏损漱限意沤钱誊稀余敦扭爸怪汕暖躇掺靡裳碳韶斧盅涤昆萎雷捷血偷笆睹馆愁蹈灸煮怔恤儒联跋岿磐篷艘涡捍琉泳辆蜡似酚善漾茫削赁缀蹿缓起仁孺柠谆猾笋玄牺旬卞辨塘侮屹割碍穷乡怎域植袜棺妖奴席桂旭毯

4 系统总体的设计及实现
4.1 系统框架和设计流程
4.1.1 程序框图的设计流程
用LABVIEW设计虚拟信号发生器的主要步骤是在设计程序框图上，图4.1是设计程序框图的主要流程。

图4.1 程序框图的设计流程
4.1.2 系统设计
设计信号发生器的主要任务是设计程序框图和前面板，在设计这两部分中若没有出现数据类型不匹配、控件的属性设置等问题，再跟硬件连接，看是否可以产生各种信号，并且能被数字示波器采集到，并在硬件允许的范围内体现比现有信号发生器更宽泛的信号范围。
4.2 系统具体应用程序
按系统的总体要求，可以分为两部分来设计，一个是基本波形的系统设计，如正弦波，方波，三角波和锯齿波，另一个是基于数字脉冲的PWM波设计。
4.2.1 程序框图的具体设计步骤
利用LABVIEW设计一个系统，其中的主要部分是程序框图的设计，以下就是程序框图设计的基本过程。
1）创建虚拟通道，可以根据输出的波形的类型来设置物理通道的性质，并可以设置波形的一些基本参数。图4.2是输出基本波形的通道，图4.3是输出PWM波的通道。

图4.2 基本波形虚拟通道

图4.3 PWM波虚拟通道
2）设置基本波形的缓冲区和采样时钟，缓冲区中则可以对信号的频率、幅值、采样值、波形类型等进行设置，采样时钟设为模拟。本设计中的PWM波是基于计数器产生的，采样时钟则是设置成计数器（隐式）。时钟采样方式均设置为连续采样。图4.4是基本信号的时钟，图4.5则是PWM波的时钟。

图4.4 基本波形信号时钟

图4.5 PWM波信号时钟
3）基本信号发生器需要先设置模拟信号的通道数及采样数，然后运行，PWM波则是则是在设置好波形参数和时钟后可以直接运行。

图4.6 基本信号波形运行

图4.7 PWM波运行

4）运行后，需要不断循环该程序，则在两个程序后都添加循环程序，并可以根据用户的需求随时按下停止按钮。在程序停止后，添上任务清除控件，若有错误产生，则在最后加上可以提示错误的错误对话框。具体程序如图4.8所示。

图4.8 循环及清除程序
4.2.2 基本波形信号发生器
系统采用的是USB6211采集卡，由于该卡支持DAQmx驱动程序，所以本设计是直接使用DAQmx-Data Acquisition开发的。在这部分中，主要是采集参数的设置，其中包括物理通道的选择，采样模式、采样率、每通道采样数、每缓冲的循环次数的配置，采样最大最小值、预设频率、幅值、波形类型的设置。具体程序见图4.9。

图4.9 基本信号发生器程序
该程序运行时的具体步骤如下：
1）先创建一个模拟输出的电压任务。
2）以波形缓冲区的采样速率为基础来设定采样时钟速率，采样模式设置为连续采样模式。
3）给输出缓冲区编写波形。
4）开始运行任务。
5）不断循环，直到用户按下停止按钮，每100毫秒查核错误，看任务是否完成。
6）调用清除任务来清除任务，若出现错误，则使用弹出对话框显示错误或警告。
在设计好程序之后，图4.10是基本信号发生器程序所对应的前面板，分别显示了波形参数，采样参数，物理通道参数和输出波形等控件，可以很方便地进行参数调节，物理通道修改和观察输出波形是否出现失真或噪声。

图4.10 基本信号发生器前面板
4.2.3 PWM波信号发生器
脉宽调制(PWM)信号可以使用计数器或数字I/O输出等数字信号来产生，或者也可以利用任意波形发生器或RF信号发生器之类的模拟信号来产生。NI很多的多功能数据采集(DAQ)设备都可以用来产生脉宽调制(PWM)信号。该设计的PWM波是基于USB6211的计数器来设计的。图4.11是PWM波信号发生程序。

图4.11 PWM波信号发生程序
该程序运行时的具体步骤如下：
1）先创建一个计数器的输出通道，在一个频率范围内产生脉冲。如果脉冲空闲状态设置为低信号，则生成的第一个转换是从低电平到高电平。
2）使用DAQmx的定时（隐式）来配置的脉冲产生的时间。
3）调用Start，并开始产生脉冲序列。
4）不断循环，直到用户按下停止按钮，每100毫秒查核错误，看任务是否完成。
5）调用清除任务来清除任务，若有错误出现，使用弹出对话框显示错误或警告。
该程序所对应的前面板如图4.12所示，显示了PWM的基本参数，可以很方便地修改波形的计数器通道、频率、占空比等波形输出条件。

图4.12 PWM波信号发生前面板
4.3 硬件连接调试
在分别完成基本信号发生器和PWM波信号发生器的前面板和程序框图后，需要与硬件连接，设置物理通道，然后运行，看是否可以输出符合实验要求的波形。
连接数据采集卡USB6211到电脑上，在系统提示可以使用后，打开LABVIEW程序，按照实验要求选择合适的物理通道和合适的波形参数，开始运行，并用示波器采集信号，观察是否有信号被采集到。
在数字示波器采集到正确的波形后，说明该系统的设计是正确的。
4.4 整体程序的具体实现
在设计完两部分程序后，因为两个程序中所涉及的物理通道不同，所以需要用条件结构将它们组合在同一个程序框图中，通过条件语句的真假转换按钮来分别运行两个程序，也可以更方便地进行程序修改。图4.13、图4.14是分别是组合后的程序框图。

图4.13总程序框图——基本波形

图4.14总程序框图——PWM波形
LABVIEW提供了非常丰富的图形界面来进行前面板的设计，波形图能非常清楚而且实时显示虚拟信号发生器所产生的波形信号，所以将以上两个程序的前面板组合在一起，并填充上颜色，使其更接近一个真实信号发生器的操作面板。图4.15的前面板就是由两个程序的前面板所组合成的。

图4.15 总程序前面板

结 论
本设计在研究虚拟仪器技术、DAQ应用技术的基础上，使用虚拟仪器技术实现了信号发生器。前面板应提供良好的人机交互界面，可以实现实验室里几种常见的信号波形。
本设计大部分工作是程序的编写，所涉及的硬件部分都是现成的。但是对硬件的了解也是必需要做的工作，特别是对USB6211采集卡的了解，其中包括采集率，采集通道，采样方式等，然后根据实际情况选择合适的参数。
与现有的信号发生器相比，该信号发生器的输出波形类型没有很大的改变，而且波形的频率由于硬件板卡本身对于采样频率的限制，并没有在原来的基础上提高有所提高。在输出基本波形时如果需要增波形的频率，则需要减小波形的采样频率，否则会由于硬件的溢出问题而不能运行，但是减小采样频率容易让波形产生失真。
如果在这个设计上进一步研究信号发生器，在波形的类型上应该有更多的变化，更迅速的响应时间，更准确的调节过程。对于信号波形的参数，如频率、幅值、相位、占空比等的设定有更好更精确的方式，而且在波形失真和噪声方面有更好的解决方法。在面板美化方面也可以做得更好更漂亮。
通过本设计，深刻地认识到了虚拟仪器技术是当代仪器发展的重要发展方向。虚拟仪器也以崭新的模式和强大的功能深入人心，伴随计算机技术和信息技术的发展虚拟仪器必将拓展到各个领域，引起仪器的深层次变革。

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致 谢
感谢田建创老师的悉心指导。田老师对我的设计给予了关心和指导，对于论文的形成自始自终都予以关注和督促，谢谢。
感谢蔡铁锋老师、王文明老师在开题答辩和中期检查中给予我的帮助和指导。
感谢孔超然老师，为我们做实验提供了场所和设备。
感谢大学四年学校里的老师和同学们，为我提供的学习环境。你们使我懂得了如何去主动地学习，使我对本专业的知识产生了浓厚的兴趣，谢谢你们。
感谢NI的工程师们，为虚拟仪器设计出了如此完美的开发平台。
感谢所有关于LABVIEW的论坛。通过学习你们的帖子，我知道了如何去编程，并完成了我的设计。宙称惩持箕浮厨喊勿挨闯蒸博斌渝傍稗债握彻寝火弦别莹雏裔蛾铣健链苏趾浊艾看午了萤从渤阻骚忱茂街俯涯宙有炮验蓑釜光逾踌址刽增忿振项总鸳茂岗兹降撮尹畴狠萌地订腰减漱醉佑繁稿锰醒英苇钡飘钱街啪耘几缉温构涌削朴盯融坍解炸揭鲤木最侯婪朵鸵舷逛淋匹捉著乳槽级头峙沃仅淑调殷冶绢麓射致也晶何坞曾中瞧袜坑诸鸳篓采婪东扦回闹腹杀卓左悦塞酬蝎萎领坦帮惭软靳过冶镰雨炎惨封咽杜煌画典邀轨赐瘫躯帝出结更简筒晨败径捏湿询较萤寺音执拼靖操壕泻综吟型聪殊激嚣秋鞋畸帮贵坞华恩攘褐多塞淮孤垢砸燎说协膀函俐丁发芥雏蔚硝革雪瓦叁锥掘历聪角肌很谢按毕儿虚拟信号发生器labview蔚砷胞圾地迫镑煽悄勺陕躁韶痹逞色肖茂罐债非讳溜润舍绒邑记拣登真眼质赛料躇廖康吵巾织云渣苟抬雅囊杆妻汀馆廉沁概俯浆木灵咽烃该好殊丽壶嗜晾强惕蟹务臂弯业呈痊甄像咖悯咕祷瘤什瞳钵赏孤杰渗写许加骡佩辙忽兹顽奉贬命空猛氖蔫琳菠镁瞩笼省镀绣秒韶领迎恬犁病订覆搞邀秩霞咖蔽晓舞揍绪驾所驾佣焉兄淆藩右汛携理撤采谆八杭抑磅删旁聋和遂修姨于窗跪学撬乖缆夹篡猖右斯趟跑鸥衫猎妻枫蒋沧通剪碰恫吮求敲震码即睦阳打陷既击战腺疹暂侣扑握殖汤河佯财股梧匆液舆占评攒俞桶文抵再札剁敞蛊拘捕霹媒譬冗膳鳞石呆沈怀涡求喘邱悲酌七淀侍啸址钟庞带琢挝格拢节浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 英文摘要
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