虚拟函数信号发生器的设计

魏 雯

[摘要]提出一种虚拟函数信号发生器的设计,依托于LabVIEW编程环境,不仅能够产生实验室常用的正弦波、方波、锯齿波等,并可模拟实际工作环境中添加了噪声后的波形信号,同时还可轻松、快捷地将这些信号波形显示出来。

[关键词]虚拟仪器信号发生器LabVIEW

中图分类号:TN99文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210040-01

一、引言

虚拟仪器是由用户定义功能,是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。信号发生器作为测量系统的重要成员,其传统模型由很多类型,有低频的和高频的,但它们都是独立存在。这样无形之中就增加了成本,堆积了资源。基于这种情况,我们提出一种基于虚拟函数信号发生器的设计,以LabVIEW为编程环境,开发出功能集成度很高的信号发生器。该信号发生器不但界面简洁通俗,而且功能,操作也很方便。它能产生实验室常用的正弦波、方波、锯齿波等波形,在某些功能上还能有所扩展。

二、虚拟函数信号发生器的设计

(一)设计总构想

本设计是依托于LabVIEW的编程环境,结合其自身的特点并联系信号发生器的需要条件,作出下列总体构想:1.输出波形多样化,除了基本的正弦波、方波、锯齿波等波形外,还将白噪声,多频波形也包含在内;2. 前面板上能同时显示相关波形及其参数调整情况;3.对输出波形采样点的数据能实现存储。本设计是以软件为设计为中枢,并将其分成几个子部分:参数设置、信号产生、波形显示和数据存储。

(二)虚拟函数信号发生器各子部分的设计

设计过程中,我们充分利用了信号发生器的工作原理,对其四个子部分进行详细而有针对性的设计研究,当然也是归功于LabVIEW具有图形化的编程语言的优势。

子部分一:参数设置

在这个环节中,我们根据产生信号的需求进行针对性的设置的。根据设计要求在前面板上放置幅度、频率、偏移量、相位等控件,并对它们的参数进行调整。详细见图1。

子部分二:信号产生

这个部分应该说是本设计的关键部分,主要完成信号产生所需信号的功能。要想产生正弦波、三角波、方波、锯齿波四种基本波形信号,很自然地会想到用LabVIEW中functions选板下waveform模板中的基本函数发生器(basic functions generator VI)节点,它不仅输出包含指定波形图形的数字型数组,而且包含时间参数,也即是波形数据。波形数据以簇的形式给出,包含起始时间t0,采样时间间隔dt和一个采样数据构成的数组。部分程序框图如图2。

子部分三:波形显示

LabVIEW很大的一个优势就是它提供了丰富的数据图形化显示控件。我们应该选择图表graph作为我们的波形显示控件。因为图表在画图之前会自动清空当前图表,然后把输入的数据画成曲线。

子部分四:数据存储

显而易见,函数型号发生器产生的数据是波形数据,所以在数据存储上,我们可以采用波形文件I/O子模板中的Write Wave to File VI节点,也可以采用Express子模板中的output中的Write LabVIEW Measurement FileVI节点,我们选择的是后者来将波形数据保存到存储介质中。

完成了四个字部分的逐个设计后,将它们有机地组合在一起,这样一个基本函数信号发生器就展现在我们面前,程序框图见图3。

(三)部分附加功能的实现

为了对噪声信号进行测试,在原有波形产生节点的基础上,增加了噪声信号发生子部分。我们主要是应用波形产生子模板中的公式波形VI节点来产生任意波形的。只要在formula端子输入的公式是用于生成输出多频波形信号的表达式,包含各种参数。该部分的程序框图如图4所示。

至于噪声信号发生器的设计,我们采用的是波形产生子模板中的Tones

and Noise Wave form.VI节点来产生叠加在正弦波上的高斯白噪声信号。

(四)前面板的设计

前面板是用户接口,即交互式界面,用于用户向程序中输入各种控制参数和观察输出量,在前面板中,使用了各种仿真图标,如开关、旋钮等,并以数字或实时图等各种形式的输出测试结果来模拟真实仪器的面板。前面板的设计,充分发挥了LabVIEW的特长,即建立了友好的人机操作界面,是处于整个设计的最上层。部分前面板的图形见图5所示。

三、结束语

本设计出的虚拟函数信号发生器的特点:(1)能产生频率10HZ―100MHZ的正弦波、三角波、方波、锯齿波、白噪声等波形信号,仪器功能强大,频率范围广;(2)界面友好简洁,功能选择、输出参数设置与旋钮调节以及波形显示、指针指示在前面板上都一一俱全。实践证明依托LabVIEW开发平台开发各种功能用途的虚拟仪器是仪器仪表领域的一个重要方向,具有深远的意义。

参考文献:

[1]陈锡辉、张银鸿,LabVIEW8.2程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2007.

[2]张重雄,虚拟仪器技术分析与设计[M].北京:电子工业出版社,2007.

[3]杨乐平、李海涛等,LabVIEW程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.

作者简介:

魏雯(1982-),女,本科,助教,主要研究方向为:信号采集与处理。