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1、深圳大学研究生课程论文题目基于LabVIEW的多功能信号发生器设计成绩专业控制工程（秋）课程名称LabVIEW软件与虚拟仪器设计实践年级2015级姓名张晓杰学号2151160401时间2016年4月任课教师李天利基于LabVIEW的多功能信号发生器设计张晓杰2151160401深圳大学机电与控制工程学院摘要：本文利用虚拟仪器技术采用LabVIEW环境下开发的程序,组建了多功能信号发生器。该发生器不仅能产生信号的参数可调的正弦波、方波、三角波和锯齿波这4种基本波形,还能将各种基础波形相互叠加，或者与噪声信号相互
2、叠加后的波形信号,从而产生其它任意波形，同时还可轻松、快捷地将这些信号波形显示出来。解决了传统信号发生器只能产生基本波形的局限性,为学习和实践测试提供了一条捷径。关键词：虚拟仪器；多功能信号发生器；LabVIEW1课题背景和意义虚拟仪器是在以通用计算机为核心的硬件平台上,由用户自己设计定义,具有虚拟面板,测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。信号发生器作为科学实验中比较重要的装置,被广泛地应用到教学、科研等各个实验领域。传统的模拟信号发生器一般只能产生几种常规的波形,而在一些复杂和特殊的应用中,要求输出
3、任意波形且要易于程控。目前,我国高档台式仪器,如数字示波器、频谱分析仪等还主要依赖进口。这些仪器加工工艺复杂,对制造水平要求高,生产突破有困难,而采用虚拟技术后,就可通过只采购适合自己应用情况的通用仪器硬件,依靠虚拟仪器软件开发平台,设计出所需的高性能价格比的仪器系统。物理仪器(计算机和采集卡)和虚拟仪器(LabVIEW软件中一些V1控件)相结合方法，设计出一种可以产生多种波形的物理信号发生器。由于采用硬件少、成本低，该种信号发生器极易实现。在计算机普及的今天，只要在PC内安装LabVIEW软件，并配置一块普
4、通的USB采集卡，就可以产生一台性能可调的信号发生器。该方案为高校实验教学、科学研究和野外测试工作提供了方便快捷的信号源。目前，信号发生器已广泛地应用在工业测试和教学科研等许多领域中，它可以产生不同频率、不同幅值的正弦信号、方波信号、锯齿波信号和三角波信号等常用波形信号。传统的信号发生器种类繁多，总体分为通用信号发生器和专用信号发生器。根据仪器性能优劣，信号发生器的价格和应用场合也存在很大差异。通用信号发生器价格一般在几百元到几千元，主要应用在高校实验教学和工业测试工作中；专用信号发生器的价格高达几万元，主要
5、应用在科研工作中。传统的信号发生器主要存在以下几个缺点：功能固定，不能扩展；电路元件多，不同类型的输出信号要求不同的电子元件；仪器组装与维修工作复杂；价格较贵，不易携带。2 多功能信号发生器软件设计思路2.1软件开发平台本文采用的开发平台是LabVIEW，该软件是目前最流行的美国NationalInstruments(简称NI)公司开发出来的。在LabVIEW软件环境中开发的每个程序称为VirtualInstrument(简称VI)，这些虚拟仪器充分体现了LabVIEW的核心思想，即“软件就是仪器“。在信号的
6、测试处理、计算分析和输出显示过程中，虚拟仪器代替物理仪器，不仅减少测试成本，还缩减了开发周期，并能够提高系统的可扩展性和维护的灵活性。2.2多功能信号发生器的基本功能信号发生器实现8个功能:1)产生标准波形(如正弦波、方波、三角波和锯齿波),还有任意波形的产生(如公式波);2)对波形幅度、频率、相位、方波占空比(0～100%)、偏置(-5～5V)等参数进行调节;3)对波形添加噪声信号(高斯白噪声Gamma噪声和周期性随机噪声);4)通过运算实现幅度衰减(输出波形幅度范围:-5～5V;衰减范围:20dB、40d
7、B、60dB);5)能够对频率进行微调及倍乘(微调范围:0.0001～1Hz,频率选择范围0.0000～4.9999Hz);6)能够存储和读取波形数据,为分析数据提供方便。7)通过输入公式产生不同的波形(表达式中只能包含a、w、n、t、f这五个参数);2.2基于虚拟仪器控件生成波形信号的数学模型的构建2.2.1正弦交流信号的数学模型位：（i=1,2,3......N）上式中：调节Um可以实现信号调幅的目的；调节惫值可以改变信号的频率；改变N值可以调节输出信号的采样率；改变口可以调节信号的初相角；调节士睾可以实
8、现信号的直流偏置作用。取余函数MOD(i／N)可以控制循环变量i分布在若干个相同的整数区间[O，N]，下面公式中的取余函数脚D(i／N)的作用也是如此。2.2.2锯齿波信号的数学模型:设每个周期信号的采样点为N个，锯齿波上升阶段的采样点为M个，信号的最大幅值为u。严生锯齿波信号的数学模型为：在上式中，常数+-Um/2用来实现输出信号的直流偏置作用，+Um/2可以实现信喜沿着y轴方向增加Um/2伏特；
