基于LABVIEW的信號發(fā)生器設計

1、等級:課 程 設 計課程名稱嵌入式系統(tǒng)課程設計課題名稱基于LABVIEW的信號發(fā)生器專 業(yè)電子信息工程班 級電信1301學 號201301030119姓 名王景盛指導老師陳愛萍2016年12月20日- 0 - 電氣信息學院課程設計任務書課題名稱基于LABVIEW的信號發(fā)生器的設計 姓 名王景盛專業(yè)電子信息工程班級電信1301 學號19 指導老師 陳愛萍課程設計時間2016年12月18日-2016年12月30日（17、18周）教研室意見意見： 同意 審核人：劉望軍一、任務及要求 應用LabVIEW平臺設計虛擬信號發(fā)生器，要求滿足以下功能：1. 可產(chǎn)生10Hz100MHz的正弦波、方波、三角波、鋸

2、齒波、白噪聲以及多頻波; 2. 任意波形的發(fā)生，任意波可實現(xiàn)公式輸入;3. 信號頻率、幅度、相位、偏移量可調可控;4. 方波占空比可調;5. 噪聲任意可加、創(chuàng)建友好界面、信號波形現(xiàn)實對所產(chǎn)生的信號做自相關分析，積分，微分分析及相應的頻譜分析. 設計要求：1、 設計前面板界面，建立友好的人機操作界面；2、 給出各個功能模塊的程序框圖；3、 繪制各個功能模塊連接的流程圖；4 、寫出設計報告；二、進度安排第一周星期一、二：下達設計任務書，介紹課題內容與要求；介紹labview軟件的使用；查找資料，確定總體設計方案和單元模塊設計；星期三第二周星期一：前面板構思，各個功能模塊構建；第二周星期二、三：各個

3、功能模塊構建；第二周星期四、五：書寫設計報告，打印相關圖紙；答辯三、參考資料1 侯國屏，王坤，葉齊鑫 LABVIEW 7.1 編程與虛擬儀器設計M清華大學出版社，2 張桐，陳國順，王正林 編著喬瑞萍，精通LabVIEW程序設計M電子工業(yè)出版社，3 楊樂平，李海濤 LabVIEW 8.20程序設計從入門到精通M陳錫輝，張銀鴻 編著，清華大學出版社，4 余成波，胡新宇傳感器與自動檢測技術M高等教育出版社- 2 -目錄1、 課設任務及要求 11.1 設計任務 11.2 設計要求 12、 設計方案12.1 設計思路 12.2 設計框圖 23、 設計單元模塊33.1 波形生成模塊33.2 積分微分器模塊

4、53.3 自相關函數(shù)演示模塊63.4 頻譜分析儀模塊 63.5 信號發(fā)生器總設計模塊74、 調試與仿真74.1 正弦波仿真圖 74.2 方波仿真圖74.3 三角波仿真圖 84.4 鋸齒波仿真圖 84.5 多頻波仿真圖 84.6 高斯白噪聲仿真圖94.7 任意公式仿真圖 95、 總原理框圖 96、 心得體會107、 附錄 10八、參考文獻11- 3 -1、 設計任務及要求 1.1 設計任務 應用LabVIEW平臺設計虛擬信號發(fā)生器，要求滿足以下功能： 1. 可產(chǎn)生10Hz100MHz的正弦波、方波、三角波、鋸齒波、白噪聲以及多頻波; 2. 任意波形的發(fā)生，任意波可實現(xiàn)公式輸入; 3. 信號頻率、

5、幅度、相位、偏移量可調可控; 4. 方波占空比可調; 5. 噪聲任意可加、創(chuàng)建友好界面、信號波形現(xiàn)實對所產(chǎn)生的信號做自相關分析，積分，微分分析及相應的頻譜分析. 1.2 設計要求 1. 設計前面板界面，建立友好的人機操作界面； 2. 給出各個功能模塊的程序框圖； 3. 繪制各個功能模塊連接的流程圖；4. 寫出設計報告2、 設計方案 2.1 設計思路 對于設計一個虛擬信號發(fā)生器，首先要進行前面板的設計，前面板的設計主要需要考慮到我們所設計的信號發(fā)生器實現(xiàn)的功能。根據(jù)任務要求，除了產(chǎn)生基本函數(shù)信號、多頻波、白噪聲以及任意公式波外，還得對這些波形進行頻譜分析和微積分變換。所以再根據(jù)這些功能，在控件選

6、板中選擇相應的控件，放在前面板相應的位置，擺放也得有一定的講究，使前面板看起來比較協(xié)調。再者是后面板的設計，后面板的設計得用到函數(shù)模塊，根據(jù)本次設計任務的要求選擇相應的函數(shù)模塊，這里我們用到了波形生成模塊、微積分模塊、頻譜分析模塊以及自相關函數(shù)模塊。由于程序不止執(zhí)行一次，所以還得用到循環(huán)結構，本次設計我用到的循環(huán)結構有while循環(huán)結構、case結構。最后將這幾個模塊連接起來，調試完成后就產(chǎn)生了任務書需要的虛擬信號發(fā)生器。 2.2 設計框圖 對上面設計思路整理為流程框圖，整體設計流程框圖如圖2.2；開始波形選擇白噪聲波任意公式波多頻波正弦波方波三角波鋸齒波頻譜分析儀自相關分析積分微分器波形圖

7、圖2.2 整體流程框圖三、設計單元模塊 本節(jié)主要介紹了基于LabVIEW的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計思路及其流程和仿真圖。主要分為以下5個模塊：波形產(chǎn)生模塊（基本波形、多頻信號、任意公式、噪聲信號）、自相關函數(shù)演示模塊、頻譜分析模塊（虛擬正弦波頻譜分析儀模塊）、積分微分模塊（虛擬積分器與微分器模塊）以及虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的總體設計。各個模塊均給出了相應的流程圖和前面板波形圖。 3.1 波形生成模塊波形生成模塊包括基本波形、多頻信號、任意公式信號、噪聲信號四個小模塊。把這幾種波形放在一個case結構中就組成了本設計中波形生成模塊。下面是四種基本波形生成模塊的前面板圖3.1.1和后面板圖3.1.2。

8、這一模塊是應用波形產(chǎn)生子模板中的基本函數(shù)發(fā)生器節(jié)點來產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波等四種信號。 圖3.1.1 四種基本波形生成程序 圖3.1.2 基本函數(shù)波形產(chǎn)生模塊前面板 下面是多頻信號產(chǎn)生模塊框圖程序和前面板分別如圖3.1.3和圖3.1.4所示； 圖3.1.3多頻信號產(chǎn)生模塊框圖程序 圖3.1.4 多頻信號產(chǎn)生模塊前面板 下面是任意公式波形產(chǎn)生模塊的程序如圖3.1.5和前面板3.1.6所示； 圖3.1.5任意函數(shù)波形產(chǎn)生模塊框圖程序 圖3.1.6 任意函數(shù)波形產(chǎn)生模塊前面板白噪聲模塊后面板框圖程序如圖4.1.7所示。該模塊的Case結構有2個分支，一個Case結構分支產(chǎn)生常用的高斯白噪聲

9、波形，另外一個Case結構產(chǎn)生常用的均勻白噪聲波形。該模塊可以根據(jù)需要在2種噪聲波形信號之間進行選擇（在前面板的信號類型下拉列表中選擇即可），通過調節(jié)噪聲的參數(shù),可以得到不同的高斯白噪聲和均勻白噪聲波形。 圖3.1.7噪聲信號產(chǎn)生模塊框圖程序 圖3.1.8 高斯白噪聲信號產(chǎn)生模塊前面板 圖3.1.9均勻白噪聲信號產(chǎn)生模塊前面板- 12 -3.2積分微分器模塊積分微分器模塊的功能是可以觀察正弦波、方波或三角波在微分前后的波形。下面是以對基本波形進行積分微分轉換為例，其中積分和微分分別放在第二個case結構的兩個分支中。其程序框圖如圖3.2.1，以及虛擬正弦波微分前面板如圖3.2.2和虛擬正弦波積

10、分前面板如圖3.2.3；圖3.2.1 虛擬積分器與微分器模塊流程圖 圖3.2.2 虛擬正弦波微分器前圖3.2.3 虛擬正弦波積分器前面板3.3自相關函數(shù)演示模塊 該自相關函數(shù)演示儀可觀察正弦波仿真信號的自相關函數(shù)，其中用于計算輸出正弦信號的自相關函數(shù)值，這里需要將圖標函數(shù)直接輸出的相關函數(shù)值除以采樣點數(shù)才能得到正確的結果。由于自相關函數(shù)圖標所求得的數(shù)據(jù)實際是將原先求得的2N-1個數(shù)值向右平移了N-1個單位后所得到的數(shù)據(jù)，所以需要用索引函數(shù)來索引出第N-1個自相關函數(shù)值，并將結果乘以2得到幅值的平方。程序的前面板運行結果和流程圖分別如下圖3.3.1和3.3.2所示： 圖3.3.1 自相關函數(shù)演示

11、儀流程圖 圖3.3.2 自相關函數(shù)演示儀前面板3.4頻譜分析儀模塊該模塊是舉例對正弦波進行頻譜分析，功能是可觀察正弦波經(jīng)過FFT后的幅值譜。其程序的前面板運行結果和流程圖分別如下圖3.4.1和3.4.2所示。 圖3.4.1 虛擬正弦波頻譜分析儀流程圖 圖4.15 虛擬正弦波頻譜分析儀前面板3.5 信號發(fā)生器總設計模塊 該模塊是虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的總體設計流程圖，是在綜合了前面所設計的各個模塊的基礎之上進行的。在第一個Case結構當中放置了正弦波、方波、三角波、鋸齒波、高斯白噪聲、均勻高斯白噪聲以及多頻波，任意公式輸入波形模塊作為該Case結構的各個分支，來實現(xiàn)波形的產(chǎn)生。第二個Case結構則是

12、應用了積分微分器模塊的結構。將兩個Case結構置于While循環(huán)中，便組成了虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的總體設計流程圖。其總程序框圖以及前面板見附錄。4、 調試與仿真把總體設計流程框圖做好保存后，接著就運行程序（可以點擊連續(xù)運行），這樣在前面板就可以通過調節(jié)波形類型按鈕以及積分微分按鈕看到設置好的各個波形的波形圖、積分微分后的波形圖、自相關函數(shù)波形圖以及頻譜分析器波形圖。其各仿真圖如下； 4.1 正弦波仿真圖 圖 4.1.1 正弦波積分圖 圖4.1.2 正弦波微分圖 4.2 方波仿真圖 圖4.2.1 方波積分圖 圖4.2.2 方波微分圖4.3 三角波仿真圖 圖4.3.1 三角波積分圖 圖4.3.2 三

13、角波微分圖4.4 鋸齒波仿真圖 圖 4.4.1 鋸齒波積分圖 圖 4.4.2 鋸齒波微分圖4.5 多頻波仿真圖 圖 4.5.1 多頻波積分圖 圖 4.5.2 多頻波微分圖4.6 高斯白噪聲仿真圖 圖 4.6.1 高斯白噪聲積分圖 圖 4.6.2 高斯白噪聲微分圖4.7 任意公式波仿真圖 本次輸入的公式為：sin(20*pi(1)*t)*sin(2*pi(1)*t 圖 4.7.1 任意公式波積分仿真圖 圖 4.7.2 任意公式波微分圖5、 總原理框圖（見附頁）6、 心得體會為期二周的課程設計結束了，剛開始由于對labview軟件掌握的不是很好，對于這個課題時毫無頭緒，根本不知道從何處入手，后來通

14、過在網(wǎng)上查閱相關資料，慢慢的對虛擬儀器鎖有了一定的了解，但是在設計過程中還是遇到了很多的問題，但在陳老師和同學的幫助下，加上自己的努力，終于逐個解決了每一個難題。 在這兩周中的學習使我對虛擬儀器這門課程有了進一步的了解，使我加強了動手、思考和解決實際問題的能力。并讓我深刻的體會到，虛擬儀器的應用十分廣泛，能很容易地設計出具有嚴格要求的虛擬儀器信號發(fā)生器。在做完每一個單元模塊后，都要驗證它是否能夠滿足此單元的功能。有時候就是按照了原理來連接，但就是不能實現(xiàn)預期的功能。這就需要細心地找問題，是不是哪根線壞了，還是參數(shù)沒有設置的好，但有時也存在原理上的錯誤。在設計過程中，同時也暴露出了自身的許多不足，如自己自主解決問題的能力有所欠缺，這在以后需要更好的加強。同時在此設計過程中主要用到了labview 15.等軟件，我更熟悉了此軟件的使用，這對以后的工作和解決實際問題都有了很好的幫助。 同時讓我深深地體會到了團隊合作的力量是多么強大！也讓我感覺本次課程設計我的收獲還是蠻多的！在此再次感謝我的陳老師和隊友！7、 附錄 總設計原理