基于LabVIEW的任意波形发生器设计

---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------1/20基于LabVIEW的任意波形发生器设计摘要任意波形发生器是现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，本论文的主要工作是结合虚拟仪器技术，进行任意波形发生器的研究与设计。论文介绍了虚拟仪器技术的基本理论，进行了任意波形发生器的软件设计，制定了系统整体方案。本利用功能强大的图形化虚拟仪器开发平台LabVIEW，主要完成对软件系统的设计，采用模块化的设计思想，每个功能的实现由一个模块完成。其中主要包括标准信号（正弦波、方波、三角波、锯齿波）、均匀白噪声、高斯白噪声以及任意波形的生成。最后对虚拟任意波形发生器进行了系统测试和性能分析，实验结果达到了预先的设计要求。9224关键词虚拟仪器；任意波形发生器；LabVIEW毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleDesignofArbitraryWaveformGeneratorbasedonLabVIEWAbstractArbitraryWaveformGeneratorisamodernfieldtestoneofthemostwidelyusedgeneral-purposeequipment.Themaintaskofthispaperisacombinationofvirtualinstrumenttechnology,arbitrarywaveformgeneratoroftheresearchanddesign.Thepaperintroducesthebasictheoryofvirtualinstrumenttechnology.Thepapercarriedoutarbitrarywaveformgeneratorsoftwaredesign.Developedasystemasawholeprogram.Thispaper,apowerfulgraphicaldevelopmentplatformVirtualInstrumentLabVIEW,mainlytocompletethedesignofsoftwaresystems,usingmodulardesignconcept,everyfunctionoftransitionfromonemoduletocomplete.WhichmainlyincludethegenerationofStandardedsignals(Sinewave,Triangularwave,Squarewave,Sawtooth---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------3/20wave),Uniformwhitenoise,Gaussianwhitenoiseandarbitrarywaveform.Finally,thevirtualarbitrarywaveformgeneratorofthesystemtestingandperformanceanalysis,experimentalresultstopre-designrequirments.3.1.2主要功能213．2程序设计流程图223．3标准波形的设计233.3.1正弦波的设计233.3.2三角波的设计233.3.3方波的设计233.3.4锯齿波的设计243.3.5基本函数发生器的设计243．4噪声信号的设计253.4.1均匀白噪声的设计253.4.2高斯白噪声的设计273．5任意波形的设计283．6波形的保存和读取293.6.1波形的保存293.6.2波形的读取294虚拟任意波形发生器的功能显示304．1基本波形功能304.1.1正弦波功能30---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------5/204.1.2三角波功能304.1.3方波功能314.1.4锯齿波功能314．2噪声信号功能324.2.1均匀白噪声功能324.2.2高斯白噪声功能324．3任意波形334．4本设计存在的不足和缺陷33结论34致谢35参考文献361绪论1.1选题背景作为工业产品特别是电力、电子产品的研制和生产领域中最重要的测试设备之一，波形发生器的发展历史可以追溯到上世纪40年代。1943年惠普为海军研究实验室开发了第一台波形发生器，从而使得人们在测试设备时可以利用可控的信号源进行比较完善和安全的测试和测量。在随后的二十年间，波形发生器一直随着电子技术、计算机技术的发展而发展，几乎成为这些技术发展的一个缩影。从技术上看，波形发生器经历了由模拟式波形发生器、数字式波形发生器到虚拟波形发生器的发展过程。1.2虚拟仪器概述1.2.1虚拟仪器的概念---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------7/20虚拟仪器（VirtualInstrument,VI）的概念是有美国国家仪器公司（NI）最先提出的。所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，他可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可继承于自动控制、公演控制系统之中；可自由构件成专有仪器系统。虚拟仪器是智能仪器之后的一代测量仪器。虚拟仪器的核心技术思想就是“软件即是仪器”。该技术把仪器分为计算机、仪器硬件和应用软件三部分。虚拟仪器以通用计算机和配备标准数字接口的测量仪器（包括GPIB\RS232等传统仪器以及新兴的VXI模块化仪器）为基础，将仪器硬件连接到各种计算机平台上，直接利用计算机丰富的软硬件资源，将计算机硬件（处理机、储存器、显示器）和测量仪器（频率计、示波器、信号源）等硬件资源与计算机软硬件资源（包括数据的处理、控制、分析和表达、过程通讯以及图形用户界面）有机的结合起来。1.2.2虚拟仪器技术的发展电子测量仪器发展至今，经历了指针式仪表、模拟器件仪器、数字器件仪器、智能仪器、个人仪器、虚拟仪器等发展阶段。1986年美国国家仪器公司(NationalInstrument，NI)提出了虚拟仪器(VirtualInstrumentation)的概念。这一概念的核心是以计算机作为仪器的硬件支撑，充分利用计算机的数据运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等功能，把传统仪器的专业功能软件化，使之更加紧密的与计算机融为一体，构成一种从外观到功能都与传统仪器相似，但在实现时却主要依赖计算机软硬件资源的全新仪器系统。虚拟仪器技术的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式。虚拟仪器技术给用户一个充分发挥自己的才能、想象力的空间。用户(而不是仪器厂家)可以随心所欲的根据自己的需求，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用需求，所需要的只是一些必要的硬件加上通用计算机。利用通用的仪器硬件平台，调用不同的测试软件就可以构成不同功能的仪器。于是，就有了“软件就是仪器”的说法。这不仅仅是强调软件的重要性，更说明软件是现代仪器系统的核心。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------9/20仪器发展的最新方向和潮流，是信息技术的一个重要领域，对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。从20世纪80年代Nl公司提出拟仪器的概念至今只有短短的十余年时间，但虚拟仪器产品已经占有了世界仪表仪器市场10%左右的份额。毋庸置疑，虚拟仪器不仅是21世纪仪器发展的方向，而且必将逐步取代传统的硬件化电子仪器，使成千上万种传统仪器都融入计算机体系中。从事虚拟仪器的公司在过去大部分上中、小企业，它们的产品在性能上无法与大型的台式仪器相比，大型的测量仪器公司也不愿意投入人力物力去开发PC基插卡仪器。此时，NI公司发现PC基仪器甚至台式仪器缺少测量工程技术人员易学易懂的编程工具，这些编程工具对于危机是通用的，对于测量仪器也是通用的，但是软件专业公司不会花力气去开发，测量仪器公司也做不好，NI公司看准这一点，定位自己的作用是沟通计算机与测量仪器，开发出非软件专业的测量仪器用户都会使用的编程工具。由于策略和定位的对路，适逢Microsoft公司推出图形截面的Windows操作系统，NI公司的第三代产品Labviews/CVI和Labview大获成功，这些图形编程工具的使用者只需要根据图表和鼠标就可以编制测量程序，NI公司的LabVIEW编程工具的销售量近年甚至超过HP公司的VEE编程工具，NI公司亦成为测量仪器业界的最有影响的PC基仪器供应商和仪用软件公司。1.2.3虚拟仪器的特点优势虚拟仪器是基于计算机的功能化硬件模块和计算机软件构成的电子测试仪器，而软件是虚拟仪器的核心。其中软件的基础部分是设备驱动软件，而这些是虚拟仪器的核心。其中软件的基础是设备驱动软件，而这些标准的仪器驱动软件使得系统的开发与仪器的硬件变化无关。这是虚拟仪器最大的优点之一，有了这一点，仪器的开发和换代时间将得到大大的缩短。虚拟仪器中应用程序将可选硬件（如---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------11/20GPIB,VXI,RS-232,DAQ板）和可重复使用的库函数等软件结合在一起，实现了一起模块间通信、定时与触发。原码库函数为用户构造自己的虚拟仪器（VI）系统提供了基本的软件模块。由于VI的模块化、开放性和灵活性，以及软件是关键的特点，当用户的测试要求变化时可以方便地由用户自己来增减硬、软件模块，或重新配置现有系统以满足新的测试要求。这样，当用户从一个项目转向另一个项目时，就能简单地构造出新的VI系统而不丢失已有的硬件和软件资源。(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。(5)与其他设备互联的能力虚拟仪器通常具备标准化的总线或通信接口，具有与其他设备互联的能力。虚拟仪器能够通过以太网与Iniemet相连，或者通过现场总线完成对现场设备件控和管理等。这种互联能力使虚拟仪器系统的功能显著增加，应用领域明显扩大。1.2.4虚拟仪器系统的构成虚拟仪器系统结构图如图1-1所示：图1-1虚拟仪器系统结构图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一232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---------------------------