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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

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