微型虚拟任意信号发生器的设计与实现
基于LabVIEW的虚拟任意信号发生器设计
基于LabVIEW的虚拟任意信号发生器设计赵华;张代远【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2013(023)007【摘要】为了解决传统的专用仪器开发难度大、周期长、成本高的问题,提出并实现了采用虚拟仪器技术实现的任意信号发生器,不但降低了开发成本,节省了开发时间,并且可以和其他虚拟仪器构成一个完整的实验系统而无需添加其他硬件产生信号输出供其他仪器使用.主要利用LabVIEW编程,在计算机内产生信号的数据,通过D/A模块将产生的数据按照一定的速率输出,从而得到连续的模拟信号波形.用户可以通过此虚拟任意信号发生器自己编辑波形,从而在真正意义上实现任意波形发生器功能.%The development of traditional dedicated instrument is difficult,long cycle and high cost.In order to solve the problem,proposed and implemented the development of arbitrary waveform generator using the virtual instrument technology.It not only reduces development costs and saves development time,but also constitutes a complete experimental system combined with other virtual instruments without adding additional hardware to produce the signal output for use by other instruments.The project is mainly programmed using the LabVIEW.Signal data is created in the computer and then it could acquire continuous analog signal waveform through the D/A module by certain data output rate.Virtual arbitrary waveform generator designed to allow users to edit thewaveform,achieving a true sense of the arbitrary waveform generator capability.【总页数】5页(P218-221,229)【作者】赵华;张代远【作者单位】南京邮电大学计算机学院,江苏南京210003;南京邮电大学计算机学院,江苏南京210003;江苏省无线传感网高技术研究重点实验室,江苏南京210003;南京邮电大学计算机技术研究所,江苏南京210003【正文语种】中文【中图分类】TP39【相关文献】1.基于LabVIEW的虚拟信号发生器的设计 [J], 杨凤霞2.基于LabVIEW9.0的虚拟信号发生器的设计 [J], 武一;戎向向3.基于FPGA与LabVIEW的DDS任意信号发生器设计 [J], 梁赫西;周密;谢虎城4.基于LabVIEW的虚拟信号发生器的设计 [J], 王小魏;何乾伟;刘治彬5.基于LabVIEW的虚拟信号发生器的设计与实现 [J], 张黎;蔡亮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
毕业设计(论文)-基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现
摘要摘要传统的信号发生器其功能完全靠硬件实现，功能单一而且用户的购置、维护费用高。
更重要的是，对于传统的信号发生器，其功能一旦确定便不能更改，用户要想使用新的功能则必须重新购买新的仪器，传统信号发生器的不足是显而易见的。
虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。
本课题完成了“虚拟信号发生器”的理论研究，在很大程度上解决了传统信号发生器的诸多弊端。
本文主要研究虚拟仪器在信号发生器领域里的软件编程。
本虚拟仪器可完成输出多种信号波形的同时产生与输出，信号输出频率、幅度等参数实时可调。
本文研究的虚拟信号发生器主要具有如下优点：用户可自由定义其功能；系统功能升级扩充方便快捷、可与电脑等设备方便的互联。
关键词: 虚拟仪器, 信号发生器,虚拟信号发生器, LabVIEW目录AbstractThe functions of traditional signal generators are carried out solely on hardware, and at the same time the functions of traditional signal generators are singleness and costly for purchasing and maintaining, What is more important is that the functions of traditional signal generators can not be altered once they are fixed. Users must get new ones so long as they want new functions. Thus, the defects of traditional signal generators are obvious. Virtual instrument is formed by the instrument technology, computer technology, bus technology and software technology. Powerful digital processing’s ability of computer is used to achieve the main functions of instrument. Virtual instrument broke the framework of the traditional instruments, and built a new device model. This dissertation has accomplished the theoretical research, and made up the various shortcomings of traditional signal generators to great degree. This virtual signal generator can achieve the input and output of multi signals, and such parameters as signal output frequency and amplitude can be adjusted timely. The advantages of this virtual signal generator include the following: low cost of hardware, user custom functions, convenience of the upgrading and enlargement of systematic functions, and connectable with computers.Keywords: Virtual Instrument , Signal Generator , Virtual Signal Generator , Labview目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1研究背景及动态 (1)1.2本项目的研究意义及本文主要研究内容 (2)1.2.1本项目的研究意义 (2)1.2.2本文的主要研究内容 (2)第2章虚拟仪器和Labview简介 (4)2.1虚拟仪器的产生背景 (4)2.2虚拟仪器的概念 (5)2.3虚拟仪器的分类 (5)2.4虚拟仪器系统的构成 (6)2.4.1虚拟仪器系统的硬件构成 (7)2.4.2虚拟仪器系统的软件构成 (7)2.5虚拟仪器的优势 (8)2.6虚拟仪器的发展方向 (9)2.7图形化虚拟仪器开发平台——LABVIEW简介 (9)2.8本章小结 (12)第3章信号发生器 (13)3.1信号发生器概述 (13)3.2信号发生器的分类... . (14)3.2.1正弦信号发生器.. (14)3.2.2函数发生器.. (15)3.2.3脉冲信号发生器.. (15)3.2.4随机信号发生器.... . (15)3.3本章小结 (16)第4章基于虚拟仪器的信号发生器的设计 (17)4.1虚拟仪器的简单应用 (17)4.1.1 创建虚拟仪器 (17)4.1.2 为前面板添加控件 (19)4.1.3 修改信号 (22)目录4.1.4 本节小结 (24)4.2虚拟仪器实现多功能信号发生器 (24)4.2.1“信号发生器1”的设计 (25)4.2.2“信号发生器2”的设计 (29)4.2.3“信号发生器3”的设计 (31)4.2.4 本节小结 (33)4.3本章小结 (34)结论 (35)参考文献 (36)谢辞 (37)第1章绪论在有关电参量的测量中，我们需要用到信号源，而信号发生器则为我们提供了在测量中所需的信号源，它可以产生不同频率的正弦信号、方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号、调幅信号、调频信号和随机信号等，其输出信号的幅值也可以按需要进行调节。
虚拟信号发生器的设计
虚拟信号发生器的设计（巢湖学院物理与电子科学系王乐07037022）摘要:虚拟仪器是由一些必要的硬件获取调理信号，并以通用计算机为平台，实现不同测量软件对采集获得信号进行分析处理及显示。
它改变了传统电子测量仪器的概念和模式，用户完全可以自己定义仪器的功能和参数，即“软件既是仪器”。
计算机技术与网络技术的飞速发展，使得虚拟仪器已经成为现代电子测量仪器发展的趋势。
本文介绍了一种以LabVIEW为开发平台，能够产生正弦波、三角波、方波、锯齿波和任意波测试信号发生器，其平率、幅值、相位、电压偏置等参数可以设置，不但输出波形参数可调、而且可同步显示。
本系统通过采用TCP/IP技术来实现远程数据传输功能，当两台计算机设置好端口后，就可以进行数据传输。
与传统仪器相比，本系统具有高效、开放、使用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点，可用于医疗，工程等精密仪器的测试，具有较强的实用性和开发价值。
关键词:虚拟仪器，Labview，函数信号发生器，网络通信。
The design of virtual signal generator andremotereslizationAbstract:The virtual instrument which conditioning signals isgained by some essential hardware.It takes the general-purposecomputer as a platform and the signal is realized through thedifferent measurement software,such as signal’s analyze,processand display etc.The concept and mode of traditional measuringinstruments are changed,the parameters and functions can betransformed by the user,namely,"software is the instrument".Withthe rapid development of computer and network technology,thevirtual instrument has become a developing trend of modernelectronic measuring instruments.In this paper development platform LabVIEW is introduced firstly,then the test signals of Sine,triangle,square sawtooth andarbitrary waveform is described in the virtual signal generator.The functions of signal generator are set,such as frequency,amplitude,phase,voltage bias etc.Not only output parameters canbe adjusted but also the corresponding wave is acquiredsimultaneously in this system. The function of remote datatransmission is performed by TCP/IP technology.Data is transportedwhen the port parameters between two computers areset. Compared with traditional machines,advantages of the virtualinstrument are showed in efficiency,opening,easy using,strongfunction,cost-effective and operation etc.It can be used fortesting of medical and engineering precision instruments.Key words：Virtual instrument，LabVIEW，Function generator，NetworkCommunication第1章绪论在有关电参量的测量中，我们需要用到信号源，而信号发生器则为我们提供了在测量中所需的信号源，它可以产生不同频率的正弦信号、方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号、调幅信号、调频信号和随机信号等，其输出信号的幅值也可以按需要进行调节。
虚拟信号发生器的设计
虚拟信号发生器的设计一、虚拟仪器概述1、虚拟仪器与传统仪器的比较与传统仪器相比,虚拟仪器有以下一些特点 :(1软件是核心仪器驱动软件的功能是实现与仪器硬件的接口和通信,应用软件则完成用户定义的测试和仪器功能,并提供人机交互界面。
Nl 公司提出的“软件即仪器”是这一特点的形象概括。
(2灵活性和可扩展性仪器用户可以根据自己不断变化的需求,方便灵活的重组系统,系统的扩展、升级随时进行,而且系统更新的周期短、见效快,能充分满足用户在不同场合的应用需求。
(3性价比高虚拟仪器可以将在传统仪器中由硬件完成的功能转为软件实现,减少了自动测试系统的硬件环节,降低了系统的开发成本和维护成本。
虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的测量,信号传输大部分采用数字信号的形式,数据处理也主要依赖软件来实现,大大降低了环境干扰和系统误差的影响。
用户可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能,实现一机多用。
因此,使用虚拟仪器比传统仪器更经济。
(4良好的人机界面虚拟仪器的操控界面是采用图形化编程技术实现的一种虚拟面板或称为软面板。
可以模拟传统仪器面板的设计风格来设计,也可以由用户根据实际需要定制设计。
测量结果可以通过计算机屏幕以曲线、图形、数据表格等形式显示。
2、虚拟仪器系统的构成虚拟仪器由硬件和软件两大部分构成。
虚拟仪器硬件通常包括通用计算机和外围硬件设备。
通用计算机可以是笔记本电脑、台式 PC 机或工作站等。
外围硬件设备可以选择 GPIB 系统、 VXI 系统、 USB 系统、数据采集系统或其他系统,也可以选择两种以上系统构成的混合系统。
其中,最简单、最廉价的形式是采用基于 ISA 或 PCI 总线的数据采集卡,或是基于 RS-232或 USB 总线的便携式数据采集模块。
虚拟仪器的软件包括操作系统、仪器驱动程序和应用软件三个层次。
操作系统可以选择 Windowsgx/NT/2000/XP、 Linux 等。
虚拟仪器驱动程序软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序,应用软件通过仪器驱动器实现与外围硬件模块的通信连接。
虚拟信号发生器的设计
虚拟仪器应用设计实验四虚拟信号发生器的设计姓名：班级：学号：日期：2013-9实验四虚拟信号发生器的设计一、实验目的利用LabVIEW开发环境设计信号发生器、测量算术平均值二、实验内容1、虚拟信号发生器的设计（1）打开一个新的VI。
（2）创建前面板。
①右击前面板空白处，弹出控件选板。
②在控件选板上单击【新式】/【下拉列表与枚举】/【枚举】，将其托放在前面板上。
③使用标签工具将其命名为信号源。
④在控件选板上单击【新式】/【数值】/【数值显示控件】，将数值显示控件托放在前面板上，照此拖放六个，使用标签工具将其分别命名为信号频率、采样、相位输入、幅值、采样频率、占空比。
⑤右击信号源控件，在弹出的快捷菜单中选择【编辑项】，在【编辑项】选项卡中单击“插入”,输入“正弦波”，对应的数字显示为0。
同样的方法输入“三角波”、“方波”、“锯齿波”，对应的数值显示分别为1、2、3。
如图所示。
⑥在控件选板上单击【新式】/【布尔】/【停止按钮】，将其托放在前面板上，同时隐藏其标签。
⑦在控件选板上单击【新式】/【布尔】/【垂直翘板开关】，将其托放在前面板上，并使用标签工具将其命名为重置相位。
⑧在控件选板上单击【新式】/【图形】/【波形图】，将其托放在前面板上。
（3）切换到VI的程序框图。
（4）创建程序框图。
①右击程序框图空白处，弹出函数选板。
②在函数选板上单击【编程】/【结构】/【While循环】，将其拖放在程序框图中，并包围前面板上所有控件的对应节点。
③在函数选板上单击【编程】/【结构】/【条件结构】，将其拖放在while循环结构中。
④使用连线工具将信号源节点（枚举型）连接到条件结构的选择器接线端，此时选择器标签值由“真”、“假”变为“正弦波，默认”、“三角波”。
⑤右击条件结构边框，在弹出的快捷菜单中选择【在后面添加分支】。
同样的方法重复操作一次。
此时条件结构添加了两个分支，其标签值分别为“方波”、“锯齿波”。
⑥在函数选板上单击【信号处理】/【信号生成】/【正弦波】，将其拖放在标签值为“正弦波，默认”的条件结构中。
《模拟电子技术》简易函数信号发生器的设计与制作
《模拟电子技术》简易函数信号发生器的设计与制作1 整机设计1.1 设计任务及要求结合所学的模拟电子技在此处键入公式。
术知识，运用AD软件设计并制作一简易函数信号发生器，要求能产生方波和三角波信号，且频率可调，并自行设计电路所需电源1.2 整机实现的基本原理及框图1.电源电路组成由变压器—整流电路—滤波电路—滤波电路—稳压电路组成。
变压器将220V 电源降压至双15V，经整流电路变换成单方向脉冲直流电压，此电源使用四个整流二极管组成全波整流桥电源变压器的作用是将电网220V 的交流电压变成整流电路所需要的电压u1。
因此，u1=nu i（n 为变压器的变比）。
整流电路的作用是将交流电压山变换成单方向脉动的直流U2。
整流电路主要有半波整流、全波整流方式。
以单相桥式整流电路为例，U2=0.9u1。
每只二极管所承受的最大反向电压u RN= √2u1，平均电流I D(A V),=12I R=0.45U1R对于RC 滤波电路，C的选择应适应下式，即RC放电时间常数应该满足：RC= (3~5）T/2，T 为50Hz 交流电压的周期，即20ms。
此电源使用大电容滤波，稳压电路，正电压部分由三端稳压器7812输出固定的正12V电压，负电压部分由三端稳压器7912输出固定-12V电压。
并联两颗LED灯分别指示正负电压。
2．该函数发生器由运放构成电压比较器出方波信号，方波信号经过积分器变为三角波输出。
2 硬件电路设计硬件电路设计使用Altium Designer 8.3设计PCB，画好NE5532P,7812及7912的原理图和封装后，按照电路图画好原理图后生成PCB图。
合理摆放好各器件后设置规则：各焊盘大小按实际情况设置为了更容易的进行打孔操作，设置偏大一些，正负12V电源线路宽度首选尺寸1.2mm，最小宽度1mm，最大宽度1.2mm，GND线路宽度首选尺寸1mm，最小宽度1mm，最大宽度1.5mm，其他线路首选尺寸0.6mm，最小宽度1mm，最大宽度1.2mm。
实验三 虚拟函数发生器的设计和虚拟示波器的使用
实验三虚拟函数发生器的设计和虚拟示波器的使用一、实验目的1）了解并掌握如何使用虚拟仪器完成信号分析2）了解DAQ 的使用方法3）掌握创建子VI 的方法二、预习要求1）掌握一般函数发生器和示波器的使用方法2）了解采样定理，频率混叠现象产生的原因和处理方法。
三、实验内容1）利用LabVIEW 设计一简易虚拟函数发生器。
该函数发生器具有普通函数发生器的基本功能：能够产生正弦波、方波和三角波。
信号的幅度、频率、初始相位、直流偏移量、占空比（只对方波）可调。
设计完虚拟函数发生器之后，利用DAQ 和NI ELVIS 设备，并通过示波器观察信号波形，记录相关数据进行比较，分析采样频率和采样点数对信号的影响。
2）使用NI ELVIS 提供虚拟示波器观察信号函数波形。
使用NI ELVIS 实验平台上提供的函数发生器产生信号波形，通过DAQ 采集数据，利用虚拟示波器观察波形记录数据进行比较。
3）创建自行设计的虚拟函数发生器为一子VI，可用于其他VI。
方法是鼠标右键点击窗口右上的图标，修改其中的Edit icon 和Show connector 两个属性。
4）选做：完成上述内容后可利用LabVIEW 提供的自相关计算模块完成函数发生器输出波形的自相关计算，显示计算结果和相关波形。
四、实验提示1）参考前面板设计如图3.1 所示。
添加采样频率和采样点数的控件，用于观察采样频率和采样点数对信号的影响。
图中右上图标处用于创建子VI。
部分实验程序框图如图3.2所示。
这里需要强调说明的实验本身目的并不仅仅是去完成一个函数发生器的设计，而是通过设计了解LabVIEW 的编程方法和信号分析。
事实上，在LabVIEW 中已经存在一个功能完善的基本函数发生器模块（位于Signal processing/Waveform Generation 中，如图3.3 所示），在Express VI 中也存在一个功能完善的函数发生器。
图3.3 所示的模块其实也是利用LabVIEW 中最基本的波形发生模块完成的，可以双击该模块看到该模块的程序框图，如图3.4 所示。
实验一虚拟信号发生器的的设计
实验一虚拟信号发生器的的设计学号：044100116 班级：通信041 姓名：马吉炜【实验目的】1.学习和掌握基于LabVIEW开发环境的编程技术2.学习和掌握LabVIEW中信号发生节点的使用3.熟悉虚拟仪器的组成【【实验内容】设计一基于PC机的信号发生器，能够产生方波、正弦波、三角波、锯齿波以及任意函数的波形，并能满足一定的性能指标。
一、信号发生器的用途在研制、生产、使用、测试和维修各种电子元器件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它产生不同频率、不同波形的电压、电流信号并加到被测器件、设备上，用其他测量仪器观察、测量被测者的输出响应，以分析确定它们的性能参数，如图所示。
这种提供测试用电信号的装置，统称为信号发生器，用在电子测量领域，也称为测试信号发生器。
和示波器、电压表、频率计等仪器一样，信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。
二、信号发生器按输出波形分类根据使用要求，信号发生器可以输出不同波形的信号。
按照输出信号的波形特性，信号发生器可分为正弦信号发生器和非正弦信号发生器。
非正弦信号发生器又可包括：脉冲信号发生器、函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列信号发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。
三、信号发生器的性能指标输出波形----能产生正弦波，余弦波，方波，锯齿波，三角波以及任意函数的波形，可以根据需要改变波形的频率和幅值。
频率范围----理论上全频段，但具体涉及到计算机性能。
输出电压----一般指输出电压的峰—峰值。
波形特性----不同波形有不同的表示法。
一般正弦波和三角波的特性用非线性失真系数表示；而方波的特性参数是上升时间。
如正弦信号发生器的输出在理想情况下应为单一频率的正弦波，但由于信号发生器内部放大器等元、器件的非线性，会使输出信号产生非线性失真，除了所需要的正弦波频率外， 还有其他谐波分量。
人们通常用信号频谱纯度来说明输出信号波形接近正弦波的程度，并用非线性失真系数γ表示：%100122322⨯+++=U U U U nγ1U 是基频分量的振幅，i U 是第i 次谐波分量的振幅。
基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现_翻译设计
基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现_翻译设计虚拟仪器是一种将传感器、仪器和设备等硬件部件替换为软件实现的测量仪器。
基于虚拟仪器的信号发生器是利用计算机软件生成各种类型的信号，以模拟实际测量中的信号源。
以下是基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现的一般步骤：1. 软件平台选择：选择适用于信号发生器设计的虚拟仪器软件平台，例如LabVIEW、MATLAB等。
2.界面设计：根据信号发生器的功能需求，设计用户界面。
用户界面应包括信号参数设置、波形展示、开始/停止等控制按钮。
3.信号生成算法实现：根据需要生成的信号类型（如正弦波、方波、三角波等），编写相应的信号生成算法。
算法可以利用基本的数学函数和算法来生成各种类型的信号。
4.参数设置与控制：在用户界面中添加对信号参数的设置和控制。
用户可以通过界面输入信号频率、幅度、相位等参数，并通过控制按钮控制信号的开始和停止。
5.波形展示：在用户界面中显示生成的信号波形。
可以使用波形绘图工具来实时绘制信号波形，或将生成的信号保存为文件进行后续处理和分析。
6.实时更新和响应：信号发生器应能实时更新生成的信号，并对用户输入的参数和控制进行及时响应。
应确保信号发生器的稳定性和准确性。
7.验证与测试：对设计的虚拟仪器信号发生器进行验证和测试。
可以通过与实际信号源进行比较，验证生成的信号是否符合预期。
8. 优化与改进：根据测试结果对虚拟仪器信号发生器进行优化和改进。
可以增加新的功能，修复潜在的bug，并提高信号发生器的性能和稳定性。
总之，基于虚拟仪器的信号发生器的设计与实现主要包括选择软件平台、设计界面、实现信号生成算法、参数设置与控制、波形展示、实时更新和响应、验证与测试以及优化与改进等步骤。
基于LabVIEW的虚拟信号发生器的设计与实现_张黎
图 ４ 正 弦 波 产 生 部 分 程 序
５．２ 锯 齿 波 的 实 现 锯齿波函数的调用路径：函数→信号处理 → 信 号 生 成
→ 锯 齿 波 。 执 行 上 述 操 作 后 ，出 现 如 图 ５ 所 示 函 数 。
图 ７ 正 弦 波 产 生 前 面 板
图 ５ 锯 齿 波 生 成 函 数
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬａｂＶＩＥＷ ｉｓ ａ ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｌａｎｇｕａｇｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ｔｏ ｕｓｅ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｌｉｂｒａｒｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｌａｔ－ ｆｏｒｍ ｏｆ ＬａｂＶＩＥＷ，ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔ ｃａｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ ｗｉｔｈ ｈａｒｄｗａｒｅ ｂｙ ｃａｌｌｉｎｇ ＤＬＬ，ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｓｉｇｎａｌｓ ｂｙ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃａｒｄ． Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｓ ｓｉｎｅ ｗａｖｅ，ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ，ｔｒｉａｎｇｌｅ ｗａｖｅ ａｎｄ ｓａｗｔｏｏｔｈ ｗａｖｅ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ，ｓｕｃｈ ａｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ，ｃａｎ ｂｅ ｃｈａｎｇｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｆｌｅｘｉｂｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ＬａｂＶＩＥＷ
虚拟数字信号发生器的设计与实现
［ 关键 词】 单片机 软 面板 ＡＴ８ Ｓ５ ＲＳ ３ 串行通讯 ９ １ ２２ ［ 中图分类号 ］ ３ ８ １ ＴＰ ６ ． 【 文献标识 码］ Ｂ ［ 文章编号］０ ７ ４ ６ （ ０ ０ １ ０ 提 高 了 ＡＤ７ ２ Ｌ 的 Ｖｒ ｆ 参考 电压精 ５０ Ｎ ｅ端
度 。
加 逻 辑 器 件 做 接 口 电 路 ， 实 现 了 单 片 机 对 ＡＤ７ ２ ＬＮ 转 换 芯 片 的 操 作 。 ５０ 运 用 ＡＤＧ４ ８电 子 模 拟 开 关 和 ８个 精 ０
密 电 阻 ， 构 成 分 压 电 路 ，给 ＡＤ７ ２ ＬＮ 转 ５０
・
数 字技 术 ・
虚拟数字信号发生器 的设计与实现
王 守 华 （ 林 电 子 科 技 大 学 教 学 实 践 部 广 西 桂 林 ５ １ ０ 桂 ４ ０ ４）
【 摘 要 】 拟 仪 器概 念 的 提 出 ，给 传 统仪 器 带 来 了一 次 革 命 。结 合 嵌入 式 技 术 的 运用 ，极 大 改变 了数 字 系统 固 有的 设 计 思路 。基 虚
信 ， 传 送 所 设 置 的 信 号 参 数 。 整 机 系 统 电 路 如 图 ｌ所 示 。
１． 数 ／模 转 换 的原理 １
在 单 片 机 数 ／模 转 换 电 路 的 设 计 中 ，
使 得 它 的 开 发 和 应 用 具 有 良 的 发 展 前 做 到 了 电 路 设 计 的 最 小 化 ， 即 没 用 任 何 附
在 系 统 中 ， 这 些 参 数 值 在 主 机 界 面 相 应 输 入 框 设 定 ， 然 后 单 片 机 根 据 这 些 参 数 来 发 生具体 的信号。 为 了 提 高 Ａ ／ Ｄ 转 换 精 度 ， 设 计 了 一 精 密 稳 压 电 源 模 块 ， 输 出 ＩＶ 直 流 电 压 ， 这 ６
毕业设计---利用虚拟仪器开发虚拟任意波形发生器和虚拟示波器
摘要随着计算机技术与测量仪器技术的结合，促使了一种新的测量仪器—虚拟仪器的出现。
虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，由个人计算机、仪器硬件及应用软件组成。
其基本工作原理是:先通过仪器硬件采集信号，然后通过软件编程来实现数据的显示及测量等功能。
随着网络通信技术的发展，网络化虚拟仪器也应运而生，它是将虚拟仪器技术与网络通信技术相结合，从而实现网络化测量。
本课题利用虚拟仪器开发平台Lab VIEW 和NI公司的数据采集卡设计了虚拟任意波形发生器和虚拟示波器。
虚拟任意波形发生器能够实现任意波形载入、增益控制、直流偏置调节、滤波器状态设置等功能。
虚拟示波器不但具有传统示波器的波形显示控制功能，而且还对传统示波器的功能进行了扩展，实现了参数自动测量显示、波形存储和频率响应分析等功能。
最后，本文总结并以实例说明了Lab VIEW 实现网络通信的几种方法:TCP或UDP通信、Data Socket, Web Server及远程面板技术等。
关键词:虚拟仪器，Lab VIEW，任意波形发生器，示波器，Data SocketAbstractThe combination of computer technology and measure technology make a kind of new measure instrument--virtual instruments. Virtual instruments is a kind of instruments of functional meaning, it is composed of personal computer, hardware and applied software. The basic principle is the hardware acquires singles, then using the software to realize data displaying and measurement. Along with the development of communication and network technology, the networked virtual instruments appeared. Networked virtual instruments implement networked measurement, which is the outcome of virtual instruments integrate with network communication technology.Based on the software Lab VIEW of virtual instrument and data acquisition card of NI, the virtual arbitrary waveform generator and virtual oscilloscope are designed in this thesis. The virtual arbitrary waveform generator has such functions as arbitrary waveform loading, gain controlling, dc offset adjusting, filters setting up. The virtual oscilloscope not only has the functions achieved in traditional scope such as waveform display and control, but also achieves some expanded functions. For example, the parameters can be measured and displayed automatically, the waveform can be saved and the frequency response can be analyzed.Ultimately, this thesis sums up several means of Lab VIEW to realize communication through network such as TCP or UDP communication, Data Socket, Web Server and remote panels technology.Keywords: Virtual Instruments, Lab VIEV, Arbitrary Waveform Generator, Oscilloscope, Data Socket目录第1章绪论 (1)1.1研究背景和课题的提出 (1)1.2国内外研究现状综述 (1)1.3课题的主要工作和本文的主要内容 (2)第2章虚拟仪器及其开发平台Lab VIEW (3)2.1 虚拟仪器 (3)2.1.1 虚拟仪器的概念 (3)2.2.2 Lab VIEW的特点与应用 (3)2.1.3 虚拟仪器的组成 (4)2.1.4 虚拟仪器的分类、应用和发展方向 (5)2.1.5 PXI模块化仪器平台 (8)2.2 虚拟仪器开发平台Lab VIEW (9)2.2.1 Lab VIEW简介 (9)2.2.2 Lab VIEW的特点与应用 (9)2.2.3 Lab VIEW编程 (11)第3章虚拟任意波形发生器的设计 (13)3.1 虚拟任意波形发生器简介 (13)3.2 虚拟任意波形发生器软件编程 (13)3.2.1 虚拟任意波形发生器前面板设计 (13)3.2.2 虚拟任意波形发生器程序框图设计 (16)3.3 虚拟示波器简介 (16)3.4 虚拟示波器的软件编程 (17)3.4.1 虚拟示波器前面板设计 (17)3.4.2 虚拟示波器的程序框图设计 (18)第4章基于虚拟仪器的网络通信技术 (20)4.1 网络化虚拟仪器 (20)4.2 Web Server及远程面板技术 (21)4.2.1 Lab VIEW中的Web Server设置 (21)4.2.2 发布前面板对象 (21)4.2.3 发布HTML文件 (22)结束语 (25)参考文献 (26)致谢 (27)第一章绪论1.1 研究背景和课题的提出20世纪80年代中期NI( National Instruments，即美国国家仪器公司)首先提出了“软件就是仪器"( The Software is the Instrument)这一基于计算机技术的虚拟仪器概念。
虚拟仪器课程设计报告--基于虚拟仪器的信号发生器设计
虚拟仪器课程设计报告——基于虚拟仪器的信号发生器设计组员：XXX班级：XXXXXXX专业：测控技术与仪器学院：机电学院指导老师：XXXXXX目录一、设计要求 (3)二、设计思路 (3)三、前面板设计 (3)四、后面板的程序框图设计 (5)五、设计结果 (8)六、结果分析 (11)七、发现问题及解决方案 (11)八、设计总结 (12)基于虚拟仪器的信号发生器设计一、设计要求（1）能产生正弦、方波（占空比可调）、锯齿波、三角波，幅度、相位、频绿可调；（2）最大输出频率：100KHz，最大幅度10V;(3) 幅度、相位、频率均连续可调；（4）界面美观，操作方便；（5）模拟输出通过示波器观察以上功能；二、设计思路（1）总体设计思路根据设计要求，先做出一个单通道的信号发生器，在LabVIEW界面上运行，实现基本的要求，即可以显示各种波形而且幅度频率等连续可调，然后再加上一个信号发生器，将它们进行捆绑，实现两个信号同时显示的双通道信号发生器功能，最后利用数据采集卡和DAQ 助手连接到示波器，检验结果是否和LabVIEW界面上运行的结果吻合。
（2）要求分析对于要求1：可以采用基本函数信号发生器，就可以产生相应的波形。
对于要求2：由于采集卡的限制，当达到100KHz的时候，波形会有所失真，这个时候需要调节相应的采样频率可以使波形得到相应改善。
对于要求3：设置一个旋钮按键就可以实现连续调节。
对于要求4：可以在修饰中根据自己的需要做相应的装饰。
对于要求5：可以使用DAQ助手和数据采集卡来实现输出，在示波器上显示。
三、前面板设计前面板是用户接口即交互式界面用于用户输入各种控制参数观察输出量和显示输出信号波形，在前面板中使用了各种仿真图标、旋钮开关等，并以数字显示或实时波形图等控件模拟真实仪器的面板，在使用中直接通过鼠标和键盘设定信号的相关参数。
我们设计的双通道信号发生器的前面板如下图所示：主要由以下几部分组成：（1）信号类型选择部分：包括四种波形的选择（正弦波、三角波、方波、锯齿波）。
微型虚拟示波器的设计与实现
微型虚拟示波器的设计与实现微型虚拟示波器的设计与实现接触USB总线已经有5年左右的时间了，刚接触USB时就采用了周立功代理的芯片——PDIUSBD12，该芯片为USB设备控制器，可以实现批量12Mbps的数据传输率。
采用该芯片我设计了一些数据采集系统以及信号发生系统，主要应用于虚拟测试。
这里我想总结一下我以前设计实现的微型虚拟示波器，并对示波器的关键技术作一下简单总结。
实物展示微型虚拟示波器一共设计了三版，下图是一个稳定版本。
总的来说体积还是相当小的，技术指标也还可以，能和一台普通20MHz带宽的模拟示波器相媲美。
上图所示的板子为示波器的核心部分，还需要前向通道电路，实现阻抗匹配、信号衰减以及程控放大。
上位机的测控软件基于Labview平台，软件界面如下图所示，Labview通过CLF接口访问动态链接库，从而操作硬件系统。
点击看原图虚拟示波器的硬件部分完成信号获取，本质为一个数据采集系统。
软件部分完成信号处理，定义具体仪器的功能。
如果只需要显示时域波形，那么该仪器定义为示波器，如果需要定义成频谱分析仪，那么加入频谱分析的算法环节（FFT频域变换）就可以了。
设计实现的微型虚拟示波器指标如下：1、基于USB总线，无需外部电源，即插即测；2、体积小，80mm×65mm，普通人手掌大小；3、±5V(1:1示波器探头)双极性信号输入；4、×0.5、×5倍程控放大；5、单/双通道可选择输入模式；6、实现单通道80MHz采样率，双通道40MHz采样率；7、单通道64K板载存储器，双通道32K板载存储器，并且程控调节存储容量8、8位垂直数据分辨率；9、外触发、程序触发等工作模式；10、8级采样频率程控选择；11、WDM驱动程序，适用于WINDOWS98/2000/XP操作系统；12、采用DLL动态连接库与LabVIEW连接；系统原理框图微型虚拟示波器的系统原理框图如下所示：输入信号经过无源探头进行阻抗匹配，设计的输入阻抗为1MR/20PF。
实验5 虚拟信号发生器设计
实验5 虚拟信号发生器设计实验目的：综合使用Labview 编程技术，结合实际应用设计一款虚拟信号发生器。
设计要求：能产生常用信号、公式波形，可选择是否添加噪声；可设置波形的频率、幅值、直流偏移量、占空比。
设计过程：虚拟信号发生器就是利用采集卡的模拟输出功能来连续产生一些设定好的信号，相对于传统信号发生器，它具有更加丰富的功能。
图5-1即为一个虚拟信号发生器的实例。
前面板右边的几个控件用于设置信号的频率、幅值等基本参数。
下边的控件用于设置信号的类型，除了能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等基本函数波外，还能选择生成公式波形，只要在公式框中输入需要的波形公式代码，单击“更新”按钮即可。
另外还可以在输出信号中添加噪声，并可以自定义噪声的类型和幅度。
图5-1 虚拟信号发生器前面板在Labview中要实现这样的一虚拟信号发生器，看是困难，其实并不复杂，其程序代码分为“初始化”、“主体程序”和“退出”3个模块，使用一个顺序结构将它们组合在一起就能完成整个软件的构架，下面是具体设计过程。
5.1 初始化初始化就是为一些控件或变量赋初值，以便程序具有合理的初始参数和严格的逻辑性，减少程序出错的几率。
虚拟信号发生器的“初始化”代码如图5-2所示，它们位于层叠式顺序结构的第0帧，这里主要进行了两项设置：通过属性节点来设置波形图显示控件的显示区域背景色以及清空显示波形；将“退出系统”按钮值设置为假（即非按下状态）。
图5-2 虚拟信号发生器的“初始化”代码初始化并不是必须的，设置的内容也不是固定的，用户可以根据程序的实际情况来决定具体的初始化内容，初始化只是为了使程序更加完善，逻辑性更强。
5.2 主体程序初始化完成后，进入层叠式顺序结构的第一帧，这里是虚拟信号发生器的主体程序，实际上就是一个连续模拟信号输出。
这里给出一种虚拟信号发生器的信号生成机制，如图5-3所示，当然，我们也可以根据实际情况，给出其它方案。
创建任务并配置通道后，首先将函数节点生成的信号模板写入到输出缓存中，然后，启动任务开始模拟输出，接下来进入循环，在循环中继续生成信号模板并写入输出缓存。
基于虚拟仪器信号发生器设计与实现
Ｌ ｂ ＩＷ 与虚 拟 仪 器 有 着 紧 密 的联 系 ， Ｌ ｂ ＩＷ 中开 发 ２３ １ 前 面 板 设 计 ａＶ Ｅ 在 ａＶＥ ．． 的程 序 都 被 称 为 Ｖ （ 拟 仪 器 ）其 扩 展 名 默 认 为 ｖ。 所 有 的 Ｖ Ｉ虚 ， ｉ Ｉ 都 包 括 前 面 板 、 图 以 及 图标 和 连 接 器 窗 格 ３部 分 。 面板 是 图 框 前 形 用 户 界 面 ， 是 Ｖ 的 前 面 板 ， 户 可 以 在 面板 上 任 意 添 加 控 也 Ｉ 用 件 ， 常 用 的 仪器 控 件 类 似 ， 作方 便 。 图 是 定义 Ｖ 功 能 的 图 与 操 框 Ｉ 形 化 源 代码 。 在框 图 中 对 Ｖ 编 程 的 主要 工 作 就 是 从 前 面板 的输 Ｉ
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基于虚拟仪器信号发 生器设计 与实现
刘连 生 ， 海 兵 汪
（ 国 民航 大 学 ａ基 础 试 验 中心 ；． 空 自动 化 学 院 ， 津 ３ｏ ０ ） 中 ． ｂ航 天 ０ ３ｏ
摘 要 ： 绍 了基 于 Ｎ 公 司的软 件 开发 平 台 Ｉ ｂ Ｉ Ｗ 的 虚 拟仪 器设 计 方 法 。利 用 Ｉ ｂ Ｉ Ｗ 图形 编 程 语 言 。 计 了基 于 介 Ｉ Ｊ ＶＥ ａ Ｊ ＶＥ ａ 设
１ 基 于 Ｌａ ＶＩ Ｗ 的虚 拟 仪 器 开 发 ｂ Ｅ
Ｖ Ｅ 是 一 种 图 形 化 的编 程 语 言 和 开 发 环 境 ， 广 泛 地 过 配 置 ， 以 形 象 地 给 设 备 板 卡 命 名 以便 使 用 ， 将 ５ １ ＩＷ 它 可 如 ４ ２板 卡 被 工 业 界 、 术 界 和 研 究 实 验 室所 接 受 ， 公 认 是 标 准 的 数 据 采 命 名 为 “ ｂ 。 学 被 Ａｒ” 集 和 仪 器 控 制 软 件 。 Ｌ ｂ ＩＷ 不 仅 提 供 了 遵 从 Ｇ Ｉ ， Ｘ ， ａＶＥ ＰＢ Ｖ Ｉ
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频率 控制字
频率 累加器
正弦波形 存储器
D/A 转换器
信号
低通 输出 滤波器
根据奈奎斯特采样定律将一个正弦信号取样、量化、 编码，形成一个正弦函数表存于EPROM中，通过改变 相位累加器的频率控制字来改变相位增量，并将变化的 相位/幅值量化的数字信号通过Ｄ/Ａ转换器及低通滤波 器即可得到合成的模拟信号。
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放大 滤波 模块
10
三、硬件系统开发
DDS波形产生模块设计 任意波形产生模块设计 USB通信接口设计
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11
3.1 DDS波形产生模块设计
直接频率合成（DDS）原理 DDS波形成产方案选择 DDS波形产生电路
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12
3.1.1直接频率合成(DDS)原理
直接频率合成技术（DDS）
AD公司提供的DDS芯片 ，内部包括32位相位累加器、正弦查询表、 高性能DAC、高速比较器和滤波器，能实现全数字编程控制的频率合 成器和时钟发生器，其最高时钟源可达125M；32bits频率控制字,5bit 相位调制,简化的控制接口,并行或串行输入形式。
DGND 1 DGND 2
U2 DGND
DGND OSC
微型，80mm*70mm
采用LabVIEW或者LabScene作为上层软件
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8
设计思想
USB电缆
PC或笔记本
产生波形
VC软件
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LabVIEW或LabScene
9
硬件系统设计框图
USB接口 通信模块
任意波形 产生模块
微控制器 89S52
CPLD 逻辑控制模块
DDS波形 产生模块
OSC 3 CLKIN +5VD 4 +5V
DSS3 1
DSS2 2
DSS1 3
DSS0 4
DGND 5
+5V 6
W_ C LK7
FQ_UD 8
CLKIN 9
DGND 10
+5V 11
R11
12
3.9K G_CLK 13 14
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R ESET9 85 0
D3 AD9850D4
D2
D5
D1
D6
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16
3.2 任意波形产生模块设计
任意波形产生原理 任意波形产生电路设计
D/A转换控制电路 D/A基准电压产生模块 波形数据存取电路 CPLD控制电路 波形处理模块
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17
3.2.1任意波形产生原理
利用计算机产生所需信号的波形数据，存 入波形数据存储器，在CPLD的控制下同时 选通存储器和Ｄ/Ａ转换器,在两者之间建立 直接的数据通道,使存储器相应单元中的波 形数据传送给Ｄ/Ａ转换器产生具有一定幅 度、频率、相位的模拟波形。 波形频率由CPLD的时钟信号决定。 CPLD的时钟信号由AD9850提供。
21 IOUT
R7 50
20 IOUTB
50
19 DGND
18 +5V
R8
17
16 VINP 15 VINN
R9 R110K
1K
IOUT IOUTB
15
并行装入方式的时序图
W_CLK、FQ_UD控制信号由CPLD内部产生； 总线DATA在W_CLK上升沿将数据装入寄存器，40位需重复 5次。最后在FQ_UD上升沿把40位数据从输入寄存器装入到 频率、相位及控制数据寄存器控制数据寄存器。
微型虚拟任意信号发生器 的设计与实现
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1
内容提纲
研究意义及现状 系统设计方案 硬件系统设计 软件系统设计 任意信号发生器测试效果
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2
一、研究意义及现状
传统信号发生器
正弦波信号源 函数发生器 脉冲发生器 扫描发生器
针对特定应用 产生波形种类有限 波形不可编程
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3
研究意义及现状
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18
3.2.2任意波形产生电路设计
D/A转换器的选择
D/A转换器是整个系统的核心器件，波形信号的质量取决于 其分辨率和数据输出速率。其制约关系为：
1. D/A的分辨率越高，则高次谐波的分量越小；
2. 一周期的数据点数越多，模拟信号越平滑；
3. 一周期数据点数多，则信号所能达到的最高频率则降低；
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13
3.1.2 DDS波形成产方案选择
方案一：根据DDS原理，用EEPROM存储 器、高精度D/A再配以CPLD的控制时序实 现； 缺点：成本高、调试难度大、开发周期长 方案二：根据系统需要，选择合适的DDS 芯片，配以简单的外围电路实现；可大大 缩短开发周期
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14
3.1.3 DDS波形产生电路
4. D/A的输出速率越高，波形平滑度越好，一般情况下并行 D/A的输出速率高，但是占用的I/O也多；
综合上述因素，本设计采用了MAXIM公司的MAX5541， 它是16位D/A，电压输出，10MHz三线式串行总线接口， 1us的信号建立时间。
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19
3.2.2任意波形产生电路设计
D/A转换控制时序
7
二、系统设计方案
设计指标
USB通信接口，实现即插即用
无需外部电源，工作电流〈500mA
具有DDS模式和ARB模式；
波形频率 0.01Hz(DC)~80KHz(ARB模式点数为8 )
0.01Hz(DC)~1MHz(DDS模式)。
频率分辨率 ：0.01HZ
波形存贮容量 ：32K
垂直分辨率 ：16位
波形幅度 ：0~2.5 Vpp
可整理ppt换控制电路 由CPLD控制完成，包括：
8位并行数据
16位并行数据
16位并行数据 16位串行数据
16位串行数据 3线接口时序
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21
D/A转换控制电路的具体实现
1. 采用状态机机制(定义状态ss：start,send16,over) 2. 定义16进制计数器counter16 3. counter16.clock=clk; ss.clk=clk;
D0
D7
DGND DGND
DVDD DVDD
W_CLK RSET
FQ_UD IOUT
CLKIN IOUTB
AGND AGND
AVDD AVDD
RSET DACBL
QOUT VINP
QOUTB VINN
AD9 85 0
28 DSS4
27 DSS5
26 DSS6
25 DSS7
24 DGND
23 +5V
22 RST9850
虚拟任意波形发生器
综合其他信号源产生波形能力 产生波形可编程控制 适用于各种仿真试验、教学实验等
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4
仪器发展历史
分立仪器
GPIB
可整理ppt
虚拟仪器
5
美国NI公司虚拟测试系统软硬件产品
可整理ppt
6
目标——吉林大学虚拟实验室
DAQ
LabView
CCU
AWG
WEB
RLC
可整理SpCpOt PE