仪器设计实验报告mDOC

实验1 仿真信号产生实验

一、实验目的：

1．熟悉LabVIEW中仿真信号的多种产生函数及参数设置。

2．掌握常用测试仿真信号的产生。

3．学会产生复杂的函数波形和任意波形。

二、实验内容：

1．采用Express VI仿真信号发生器，产生规定的附有噪声的正弦信号，并显示波形。

2. 采用波形发生器VI，产生规定的附有噪声的多波形信号，并显示波形。

3. 产生任意波形信号，并显示和存盘。

4. 采用公式节点，产生规定的复杂函数信号。

三、实验器材：

安装有LabVIEW软件的计算机1台

四、实验原理：

1．虚拟仪器中获得信号数据的3个途径：

（1）对被测的模拟信号，使用数据采集卡或其他硬件电路，进行采样和A/D变换，送入计算机。

（2）从文件读入以前存储的波形数据，或由其他仪器采集的波形数据。

（3）在LabVIEW中的波形产生函数得到的仿真信号波形数据。

2．测试信号在LabVIEW中的表示

在LabVIEW中测试信号已经是离散化的时域波形数据，表示信号的数据类型有数组、波形数据和动态数据3种。

波形数据是一种特殊的簇结构，它由时间起始值t0、两个采样点的时间间隔值dt以及采样数据一维数组Y组合成的一个簇。它的物理意义是对一个模拟信号x(t)从时间t0开始进行采样和A/D转换，采样率为fs,对应采样时间间隔dt=1/fs ，数组Y为各个时刻的采样值。对周期信号，1个周期的采样点数等于采样频率除以信号频率。

3．仿真信号产生函数

在LabVIEW中产生一个仿真信号，相当于通过软件实现了一个信号发生器的功能。LabVIEW提供了丰富的仿真信号，包括正弦、方波、三角波、多频信号、调制信号、随机噪声信号、任意波形等。针对不同的数据形式(动态数据类型、波形数据和数组)，LabVIEW中有3个不同层次的信号发生器(Express VI仿真信号发生器、波形发生器VI和普通信号发生器VI)。

4．公式节点产生仿真信号

用公式节点可以产生能够用公式进行描述的信号，用公式节点可产生经过复杂运算生成的信号。公式波形．Vi产生的信号是波形数据，它的途径是：模板函数→信号处理→波形生成→公式波形．vi。五、实验步骤：

1．设计一个简易的正弦波发生器，频率、幅值和直流偏值在面板上可调，还可叠加噪声信号，并显示波形。

分析：采用Express VI仿真信号发生器可以完成。

（1）前面板设计：应包括的控件有波形频率、幅度和直流偏值输入设置，噪声的标准偏差设置，显示波形的图形控件，还可用一个选择开关控制程序启动和停止。见图1正弦波加噪声发生器前面板。

图1 正弦波加噪声发生器前面板

（2）框图程序设计：

图2 正弦波加噪声发生器框图程序

（3）运行程序：改变以上参数，注意观察信号波形的变化。

图3 正弦波加噪声发生器程序

2．设计一个简易的仿真多波形发生器，可产生频率、幅值和直流偏值可调的正弦、方波、三角波、锯齿波信号，还可叠加高斯噪声信号，并且采样率和采样点可选，显示波形。

分析：Express VI仿真信号发生器使用方便，在编程时用户可改变各种参数，并能马上演示结果。但是有些参数（包括波形类型、采样率和采样点等）无输入端口，即运行程序后用户不能从面板改变。而波形发生器VI提供了更多和灵活的输入端口。所以本题目采用波形发生器VI中的函数来完成。

（1）前面板设计：在1题的前面板基础上再增加波形选择旋钮knob控件和采样率和采样点输入簇控件，并对旋钮（Knob）控件的文本列表属性进行设置，正弦波、三角波、方波、锯齿波对应数值分别为0～3。再选用一些面板装饰控件，调整各控件的位置、大小和显示层数，把前面板设计成较美观、实用的虚拟仪器面板，参考界面如图4 仿真多波形发生器程序所示。

图4 仿真多波形发生器程序

（2）框图程序设计：选用波形发生器VI中的Basic Function Generator函数产生要求的4种周期信号，它的输入参数见图5（a）。连接波形选择knob旋钮到signal type端口，连接频率、幅度、采样参数簇端口。选用波形发生器VI中的Gaussian White Noise Waveform函数产生标准偏差可调的高斯白噪声，用2次加法运算完成信号的直流偏值设置和叠加高斯白噪声，因为Labview中的许多运算具有多态性（即不同类型的数据可参与运算）。然后全部放入1个While循环中，用开关控制循环的结束。见图5 仿真多波形发生器框图程序。

(a) Basic Function Generator函数(b) Gaussian White Noise Waveform函数

图5 仿真多波形发生器框图程序

（3）运行程序：①分别改变信号的类型、频率、幅值和直流偏值，观察输出信号的变化。②改变噪声的大小，观察输出信号的变化。如图6 仿真多波形发生器程序。

图6 仿真多波形发生器程序

（4）在程序中添加1个指示型波形数据簇，连接到输出波形上。让噪声等于0，分别改变波形和改变采样频率和采样点数，观察输出信号波形变化，记录波形数据。注意信号的频率与采样频率的关系。如图6 仿真多波形发生器程序

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图6 仿真多波形发生器程序

3．产生如下图7所示的任意波形信号，显示波形，并且把波形数据存盘，存放格式为2维的电子表

格文件。

图7 需产生的任意波形

提示：采用Express VI中的Simulate Arbitrary Signal，打开如图8所示的对话框，根据要求从图中得到1组X和Y的值定义信号，时间间隔取1秒。使用Waveform Graph显示波形，可使用Write To Spreadsheet File函数存盘。需注意的是，Simulate Arbitrary Signal输出的波形数据为动态数据，只有1组Y的值，X 初始值和X间隔。若直接存盘，只有Y的值，无X的值。想一想，怎样得到X的值。

图8 Si8mulate Arbitrary Signal函数的信号定义对话框

数据存表程序框图，及数据存表结果如下图9。