基于虚拟仪器的多种波形发生器
基于虚拟仪器的多种波形发生器[20200406110529]
摘要
Labview软件强大的数据库和简单的图形化编辑语言给使用者带来了便捷、灵活、轻松的设计环境。发展到至今，它是最具影响、用户使用最多的虚拟仪器设计平台之一。
本设计利用Labview图形编辑化语言和计算机强大的运算能力，设计了一种方便，灵活的多种波形发生器，可以生成正弦波、方波、三角波和锯齿波等波形，并且能对其频率、幅值、相位、电压等参数进行准确的设置。经验证输出信号精确，并在实际应用中取得较好的效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:?波形发生器数据采集卡LabVIEW虚拟仪器
目 录
一．绪论 1
1.1虚拟仪器概述 1
1.1.1虚拟仪器简介 1
1.1.2虚拟仪器的构成 1
1.2.3虚拟仪器的特点 2
1.2虚拟仪器在国内外发展现状及趋势 2
1.3课题研究的目的和意义 3
1.4课题的主要任务 4
二．虚拟信号发生器的设计方案 6
2.1虚拟信号发生器的设计思想 6
2.2LabVIEW软件 6
2.2.1LabVIEW软件概述 6
2.2.2创建一个VI 7
2.2.3LabVIEW的操作模板 8
2.2.4程序调试技术 9
2.3虚拟仪器硬件介绍 10
2.3.1数据采集卡 10
2.3.2NI Elvis实验平台 11
三．基于LabVIEW的多种波形发生器的具体实现 13
3.1虚拟信号发生器的设计思路 13
3.2前面板的设计 13
3.3 构建程序框图 14
四．波形发生器的性能测试及结果分析 18
4.1正弦波信号 18
4.2方波信号 20
4.3三角波信号 21
4.4锯齿波信号 22
结束语 24
参考文献 25
致谢 26
一． 一．绪论
1.1虚拟仪器概述
1.1.1虚拟仪器简介
虚拟仪器的面板是虚拟的，前面板上可以设计出和传统仪器相同功能的控件。可以通过同样手法的操作来完成一个动作。因此，设计时只需要设置图标属性即可。
如图反映虚拟仪器的主要方式：
图1-1常见的虚拟仪器组建方案
1.1.2虚拟仪器的构成
虚拟仪器的构成框图：
图1-2虚拟仪器构成图
1.2.3虚拟仪器的特点
相对于传统仪器，虚拟仪器具有以下几个特点：
（1）虚拟仪器面板功能的多样化和灵活性的操作可以提高测量时操作的准确性，而且虚拟仪器是通过图形编程来实现其功能，用户便可以依照自己的需求来设计面板可以实现的功能。传统仪器因为要求测量精度高，其面板布置的原件过多，容易在测量时出现操作不正确而影响数据的精度等问题。
（2）软件既是硬件。
（3）仪器功能的自由选择和设定。
（4）只需要更新软件就可以提高仪器的性能。
（5）传统测量仪器的设计研发周期较长，虚拟仪器可以有效地缩短研发时间。
（6）虚拟仪器与计算机一起发展，可以通过网络实现互联。
1.2虚拟仪器在国内外发展现状及趋势
美国NI公司从提出虚拟仪器的概念后没有间断过虚拟仪器技术的研究与完善，还在不断推出新技术。惠普、Tektronix公司等也随着NI公司的脚步相继走进这个领域，随着越来越多的技术人员的努力，技术越发成熟。?目前虚拟仪器的研究在国外发展很快，很多厂商都已经在市场上推广自己研发的新产品，他们在测量结果、表达及其变换方面做了不少工作，建立了数据处理的高级分析库和工具开发库，例如快速傅里叶变换、卷积处理和相关函数处理等。In America，虚拟仪器理论和编程已经是理工科的学生必须学习的课程。虚拟仪器是仪器的发展的必然趋势，传统硬件仪器将难以追上它发展的脚步。
近年来，不少虚拟仪器开发平台的出现，使得越来越多的人通过这些平台来建立自己的测试系统。自从LabVIEW、LabWindows/CVI两个软件出现后，虚拟仪器借助成熟的图形编辑语言成为了人们最喜欢使用的开发工具。
虚拟仪器技术在我国的开发才刚刚开始，但已经被迅速认识并推广运用。从1995年以来，国内的多所高等院校、公司和研究所，在研究和开发方面做了大量工作，其成果已在汽车、自动化等方面得到应用。其中重庆大学测试中心所设计的FFT分析仪、噪声测试分析仪和多通道数据采集器等都得到了用户的认可，中国计量科学研究院后也发现它的产品完全符合国际技术指标。清华大学的检测系统就用到了虚拟仪器技术，用来检查发动机的各项数据，并可以在检测结束的时候给出完整的检测报告。国内也有好多企业投入资金来研制虚拟仪器。有些厂家为扩大虚拟仪器的运用范围，在测试的各方面做了许多工作：发布软件、建立数据处理库和研发工具库等，为虚拟仪器能够为复杂的系统测量而进行设计和不断地完善，虚拟仪器的推广促进了中国测试领域的技术革命。
介于当今计算机技术和虚拟仪器技术的快速发展，在这里展望一下虚拟仪器的发展趋势。
1.“软件就是仪器”,仪器=AD/DA+CPU+软件。虚拟仪器的硬件开发将更为简单灵活。仪器的价值、性能等将由软件部分直接反映，同时仪器软件部分的工作量会大幅度提高。
2.计算机互联网的快速发展，分析仪器的远程诊断和维修以及远程教育将会变为可能。
3.未来VXI总线等会向更标准化、规范化方向发展, 影响虚拟仪器的设计, 降低仪器的支持和维护成本。
4.在编程语言方面, 肯定要从C/C++向Java语言发展。
5.犹如个人计算机一样，虚拟仪器将来会更小型、功能更强大， 个人分析仪器甚至个人实验室将会成为可能。
1.3课题研究的目的和意义
LabVIEW是一种图形化的编程系统中的一个里程碑，利用它图形前面板可以模拟传统仪器的控件按钮，通过对模块框图来指定不同的功能组合。它不仅提供了直观的图形化开发环境，一种新的编程方法，还将两者进行了有机结合，极大的节约了用户的时间，提高了工作效率。LabVIEW开发方式要比传统方式快很多倍，利用LabVIEW的模块和遗传结构，你可以在很短的时间内完成系统建设，改造设计。
LabVIEW提供了一个直观的环境，相对与传统仪器对数据采集和分析的繁琐方法，您可以通过软件控制成千上万的设备来完成，包括：GPIB，串行设备，以及插件设备，你也可以通过网络，ActiveX，共享数据库的方法是结合其他数据源，等等。完成数据采集后，更为灵活强大数据分析功能还可以对我们采集到的数据进行分析汇总，而后得到我们想要的信息。
随着技术的进步，仪器领域需要不断的更新设备，来满足越来越严格的要求。提高实验室设备的最有效的方法是通过提高虚拟仪器程序(也就是说,遵循标准的虚拟仪器)的工具，而不是购买新的硬件更新。在我国，由于技术的落后，年代稍微久远的仪器设备也需要更新。高档仪器耗资多，利用率不高，虚拟仪器的设计和使用方式却正好满足了这方面应用的需求。在LabVIEW中，软件就是仪器。LabVIEW作为一种检测、控制和数据处理工具，在世界的各个领域得到了广泛的应用。
1.4课题的主要任务
本设计用虚拟仪器代替真实仪器完成实践，利用虚拟仪器图形化编程语言，实现了多种波形发生器的功能。通过软件和硬件结合来完成这次设计。软件设计部分主要是使用图形编辑化软件（LabVIEW）设计波形发生器；硬件操作部分利用了数据采集卡和Elvis实验平台，产生多种波形信号；设计的波形发生器可以根据不同的需要，改变波形的频率和幅值。本设计用虚拟仪器代替真实仪器完成实践
首先对波形发生器进行整体构思，熟悉LabVIEW开发环境的使用和数据采集卡，熟练使用Elvis实验平台，利用LabVIEW对波形发生器参数设置控件、输出波形选择、波形的显示、开关控件进行设计。最后进行论文编辑，论文编辑的各部分内容如下：
摘要
Labview软件强大的数据库和简单的图形化编辑语言给使用者带来了便捷、灵活、轻松的设计环境。发展到至今，它是最具影响、用户使用最多的虚拟仪器设计平台之一。
本设计利用Labview图形编辑化语言和计算机强大的运算能力，设计了一种方便，灵活的多种波形发生器，可以生成正弦波、方波、三角波和锯齿波等波形，并且能对其频率、幅值、相位、电压等参数进行准确的设置。经验证输出信号精确，并在实际应用中取得较好的效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:?波形发生器数据采集卡LabVIEW虚拟仪器
目 录
一．绪论 1
1.1虚拟仪器概述 1
1.1.1虚拟仪器简介 1
1.1.2虚拟仪器的构成 1
1.2.3虚拟仪器的特点 2
1.2虚拟仪器在国内外发展现状及趋势 2
1.3课题研究的目的和意义 3
1.4课题的主要任务 4
二．虚拟信号发生器的设计方案 6
2.1虚拟信号发生器的设计思想 6
2.2LabVIEW软件 6
2.2.1LabVIEW软件概述 6
2.2.2创建一个VI 7
2.2.3LabVIEW的操作模板 8
2.2.4程序调试技术 9
2.3虚拟仪器硬件介绍 10
2.3.1数据采集卡 10
2.3.2NI Elvis实验平台 11
三．基于LabVIEW的多种波形发生器的具体实现 13
3.1虚拟信号发生器的设计思路 13
3.2前面板的设计 13
3.3 构建程序框图 14
四．波形发生器的性能测试及结果分析 18
4.1正弦波信号 18
4.2方波信号 20
4.3三角波信号 21
4.4锯齿波信号 22
结束语 24
参考文献 25
致谢 26
一． 一．绪论
1.1虚拟仪器概述
1.1.1虚拟仪器简介
虚拟仪器的面板是虚拟的，前面板上可以设计出和传统仪器相同功能的控件。可以通过同样手法的操作来完成一个动作。因此，设计时只需要设置图标属性即可。
如图反映虚拟仪器的主要方式：
图1-1常见的虚拟仪器组建方案
1.1.2虚拟仪器的构成
虚拟仪器的构成框图：
图1-2虚拟仪器构成图
1.2.3虚拟仪器的特点
相对于传统仪器，虚拟仪器具有以下几个特点：
（1）虚拟仪器面板功能的多样化和灵活性的操作可以提高测量时操作的准确性，而且虚拟仪器是通过图形编程来实现其功能，用户便可以依照自己的需求来设计面板可以实现的功能。传统仪器因为要求测量精度高，其面板布置的原件过多，容易在测量时出现操作不正确而影响数据的精度等问题。
（2）软件既是硬件。
（3）仪器功能的自由选择和设定。
（4）只需要更新软件就可以提高仪器的性能。
（5）传统测量仪器的设计研发周期较长，虚拟仪器可以有效地缩短研发时间。
（6）虚拟仪器与计算机一起发展，可以通过网络实现互联。
1.2虚拟仪器在国内外发展现状及趋势
美国NI公司从提出虚拟仪器的概念后没有间断过虚拟仪器技术的研究与完善，还在不断推出新技术。惠普、Tektronix公司等也随着NI公司的脚步相继走进这个领域，随着越来越多的技术人员的努力，技术越发成熟。?目前虚拟仪器的研究在国外发展很快，很多厂商都已经在市场上推广自己研发的新产品，他们在测量结果、表达及其变换方面做了不少工作，建立了数据处理的高级分析库和工具开发库，例如快速傅里叶变换、卷积处理和相关函数处理等。In America，虚拟仪器理论和编程已经是理工科的学生必须学习的课程。虚拟仪器是仪器的发展的必然趋势，传统硬件仪器将难以追上它发展的脚步。
近年来，不少虚拟仪器开发平台的出现，使得越来越多的人通过这些平台来建立自己的测试系统。自从LabVIEW、LabWindows/CVI两个软件出现后，虚拟仪器借助成熟的图形编辑语言成为了人们最喜欢使用的开发工具。
虚拟仪器技术在我国的开发才刚刚开始，但已经被迅速认识并推广运用。从1995年以来，国内的多所高等院校、公司和研究所，在研究和开发方面做了大量工作，其成果已在汽车、自动化等方面得到应用。其中重庆大学测试中心所设计的FFT分析仪、噪声测试分析仪和多通道数据采集器等都得到了用户的认可，中国计量科学研究院后也发现它的产品完全符合国际技术指标。清华大学的检测系统就用到了虚拟仪器技术，用来检查发动机的各项数据，并可以在检测结束的时候给出完整的检测报告。国内也有好多企业投入资金来研制虚拟仪器。有些厂家为扩大虚拟仪器的运用范围，在测试的各方面做了许多工作：发布软件、建立数据处理库和研发工具库等，为虚拟仪器能够为复杂的系统测量而进行设计和不断地完善，虚拟仪器的推广促进了中国测试领域的技术革命。
介于当今计算机技术和虚拟仪器技术的快速发展，在这里展望一下虚拟仪器的发展趋势。
1.“软件就是仪器”,仪器=AD/DA+CPU+软件。虚拟仪器的硬件开发将更为简单灵活。仪器的价值、性能等将由软件部分直接反映，同时仪器软件部分的工作量会大幅度提高。
2.计算机互联网的快速发展，分析仪器的远程诊断和维修以及远程教育将会变为可能。
3.未来VXI总线等会向更标准化、规范化方向发展, 影响虚拟仪器的设计, 降低仪器的支持和维护成本。
4.在编程语言方面, 肯定要从C/C++向Java语言发展。
5.犹如个人计算机一样，虚拟仪器将来会更小型、功能更强大， 个人分析仪器甚至个人实验室将会成为可能。
1.3课题研究的目的和意义
LabVIEW是一种图形化的编程系统中的一个里程碑，利用它图形前面板可以模拟传统仪器的控件按钮，通过对模块框图来指定不同的功能组合。它不仅提供了直观的图形化开发环境，一种新的编程方法，还将两者进行了有机结合，极大的节约了用户的时间，提高了工作效率。LabVIEW开发方式要比传统方式快很多倍，利用LabVIEW的模块和遗传结构，你可以在很短的时间内完成系统建设，改造设计。
LabVIEW提供了一个直观的环境，相对与传统仪器对数据采集和分析的繁琐方法，您可以通过软件控制成千上万的设备来完成，包括：GPIB，串行设备，以及插件设备，你也可以通过网络，ActiveX，共享数据库的方法是结合其他数据源，等等。完成数据采集后，更为灵活强大数据分析功能还可以对我们采集到的数据进行分析汇总，而后得到我们想要的信息。
随着技术的进步，仪器领域需要不断的更新设备，来满足越来越严格的要求。提高实验室设备的最有效的方法是通过提高虚拟仪器程序(也就是说,遵循标准的虚拟仪器)的工具，而不是购买新的硬件更新。在我国，由于技术的落后，年代稍微久远的仪器设备也需要更新。高档仪器耗资多，利用率不高，虚拟仪器的设计和使用方式却正好满足了这方面应用的需求。在LabVIEW中，软件就是仪器。LabVIEW作为一种检测、控制和数据处理工具，在世界的各个领域得到了广泛的应用。
1.4课题的主要任务
本设计用虚拟仪器代替真实仪器完成实践，利用虚拟仪器图形化编程语言，实现了多种波形发生器的功能。通过软件和硬件结合来完成这次设计。软件设计部分主要是使用图形编辑化软件（LabVIEW）设计波形发生器；硬件操作部分利用了数据采集卡和Elvis实验平台，产生多种波形信号；设计的波形发生器可以根据不同的需要，改变波形的频率和幅值。本设计用虚拟仪器代替真实仪器完成实践
首先对波形发生器进行整体构思，熟悉LabVIEW开发环境的使用和数据采集卡，熟练使用Elvis实验平台，利用LabVIEW对波形发生器参数设置控件、输出波形选择、波形的显示、开关控件进行设计。最后进行论文编辑，论文编辑的各部分内容如下：
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