1 設(shè)計(jì)任務(wù)描述

 

1.1設(shè)計(jì)題目：基于labview的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

 

1.2設(shè)計(jì)要求

 

1.2.1設(shè)計(jì)目的

 

能夠熟悉利用Labview軟件，并用此軟件編寫程序框圖和構(gòu)造前面板。使設(shè)計(jì)的面板更直觀，漂亮。達(dá)到虛擬儀器的功能。

1.2.2基本要求

 

設(shè)計(jì)基于Labview 的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。

要求：1）掌握NI-DAQ使用方法。

      2）了解函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生方法。

      3）輸出一路占空比可調(diào)的方波信號(hào)，一路函數(shù)信號(hào)（輸出信號(hào)類型可選擇）。

1.2.3發(fā)揮部分

 

1）產(chǎn)生的正弦波、三角波、鋸齒波能夠調(diào)節(jié)頻率、幅值、相位；方波能夠調(diào)節(jié)占空比。

2）在調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上能夠?qū)㈩l率、幅值和相位的值顯示出來(lái)。

 

2 設(shè)計(jì)思路

 

理解題目以后，我們又回去查閱了很多相關(guān)資料。最后確定了設(shè)計(jì)的總體思路。用Labview軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程是先進(jìn)行程序框圖的設(shè)計(jì)，然后再設(shè)計(jì)前面板。首先是確定我們需要的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一共可以產(chǎn)生哪些波形，然后是各個(gè)波形怎樣實(shí)現(xiàn)和相互切換。最后是怎樣來(lái)控制波形的產(chǎn)生。

從一些資料中受到啟發(fā)，我們需要解決的一共就只有四個(gè)大問(wèn)題：

<波形選擇>：與我們常用的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器相聯(lián)系，根據(jù)儀器的功能，可以產(chǎn)生多種波形；但是我們需要的是一種波形，所以必須做好信號(hào)相互切換的功能。因此用case條件結(jié)構(gòu)是最好的選擇。我可以在case結(jié)構(gòu)中添加多個(gè)條件分支，并用特定的數(shù)據(jù)類型表示不同的波形。在case結(jié)構(gòu)中的條件選擇端口加一個(gè)【文本下拉列表】，輸入各個(gè)可以產(chǎn)生的波形（必須與條件分支中的標(biāo)簽一一對(duì)應(yīng)），這樣就可以實(shí)現(xiàn)波形的選擇了。

<信號(hào)產(chǎn)生>：產(chǎn)生各個(gè)波形的方法有很多。比如用公式編寫、有仿真信號(hào)生成、還有函數(shù)生成。但是最簡(jiǎn)單的是用【函數(shù)選板】中的【信號(hào)處理】的子選板中的【波形生成】中的【正弦波形】、【方波】、【三角波】、【鋸齒波】。但是這些控件必須自己輸入各種參數(shù)值。

<波形控制>：一個(gè)理想的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器必須有一個(gè)開關(guān)，如我們所用到的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一樣。在不需要發(fā)生器的時(shí)候就利用【開關(guān)】來(lái)控制信號(hào)的產(chǎn)生與否。因此，只需要在case條件結(jié)構(gòu)的外面再加一個(gè)while循環(huán)結(jié)構(gòu)就可以了。

<參數(shù)顯示>：產(chǎn)生的波形的各個(gè)參數(shù)是否滿足我們的要求，如果沒有顯示這些參數(shù)的話，我們是不能知道的。所以只需在程序框圖中加一個(gè)顯示控件或局部變量都可以。

以上就是整個(gè)虛擬函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)思路。

主程序流程圖

各部分程序框圖及前面板的設(shè)計(jì)

4.1 正弦波信號(hào)的產(chǎn)生及參數(shù)的設(shè)計(jì)

產(chǎn)生波形的方法有很多，可以用【仿真信號(hào)】、【信號(hào)生成】等。我選擇的是【波形生成】，即正弦波形（

這只實(shí)現(xiàn)了一種波形，還有其它波形。所以就涉及到了波形的選擇。因此，我用了case條件結(jié)構(gòu)。充分利用它的功能，我改變【選擇器標(biāo)簽】中的數(shù)據(jù)類型，并添加所需要的條件分支。每一個(gè)分支就對(duì)應(yīng)一個(gè)波形。并根據(jù)這個(gè)波形的特點(diǎn)，選擇不同的參數(shù)。同樣，【分支選擇器】的數(shù)據(jù)類型必須與【選擇器標(biāo)簽】中的數(shù)據(jù)類型一致。這樣就可以實(shí)現(xiàn)正弦波。為了使我們所得到的波形的參數(shù)更加準(zhǔn)確，可以再添加一個(gè)顯示控件；這樣，調(diào)節(jié)參數(shù)的同時(shí)，也可以觀測(cè)它的值，看是否達(dá)到要求。

正弦波的設(shè)計(jì)原理圖如下所示：

當(dāng)然，“頻率”是有單位的。所以，我用了一個(gè)字符串函數(shù)：【格式化寫入字符串】，根據(jù)要求加入了單位：“Hz”。

4.2方波信號(hào)的產(chǎn)生及參數(shù)的設(shè)計(jì)

接下來(lái)，我設(shè)計(jì)的波形是方波。選擇【波形生成】中的方波波形（

涉及到的波形切換，用case條件結(jié)構(gòu)，充分利用它的功能，【分支選擇器】的數(shù)據(jù)類型必須與【選擇器標(biāo)簽】中的數(shù)據(jù)類型一致。這樣既可以實(shí)現(xiàn)正弦波，也可以切換到其它的波形。再添加一個(gè)顯示控件，調(diào)節(jié)參數(shù)的同時(shí)，也可以觀測(cè)它的值。

方波的設(shè)計(jì)原理圖如下所示：

“頻率”的單位處理方法與正弦波的方法一樣即可。用一個(gè)字符串函數(shù)：【格式化寫入字符串】，根據(jù)圖標(biāo)的提示和要求加入了單位：“Hz”。

4.3鋸齒波信號(hào)的產(chǎn)生及參數(shù)的設(shè)計(jì)

與上面的方法一樣，選擇【波形生成】中的鋸齒波形（

再用一個(gè)case條件結(jié)構(gòu)，讓各參數(shù)值通過(guò)條件結(jié)構(gòu)的通道，并充分利用它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每一個(gè)分支就對(duì)應(yīng)一個(gè)波形。并根據(jù)這個(gè)波形的特點(diǎn)，選擇不同的參數(shù)。同樣，【分支選擇器】的數(shù)據(jù)類型必須與【選擇器標(biāo)簽】中的數(shù)據(jù)類型一致。這樣就可以實(shí)現(xiàn)鋸齒波。為了使我們所得到的波形的參數(shù)更加準(zhǔn)確，可以再添加一個(gè)顯示控件；這樣，調(diào)節(jié)參數(shù)的同時(shí)，也可以觀測(cè)它的值。

    鋸齒波的設(shè)計(jì)原理圖如下所示：

“頻率”的單位處理方法與其它波形的方法一樣。用一個(gè)字符串函數(shù)：【格式化寫入字符串】，根據(jù)圖標(biāo)的提示和要求加入了單位：“Hz”。

4.4三角波信號(hào)的產(chǎn)生及參數(shù)的設(shè)計(jì)

選擇的是【波形生成】，即三角波形（

還有其它波形，切換的方法前面已經(jīng)提到過(guò)。因此，用case條件結(jié)構(gòu)，充分利用它的功能，改變【選擇器標(biāo)簽】中的數(shù)據(jù)類型，并添加所需要的條件分支。每一個(gè)分支就對(duì)應(yīng)一個(gè)波形?！痉种нx擇器】的數(shù)據(jù)類型必須與【選擇器標(biāo)簽】中的數(shù)據(jù)類型一致。為了使我們所得到的波形的參數(shù)更加準(zhǔn)確，可以再添加一個(gè)顯示控件；這樣，調(diào)節(jié)參數(shù)的同時(shí)，也可以觀測(cè)它的值。

    三角波的設(shè)計(jì)原理圖如下所示：

“頻率”的單位處理方法與其它波形的方法一樣。用一個(gè)字符串函數(shù)：【格式化寫入字符串】，根據(jù)圖標(biāo)的提示和要求加入了單位：“Hz”。

4.5波形控制的設(shè)計(jì)

    根據(jù)實(shí)際，當(dāng)我們?cè)谑褂猛晷盘?hào)發(fā)生器以后，必須把它關(guān)掉。所以，我們?cè)O(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器如果沒有開關(guān)的話，就不符合要求。解決這個(gè)問(wèn)題很簡(jiǎn)單，在總的框圖外面加一個(gè)while循環(huán)結(jié)構(gòu)，【循環(huán)條件】處連接一個(gè)【開關(guān)】控件，并且選擇【真時(shí)繼續(xù)】。

    設(shè)計(jì)如下圖所示：

4.6 DAQ助手的創(chuàng)建

NI-DAQ主要是為被測(cè)對(duì)象提供激勵(lì)信號(hào)。根據(jù)不同的要求選擇DAQ的不同功能，例如，我們組的設(shè)計(jì)用的是D/A輸出；在DAQ中就是選擇【生成信號(hào)】。具體創(chuàng)建步驟如下：

（1）在程序框圖的窗口中打開【函數(shù)】選板，執(zhí)行【測(cè)量I/O】 QUOTE

（2）如下圖所示，在【生成信號(hào)】中，選擇【模擬輸出】的【電壓】輸出，選擇通道ao0或是ao1后，創(chuàng)建完成。

（3）后面的提示窗口，可直接點(diǎn)【確定】。

4.7前面板的設(shè)計(jì)

無(wú)論什么儀器設(shè)備，我們首先看到的就是它的前面板，通過(guò)前面板可以直觀的看出儀器的功能及其特點(diǎn)。所以前面板的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。我們應(yīng)當(dāng)秉持著美觀、直接、特色、規(guī)范的原則設(shè)計(jì)前面板。就如人的臉面一樣，第一印象特別重要。

下面是我設(shè)計(jì)的前面板，如圖所示：

5 多功能信號(hào)發(fā)生器工作過(guò)程分析

5.1正弦波的工作過(guò)程及波形驗(yàn)證

一切準(zhǔn)備就緒以后，點(diǎn)【連續(xù)運(yùn)行】，此時(shí)【開關(guān)】為“開”的狀態(tài)，否則沒有任何波形的輸出。程序正常運(yùn)行后，轉(zhuǎn)動(dòng)“頻率”、“幅值”等參數(shù)的旋鈕，此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)顯示的波形也隨著改變。

例如：旋轉(zhuǎn)“頻率”值為4.9Hz，“幅值”為2.22065，“偏移量”為1.34792，“初始相位”為1.21657。

驗(yàn)證波形圖如下所示：

5.2方波的工作過(guò)程及波形驗(yàn)證

準(zhǔn)備就緒以后，點(diǎn)【連續(xù)運(yùn)行】，此時(shí)【開關(guān)】為“開”的狀態(tài)，否則沒有任何波形的輸出。程序正常運(yùn)行后，轉(zhuǎn)動(dòng)“頻率”、“幅值”等參數(shù)的旋鈕，此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)顯示的波形也隨著改變。

例如：旋轉(zhuǎn)“頻率”值為3.7Hz，“幅值”為4.8356，“偏移量”為3.42139，“初始相位”為3.94333，“占空比”為50.6057。

驗(yàn)證波形圖如下所示：

5.3三角波的工作過(guò)程及波形驗(yàn)證

確定程序無(wú)誤后，點(diǎn)【連續(xù)運(yùn)行】，此時(shí)【開關(guān)】為“開”的狀態(tài)，否則沒有任何波形的輸出。程序正常運(yùn)行后，轉(zhuǎn)動(dòng)“頻率”、“幅值”等參數(shù)的旋鈕，此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)顯示的波形也隨著改變。

例如：旋轉(zhuǎn)“頻率”值為6.4Hz，“幅值”為7.83158，“偏移量”為2.40441，“初始相位”為2.90392。

驗(yàn)證波形圖如下所示：

5.4鋸齒波的工作過(guò)程及波形驗(yàn)證

設(shè)計(jì)完成并確定沒錯(cuò)以后，點(diǎn)【連續(xù)運(yùn)行】，此時(shí)【開關(guān)】為“開”的狀態(tài)，否則沒有任何波形的輸出。程序正常運(yùn)行后，轉(zhuǎn)動(dòng)“頻率”、“幅值”等參數(shù)的旋鈕，此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)顯示的波形也隨著改變。

例如：旋轉(zhuǎn)“頻率”值為8.9Hz，“幅值”為3.10417，“偏移量”為1.83658，“初始相位”為2.44846。

驗(yàn)證波形圖如下所示：

6 主要元器件介紹

6.1 模擬示波器

示波器由顯示電路顯示電路、垂直（Y軸）放大電路、水平（X軸）放大電路和電源供給電路共同組成。顯示電路包括偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏。

由示波管的原理可知，一個(gè)直流電壓加到一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，將使光點(diǎn)在熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。如果分別將兩個(gè)直流電壓同時(shí)加到垂直和水平兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上，則熒光屏上的光點(diǎn)位置就由兩個(gè)方向的位移所共同決定。

如果將一個(gè)正交流電壓弦加到一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，光點(diǎn)在熒光屏上將隨電壓的變化而移動(dòng)。這光點(diǎn)距離坐標(biāo)原點(diǎn)的瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)值將與加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓瞬時(shí)值成正比。如果加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的交流電壓頻率10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，在熒光屏上看到的就不是一個(gè)上下移動(dòng)的點(diǎn)，而是一根垂直的亮線了。該亮線的長(zhǎng)短在示波器的垂直放大增益一定的情況下決定于正弦交流電壓峰一峰值的大小。如果在水平偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)正弦交流電壓，則會(huì)產(chǎn)生相類似的情況，只是光點(diǎn)在水平軸上移動(dòng)罷了。如果將被測(cè)信號(hào)電壓加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，鋸齒波掃描電壓加到水平偏轉(zhuǎn)板上，而且被測(cè)信號(hào)電壓的頻率等于鋸齒波掃描電壓的頻率，則熒光屏上將顯示出一個(gè)周期的被測(cè)信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的波形曲線。

　　為使熒光屏上的圖形穩(wěn)定，被測(cè)信號(hào)電壓的頻率應(yīng)與鋸齒波電壓的頻率保持整數(shù)比的關(guān)系，即同步關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就要求鋸齒波電壓的頻率連續(xù)可調(diào)，以便適應(yīng)觀察各種不同頻率的周期信號(hào)。其次，由于被測(cè)信號(hào)頻率和鋸齒波振蕩信號(hào)頻率的相對(duì)不穩(wěn)定性，即使把鋸齒波電壓的頻率臨時(shí)調(diào)到與被測(cè)信號(hào)頻率成整倍數(shù)關(guān)系，也不能使圖形一直保持穩(wěn)定。因此，示波器中都設(shè)有同步裝置。也就是在鋸齒波電路的某部分加上一個(gè)同步信號(hào)來(lái)促使掃描的同步，對(duì)于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡(jiǎn)易示波器（如國(guó)產(chǎn)SB-10型示波器等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被觀察信號(hào)頻率相關(guān)的同步信號(hào)，當(dāng)所加同步信號(hào)的頻率接近鋸齒波頻率的自主振蕩頻率（或接近其整數(shù)倍）時(shí)，就可以把鋸齒波頻率“拖入同步”或“鎖住”。對(duì)于具有等待掃描（即平時(shí)不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測(cè)信號(hào)來(lái)到時(shí)才產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波進(jìn)行一次掃描）功能的示波器（如國(guó)產(chǎn)ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型雙蹤示波器等等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被測(cè)信號(hào)相關(guān)的觸發(fā)信號(hào)，使掃描過(guò)程與被測(cè)信號(hào)密切配合。這樣，只要按照需要來(lái)選擇適當(dāng)?shù)耐叫盘?hào)或觸發(fā)信號(hào)，便可使任何欲研究的過(guò)程與鋸齒波掃描頻率保持同步。

 6.2  NI-DAQ采集卡

可利用編程語(yǔ)言驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)，從而驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡，設(shè)計(jì)者只需正確設(shè)置輸入?yún)?shù)，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，而不需要編寫代碼程序。一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器等，這些功能分別由相應(yīng)的單元電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

模擬輸入是采集卡最基本的功能。它一般由多路開關(guān)、放大器、采集/保持電路，以及A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)這些部分，一個(gè)模擬信號(hào)就可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器的性能和參數(shù)直接影響著模擬輸入的質(zhì)量，要根據(jù)實(shí)際需要的精度來(lái)來(lái)選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器。模擬輸出通常是為系統(tǒng)提供輸出或控制信號(hào)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間、轉(zhuǎn)換率、分辨率等因素都會(huì)影響模擬輸出信號(hào)。建立時(shí)間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號(hào)幅值改變的快慢。建立時(shí)間短、轉(zhuǎn)換率高的D/A轉(zhuǎn)換器可以提供一個(gè)較高頻率的信號(hào)。應(yīng)該實(shí)際需要選擇D/A轉(zhuǎn)換器的參數(shù)指標(biāo)。

數(shù)據(jù)采集(DAQ)是通過(guò)DAQ卡采集數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。通常一塊DAQ卡能實(shí)現(xiàn)多種功能，其中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)、數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)、數(shù)字輸入輸出(DI/O)和計(jì)算器/定時(shí)器功能。

小結(jié)

 

這一次虛擬儀器的課程設(shè)計(jì)的時(shí)間比較短，就一周時(shí)間。于是同學(xué)們都緊鑼密鼓的張羅怎樣讓自己的作品做得更好，功能更多，前面板更具有創(chuàng)意。于是同學(xué)們都積極思考、相互交流。因此，時(shí)間就過(guò)得很快，也很有意義。

當(dāng)然過(guò)程中遇到困難時(shí)不可避免的，要想做成一個(gè)讓人滿意的作品必須對(duì)程序框圖中的程序反復(fù)測(cè)試和修改。由于老師為了培養(yǎng)我們獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，因此一般不參與設(shè)計(jì)。在同學(xué)的幫助下，最后終于把問(wèn)題都解決了。有時(shí)侯我們也會(huì)遇到自己確實(shí)不能解決的問(wèn)題，老師還是會(huì)提出解決問(wèn)題的建議，或是指點(diǎn)應(yīng)該改進(jìn)的方向。

課程設(shè)計(jì)是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合理解與應(yīng)用，它不僅要求我們對(duì)Labview軟件特別熟悉，而且還要求我們能夠熟練運(yùn)用各個(gè)【編程】中的各種函數(shù)結(jié)構(gòu)。通過(guò)設(shè)計(jì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，讓我懂得發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，并解決問(wèn)題可以提高自己的能力。同時(shí)通過(guò)分析解決問(wèn)題，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與掌握。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多書本上永遠(yuǎn)都學(xué)不到得東西，

在課設(shè)期間我?guī)缀趺刻於既?shí)驗(yàn)室認(rèn)真思考更好的辦法，將自己的想法通過(guò)程序框圖，并在前面板上面顯示出來(lái)。很多時(shí)候我堅(jiān)持認(rèn)為自己的想法沒有問(wèn)題，但就是怎么也不能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。甚至我還懷疑是不是機(jī)器出了什么問(wèn)題。當(dāng)經(jīng)過(guò)很多次的修改、重新運(yùn)行，終于成功的那一刻，內(nèi)心的成就感和自豪感是那么的強(qiáng)烈。

經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，虛擬儀器的強(qiáng)大作用和它巨大的發(fā)展?jié)摿ψ屛液苷駣^。原來(lái)人類的技術(shù)進(jìn)步得那么快，為了讓損失最小，通過(guò)這種特殊的軟件來(lái)創(chuàng)造出更好的作品。對(duì)該信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明該信號(hào)源輸出正弦信號(hào)性能優(yōu)于普通傳統(tǒng)信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)。虛擬儀器不是計(jì)算機(jī)功能簡(jiǎn)單的擴(kuò)展，也不單純是傳統(tǒng)智能儀器的替代品，虛擬儀器有著廣闊的發(fā)展前景。同時(shí)這次課設(shè)的主要目的就是讓我們通過(guò)不斷的練習(xí)，并利用它來(lái)解決實(shí)際的問(wèn)題。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的最佳途徑。通過(guò)這周的課設(shè)和學(xué)習(xí)，我知道了自己的不足。

本次的課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但是努力學(xué)習(xí)并沒有結(jié)束。我也收獲了很多，也學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)精神的重要性，個(gè)人的能力是有限的，團(tuán)結(jié)才能有力量，我們都盡自己所能來(lái)完成這次課程設(shè)計(jì)。這是對(duì)我們所學(xué)的課本知識(shí)的測(cè)驗(yàn)，也是對(duì)是否能快速吸收新的知識(shí)的一種考驗(yàn)。通過(guò)這次課設(shè)，我的知識(shí)面又得到了擴(kuò)展。

您好，看了您的帖子受益匪淺，作為一個(gè)初學(xué)者，我在學(xué)習(xí)過(guò)程中有兩個(gè)控件找不到（用的是8.5版本），并以圖片形式發(fā)送過(guò)去，希望您能幫助解決。謝謝

占座留個(gè)記號(hào)，不知加了采集卡后的實(shí)際效果如何？