虛擬儀器課程設(shè)計(jì)報(bào)告--基于虛擬儀器的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、.基于虛擬儀器的信號(hào)發(fā)生器 虛擬儀器課程設(shè)計(jì)報(bào)告 基于虛擬儀器的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)組 員：XXX班 級(jí)：XXXXXXX 專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué) 院：機(jī)電學(xué)院指導(dǎo)老師：XXXXXX目錄 一、 設(shè)計(jì)要求1二、 設(shè)計(jì)思路1三、 前面板設(shè)計(jì)1四、 后面板的程序框圖設(shè)計(jì)3五、 設(shè)計(jì)結(jié)果6六、 結(jié)果分析10七、 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及解決方案10八、 設(shè)計(jì)總結(jié)11基于虛擬儀器的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)1、 設(shè)計(jì)要求（1）能產(chǎn)生正弦、方波（占空比可調(diào)）、鋸齒波、三角波， 幅度、相位、頻綠可調(diào)；（2）最大輸出頻率：100KHz，最大幅度10V; (3) 幅度、相位、頻率均連續(xù)可調(diào)；（4） 界面美觀，操作方便；（5） 模擬輸出通過(guò)示波

2、器觀察以上功能；2、 設(shè)計(jì)思路（1）總體設(shè)計(jì)思路 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，先做出一個(gè)單通道的信號(hào)發(fā)生器，在LabVIEW界面上運(yùn)行， 實(shí)現(xiàn)基本的要求，即可以顯示各種波形而且幅度頻率等連續(xù)可調(diào)，然后再加上一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，將它們進(jìn)行捆綁，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)同時(shí)顯示的雙通道信號(hào)發(fā)生器功能，最后利用數(shù)據(jù)采集卡和DAQ助手連接到示波器，檢驗(yàn)結(jié)果是否和LabVIEW界面上運(yùn)行的結(jié)果吻合。（2）要求分析對(duì)于要求1：可以采用基本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，就可以產(chǎn)生相應(yīng)的波形。對(duì)于要求2：由于采集卡的限制，當(dāng)達(dá)到100KHz的時(shí)候，波形會(huì)有所失真，這個(gè)時(shí)候需要 調(diào)節(jié)相應(yīng)的采樣頻率可以使波形得到相應(yīng)改善。對(duì)于要求3：設(shè)置一個(gè)旋鈕按鍵就可以

3、實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。對(duì)于要求4：可以在修飾中根據(jù)自己的需要做相應(yīng)的裝飾。對(duì)于要求5：可以使用DAQ助手和數(shù)據(jù)采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出，在示波器上顯示。3、 前面板設(shè)計(jì) 前面板是用戶接口即交互式界面用于用戶輸入各種控制參數(shù)觀察輸出量和顯示輸出信號(hào)波形，在前面板中使用了各種仿真圖標(biāo)、旋鈕開(kāi)關(guān)等，并以數(shù)字顯示或?qū)崟r(shí)波形圖等控件模擬真實(shí)儀器的面板，在使用中直接通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤設(shè)定信號(hào)的相關(guān)參數(shù)。我們?cè)O(shè)計(jì)的雙通道信號(hào)發(fā)生器的前面板如下圖所示：主要由以下幾部分組成：（1） 信號(hào)類型選擇部分：包括四種波形的選擇（正弦波、三角波、方波、鋸齒波）。（2） 頻率調(diào)節(jié)部分：包括一個(gè)頻率調(diào)節(jié)數(shù)值旋鈕控件，一個(gè)頻率顯示的數(shù)值顯示控件，

4、頻率檔位選擇控件以及兩個(gè)頻率單位顯示的布爾控件。（3） 幅度、相位、占空比調(diào)節(jié)部分：分別包括一個(gè)幅度、相位、占空比調(diào)節(jié)數(shù)值旋鈕控件以及數(shù)值顯示控件。 （4） 波形顯示部分：包含一個(gè)輸出波形的波形圖控件。4、 后面板的程序框圖設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)應(yīng)與前面板功能相對(duì)應(yīng)，我們?cè)O(shè)計(jì)的雙通道信號(hào)發(fā)生器程序框圖如下：儀器的各功能實(shí)現(xiàn)子程序如下：（1） 儀器的啟動(dòng)和停止采用while循環(huán)結(jié)構(gòu)。（2） 頻率調(diào)節(jié)與現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)： 頻率調(diào)節(jié)主要是進(jìn)行頻率檔位選擇和頻率微調(diào)，其設(shè)計(jì)思路為當(dāng)頻率檔位選擇枚舉控件的值滿足條件結(jié)構(gòu)中的某一條件時(shí)，與該條件對(duì)應(yīng)的程序開(kāi)始執(zhí)行，依據(jù)“頻率=頻率微調(diào)值×頻率檔位”的規(guī)律

5、生成頻率，因?yàn)橐獫M足最大輸出頻率為100KHz，而微調(diào)控件為0-10，所以設(shè)置五個(gè)頻率檔位，分別為：x1，x10，x100，x1000，x10000。頻率顯示不僅顯示程序生成的頻率值而且能夠根據(jù)頻率的單位是 hz 還是 khz 進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，其設(shè)計(jì)思路為若頻率值大于1000hz則將頻率值除以 1000 后輸送到頻率顯示控件，同時(shí)代表 khz單位的布爾指示控件置于 true如圖4.1所示，反之則將頻率值直接輸送到頻率顯示控件，并將代表 hz 單位的布爾指示控件置于true如圖 4.2 所示 ：圖4.1 頻率檔位為100，頻率值大于1000Hz時(shí)的程序框圖 圖4.2 頻率檔位為100，頻率值小于1

6、000Hz時(shí)的程序框圖（3） 信號(hào)的生成與顯示設(shè)計(jì)：信號(hào)生成利用了基本函數(shù)發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波4 種信號(hào)。這 4 種信號(hào)的生成分別由信號(hào)選擇控件完成。生成信號(hào)所需的參數(shù)包括信號(hào)類型、信號(hào)頻率、信號(hào)幅度、相位、采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)以及方波占空比，這些參數(shù)由前面板輸入控件設(shè)定并且都有顯示控件。信號(hào)顯示是通過(guò)波形圖控件實(shí)時(shí)生成的波形，要實(shí)現(xiàn)雙通道信號(hào)顯示則通過(guò)一個(gè)合成信號(hào)通道即可，再接上波形圖。 由上圖可知，我們?cè)O(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器的采樣頻率是根據(jù)信號(hào)頻率的變化而變化的，即采用了一個(gè)簇的捆綁，將信號(hào)頻率的100倍給到采樣率，采樣點(diǎn)則取常量1000.上圖為實(shí)現(xiàn)雙通道信號(hào)的顯示（4） 實(shí)現(xiàn)

7、輸出到示波器上的顯示：利用DAQ助手，設(shè)置好輸出通道，采樣率和采樣點(diǎn)，連接到界面，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡連接到示波器，運(yùn)行并調(diào)節(jié)界面界面，觀察示波器上的顯示結(jié)果是否吻合。5、 設(shè)計(jì)結(jié)果1、 LabVIEW界面上運(yùn)行結(jié)果如下：（1） 單通道正弦波（2） 單通道方波（3） 雙通道三角波和鋸齒波2、 示波器運(yùn)行結(jié)果如下：（1） 雙通道信號(hào)顯示（2） 輸出頻率達(dá)100KHz時(shí)的信號(hào)顯示6、 結(jié)果分析 由以上設(shè)計(jì)結(jié)果顯示可知，在LabVIEW界面上可以很準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)雙通道信號(hào)發(fā)生器的各項(xiàng)功能，但是在實(shí)際的示波器上顯示卻有一定偏差，像幅值，頻率，占空比等基本保持吻合，但是波形顯示有一定偏差，特別是當(dāng)增大輸出頻率到

8、100KHz時(shí)會(huì)發(fā)生明顯的信號(hào)失真，后來(lái)經(jīng)學(xué)長(zhǎng)指點(diǎn)找出一部分原因，數(shù)據(jù)采集卡采樣率最大只能達(dá)到800KHz，所以當(dāng)輸出頻率越大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不同程度的失真，再加上一些外在因素的干擾。但基本上我們完成了雙通道信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。7、 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及解決方案 在給學(xué)長(zhǎng)檢查時(shí)我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，及在示波器上顯示兩個(gè)不同信號(hào)時(shí)，兩個(gè)信號(hào)的頻率是一樣的，無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)頻率，兩個(gè)信號(hào)的頻率都跟信號(hào)1的頻率保持一致，分析之后得出可能是在信號(hào)合成之后信號(hào)2的頻率信息丟失了，再根據(jù)其他組的同學(xué)的檢查結(jié)果，他們的沒(méi)問(wèn)題，然后我們根據(jù)他們的試著找出原因，他們用創(chuàng)建數(shù)組將兩個(gè)信號(hào)合并，我們先改一下，如下圖所示：替換成 結(jié)果發(fā)現(xiàn)用創(chuàng)建數(shù)組合并信號(hào)代替后仍沒(méi)有得到解決問(wèn)題，于是我們就不采用DAQ助手，而使用DAQmx，結(jié)果問(wèn)題解決了，兩個(gè)信號(hào)的頻率在示波器上也能準(zhǔn)確的顯示，解決方案如下：8、 設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過(guò)幾天的努力，我們組很好地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，不但實(shí)現(xiàn)了老師所給的基本設(shè)計(jì)要求，而且還增加了兩項(xiàng)功能，即實(shí)現(xiàn)頻率的檔位控制單位顯示及雙通道信號(hào)顯示，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們不單把老師上課講的知識(shí)融入到設(shè)計(jì)當(dāng)中，而且在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)查資料問(wèn)學(xué)長(zhǎng)同學(xué)學(xué)會(huì)了一些其他的東西，現(xiàn)在我們已經(jīng)能利用LabVIEW界面進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，更重要的是我們?cè)谄渲邪l(fā)現(xiàn)了問(wèn)題并經(jīng)過(guò)分析很好地解決了問(wèn)題。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我們了解了虛擬儀器的強(qiáng)大功能，與