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1、基于LaabVIIEW的的多功能能虚拟信信号发生生器设计计作者姓名名：XXXX专业业班级：XXXXXXXXXX 指导教教师：XXXXXXXX摘 要要随着微型型计算机机和软件件技术的的发展，虚虚拟仪器器在智能能化程序序、处理理能力、性性能价格格比、可可操作性性等方面面与传统统仪器相相比都具具有明显显的技术术优势，将将虚拟仪仪器引入入高校的的实验教教学不但但可以提提高测试试效率和和教学的的质量，而而且为降降低实验验仪器成成本提供供了有效效的途径径和方法法。本文选用用LabbVIEEW图形形化编程程语言为为开发软软件，主要开开发虚拟拟实验仪仪器：虚虚拟信号号发生器器，同时时提出了了虚拟实实验室的的建
2、设方方案。基基于专业业虚拟仪仪器开发发工具LLabvvieww，设计计一虚拟拟函数信信号发生生器。该该虚拟信信号发生生器能够够产生正正弦波、三三角波、方方波、锯锯齿波等等波形，频频率动态态范围较较宽且可可微调。关键字：虚拟仪仪器 laabVIIEW信信号发器器Absttracck：Aloong witth tthe devveloopmeent of thee miicroocommputter, coompaaredd wiith traadittionnaliinsttrummentt, tthe virrtuaal iinsttrummentt haas thhe oobviiouss
3、teechnnicaal aadvaantaage inkknowwleddge warre, proocesssinng ccapaabillityy, tthe rattio bettweeen ffuncctioon aand priice,andd Maaneuuverr abbiliity. Thhe iintrroduuctiion of thee viirtuual insstruumennt tto ttheuunivverssityy caan nnot onlly iincrreasse tthe effficiienccy aand quaalitty oof ttest
4、tingg, teeachhingg, bbut alsso pprovvidee thhe eeffeectiive metthodd too reeducce tthe cosst oof ttheeexpeerimmentt innstrrumeent. In tthiss paaperr, sseleecteed LLabVVIEWW grraphhicaal pproggrammminng llangguagge ffor sofftwaare devveloopmeent,maiinlyy thhe ddeveeloppmennt oof vvirttuall exxperrime
5、ent equuipmmentt, vvirttuall siignaal ggeneerattor, viirtuual labboraatorry aalsoo maade thee buuilddingg prrogrram.A Viirtuual Funnctiion Siggnall Geenerratoor iis ddesiigneedBaaseddon Labbvieew, TheeVirrtuaal FFuncctioon SSignnal Genneraatorr caan ggeneeratte SSinee waave, trriannglee waave, sqqua
6、rre wwavee, tteetth oof aa saaw wwavee.etcc。Dynnamiic rrangge oof ffreqquenncy is widde aand cann reegullatee sllighhtlyy。Keywwordd : Virrtuaal IInsttrummenttLabbvieewSiignaal GGeneerattor目录第1章引引言11.1课课题的提提出11.2课课题的主主要研究究工作111.3课课题意义义1第2章虚虚拟信号号发生器器概况332.1 信号发发生器，虚虚拟仪器器概述332.1.1 信信号发生生器概述述32.1.2 虚虚拟仪
7、器器基本概概念32.1.3虚拟拟仪器的的特点552.2 虚拟仪仪器的现现状和发发展72.2.1虚拟拟仪器的的现状772.2.2虚拟拟仪器的的展望882.3虚虚拟信号号发生器器的介绍绍82.3.1信号号发生器器的基本本原理882.3.2虚拟拟信号发发生器的的工作原原理9第3章虚虚拟仪器器的软件件开发平平台LAABVIIEW1103.1 LabbVIEEW简介介103.2 LabbVIEEW的主主要窗口口103.3 LabbVIEEW中信信号处理理与分析析1334数数据采集集系统的的构成116第4章虚虚拟信号号发生器器的设计计184.1虚虚拟信号号发生器器创建过过程1884.1.1软件件设计方方案
8、188412 标准准频率22042数数字信号号处理2204.3软软面板的的设计2234.3.1 仪仪器面板板和参数数设置2234.3.2波形的的产生与与调节22544实实现效果果图277结论300致谢311参考文献献32第1章 引 言1.1课课题的提提出在大学四四年学习习中，电电子产品品的操作作与制作作，软件件工具的的应用与与功能的的实现都都是我们们主要学学习的内内容。我我的毕业业论文的的题目是是用虚拟拟仪器实实现波形形发生器器的功能能。课题的研研究是基基于虚拟拟仪器的的研究与与开发学学习而提提出的。老老师的辛辛苦用心心就是希希望我能能多学一一个软件件多会一一门技术术，在以以后工作作中多一一个
9、特点点。1.2课课题的主主要研究究工作LabVVIEWW在实际际生活中中的广泛泛应用，其其主要研研究工作作是学习习LabbVIEEW的软软件功能能，了解解虚拟仪仪器的设设计方法法，设计计一个能能产生三三角波，矩矩形波，正正弦波，且且其幅值值，频率率可根据据用户进进行选择择的虚拟拟波形发发生器。1.3课课题意义义随着科学学技术的的发展，在在测量领领域中需需要不断断更新测测量设备备，以满满足越来来越高的测量量要求。在在我国，传传统仪器器技术还还比较落落后，目目前有大大批陈旧旧的测试试仪器等待更新新。这些些仪器的的测量精精度和可可靠性均均低于国国外，并并且自动动化程度度较低。高高档仪器基基本上依依靠
10、国外外进口，每每年都消消耗国家家大量外外汇。然然而，花花大量资资金购买买的仪器，可可能我们们只需要要其中的的一部分分功能，同同时有些些其他应应用的功功能要求求，该仪器却满满足不了了。这些些情况无无疑是大大大浪费费了投资资。设想想要是能能将仪器器稍微改改动以实现更更大的使使用范围围该多好好。但是是这对于于传统仪仪器来说说是非常常困难的的。虚拟拟仪器的出现现，将彻彻底改变变这种局局面。利利用计算算机丰富富的软硬硬件资源源，用户户可以随随心所欲地根根据自己己的需求求，设计计自己的的仪器系系统，满满足多种种多样的的应用需需求。数数字信号发生生器是在在科学研研究和工工程设计计中广泛泛应用的的一种通通用仪
11、器器。目前前高精度度、具有有数据存存储能力力的信号号发生器器，生产产工艺复复杂，价价格昂贵贵。所以以虚拟数数字存储储信号发发生器的的设计有有一定的的经济价价值;虚虚拟信号号发生器器能充分分发挥虚虚拟仪器器结构简简单、功功能丰富富、价格格低廉、能能重复开开发、可可用户自自定义的的优势。设设计的虚虚拟数字字存储信信号发生生器，可可同时显显示、记记录和存存储多通通道输入入的波形形，并且且可以对对波形进进行数据据分析和和处理，具有一定的研究意义。第2章 虚拟信信号发生生器概况况2.1 信号发发生器，虚虚拟仪器器概述2.1.1信号号发生器器概述信号发生生器是生生产实践践和科学学研究中中应用十十分广泛泛的
12、电子子测量仪仪器。目目前常用用的模拟拟信号发发生器，外外型笨重重，功能能单一；数字信信号发生生器虽然然有一定定的功能能扩展，但但价格昂昂贵，维维护升级级成本高高，短时时间内难难以普及及应用。近近年来，出出现了一一种基于于计算机机和软件件的新型型仪器虚拟拟仪器。虚虚拟仪器器以计算算机为核核心，功功能由用用户定义义和设计计，具有有虚拟面面板，其其测试功功能由测测试软件件实现。虚虚拟仪器器的关键键是用软软件来实实现硬件件的功能能，实现现“软件件即仪器器”。在高等等院校理理工科教教学中，实实验教学学是整个个教学过过程中的的重要环环节，特特别是基基础课、专专业基础础课的实实验教学学在本科科教学中中尤为重
13、重要，他他对学生生的专业业知识起起着有效效的支撑撑作用。但但是，近近年来随随着学生生人数的的增加、实实验教学学改革不不断深入入，原有有实验室室的设备备和规模模难以满满足发展展的需要要。虚拟拟仪器的的出现很很好地解解决了这这些问题题。虚拟拟仪器是是以计算算机为核核心，功功能由用用户定义义和设计计，具有有虚拟面面板，其其测试功功能由测测试软件件实现。虚虚拟仪器器的关键键是用软软件来实实现硬件件的功能能，实现现“软件件即仪器器”。本本文应用用虚拟仪仪器开发发平台LLabVVIEWW开发了了一种多多功能虚虚拟信号号发生器器，扩展展了信号号发生器器的分析析和计算算能力，降降低了仪仪器的价价格，增增强了仪
14、仪器的通通用性，实实现了波波形显示示、存储储、打印印和读取取以及多多个测量量参数自自动显示示、相位位差自动动计算等等功能。2.1.2 虚虚拟仪器器基本概概念所谓虚拟拟仪器，就就是在以以计算机机为核心心的硬件件平台上上，其功功能由用用户设计计和定义义，具有有虚拟面面板，其其测试功功能由测测试软件件实现的的一种计计算机仪仪器系统统。虚拟拟仪器的的实质是是利用计计算机显显示器的的显示功功能来模模拟传统统仪器的的控制面面板，以以多种形形式表达达输出检检测结果果;利用用计算机机强大的的软件功功能实现现信号数数据的运运算、分分析和处处理;利利用1/O接口口设备完完成信号号的采集集测量与与调理，从从而完成成
15、各种测测试功能能的一种种计算机机测试系系统。使使用者用用鼠标或或键盘操操作虚拟拟面板，就就如同使使用一台台专用测测量仪器器一样。因因此，虚虚拟仪器器的出现现，使测测量仪器器与计算算机的界界限模糊糊了.虚虚拟仪器器的“虚拟”两字主主要包含含以下两两方面的的含义。虚拟仪器器（viirtuual insstruumenntioon）是是基于计计算机的的仪器。计计算机和和仪器的的密切结结合是目目前仪器器发展的的一个重重要方向向。粗略略地说这这种结合合有两种种方式，一一种是将将计算机机装入仪仪器，其其典型的的例子就就是所谓谓智能化化的仪器器。随着着计算机机功能的的日益强强大以及及其体积积的日趋趋缩小，这
16、这类仪器器功能也也越来越越强大，目目前已经经出现含含嵌入式式系统的的仪器。另另一种方方式是将将仪器装装入计算算机。以以通用的的计算机机硬件及及操作系系统为依依托，实实现各种种仪器功功能。虚虚拟仪器器主要是是指这种种方式。下下面的框框图1-1反映了了常见的的虚拟仪仪器方案案。图1-11 虚拟拟仪器方方案框图图虚拟仪器器的主要要特点有有：n 尽可能采采用了通通用的硬硬件，各各种仪器器的差异异主要是是软件。n 可充分发发挥计算算机的能能力，有有强大的的数据处处理功能能，可以以创造出出功能更更强的仪仪器。n 用户可以以根据自自己的需需要定义义和制造造各种仪仪器。虚拟仪器器实际上上是一个个按照仪仪器需求
17、求组织的的数据采采集系统统。虚拟拟仪器的的研究中中涉及的的基础理理论主要要有计算算机数据据采集和和数字信信号处理理。目前前在这一一领域内内，使用用较为广广泛的计计算机语语言是美美国NII公司的的LabbVIEEW。虚拟仪器器的起源源可以追追朔到220世纪纪70年年代，那那时计算算机测控控系统在在国防、航航天等领领域已经经有了相相当的发发展。PPC机出出现以后后，仪器器级的计计算机化化成为可可能，甚甚至在MMicrrosooft公公司的WWinddowss诞生之之前，NNI公司司已经在在Maccinttoshh计算机机上推出出了LaabVIIEW22.0以以前的版版本。对对虚拟仪仪器和LLabV
18、VIEWW长期、系系统、有有效的研研究开发发使得该该公司成成为业界界公认的的权威。普通的PPC有一一些不可可避免的的弱点。用用它构建建的虚拟拟仪器或或计算机机测试系系统性能能不可能能太高。目目前作为为计算机机化仪器器的一个个重要发发展方向向是制定定了VXXI标准准，这是是一种插插卡式的的仪器。每每一种仪仪器是一一个插卡卡，为了了保证仪仪器的性性能，又又采用了了较多的的硬件，但但这些卡卡式仪器器本身都都没有面面板，其其面板仍仍然用虚虚拟的方方式在计计算机屏屏幕上出出现。这这些卡插插入标准准的VXXI机箱箱，再与与计算机机相连，就就组成了了一个测测试系统统。VXXI仪器器价格昂昂贵，目目前又推推出
19、了一一种较为为便宜的的PXII标准仪仪器。(1)虚虚拟仪器器的面板板是虚拟拟的 虚拟仪仪器面板板上的各各种“图标”与传统统仪器面面板上的的各种“器件”所完成成的功能能是相同同的:由由各种开开关、按按钮、显显示器等等图标实实现仪器器电源的的“通”、“断实现现被测信信号的“输入通通道”、“放大倍倍数”等参数数的设置置，以及及实现测测量结果果的“数值显显示”、“波形显显示”等。 传统仪仪器面板板上的器器件都是是“实物”，而且且是由“手动”和“触摸”进行操操作的:虚虚拟仪器器前面板板是外形形与实物物相像的的“图标”，每个个图标的的“通、“断”、“放大”等动作作通过用用户操作作计算机机鼠标或或键盘来来完
20、成。因因此，设设计虚拟拟仪器前前面板就就是在前前面板设设计窗口口中摆放放所需的的图标，然然后对图图标的属属性进行行设置。(2)虚虚拟仪器器测量功功能是通通过对图图形化软软件流程程图的编编程来实实现的虚拟仪器器是在以以PC为为核心组组成的硬硬件平台台支持下下，通过过软件编编程来实实现仪器器的功能能。因为为可以通通过不同同测试功功能软件件模块的的组合来来实现多多种测试试功能，所所以，在在硬件平平台确定定后，就就有“软件就就是仪器器”的说法法。这也也体现了了测试技技术与计计算机深深层次的的结合。虚虚拟仪器器技术的的实质是是充分利利用最新新的计算算机技术术来实现现和扩展展传统仪仪器的功功能。软软件是虚
21、虚拟仪器器的关键键，当硬硬件确定定以后，就就可以通通过不同同的软件件实现不不同的功功能。用用户可以以根据自自己的需需要，设设计自己己的仪器器系统，满满足多种种多样的的应用要要求。利利用计算算机丰富富的软、硬硬件资源源，可以以大大突突破传统统仪器在在数据的的分析、处处理、表表达、传传递、储储存等方方面的限限制，达达到传统统仪器无无法比拟拟的效果果。它不不仅可以以用于电电子测量量、测试试、分析析、计量量等领域域，而且且还可以以用于进进行设备备的监控控以及工工业过程程自动化化。虚拟拟仪器还还可以广广泛应用用于电力力工程、物物矿勘探探、医疗疗、振动动分析、声声学分析析、故障障诊断及及教学科科研等多多个
22、方面面。2.1.3虚拟拟仪器的的特点LabVVIEWW是什么么？LaabVIIEW（Labboraatorry VVirttuall innstrrumeent Enggineeeriing）是是一种图图形化的的编程语语言，它它广泛地地被工业业界、学学术界和和研究实实验室所所接受，视视为一个个标准的的数据采采集和仪仪器控制制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用
23、过程都生动有趣。图形化的的程序语语言，又又称为“”语言。使使用这种种语言编编程时，基基本上不不写程序序代码，取取而代之之的是流流程图或或流程图图。它尽尽可能利利用了技技术人员员、科学学家、工工程师所所熟悉的的术语、图图标和概概念，因因此，LLabVVIEWW是一个个面向最最终用户户的工具具。它可可以增强强你构建建自己的的科学和和工程系系统的能能力，提提供了实实现仪器器编程和和数据采采集系统统的便捷捷途径。使使用它进进行原理理研究、设设计、测测试并实实现仪器器系统时时，可以以大大提提高工作作效率。利用LaabVIIEW，可可产生独独立运行行的可执执行文件件，它是是一个真真正的位编编译器。像像许多
24、重重要的软软件一样样，LaabVIIEW提提供了WWinddowss、UNIIX、Linnux、Maccinttoshh的多种种版本。与传统仪仪器相比比虚拟仪仪器主要要有以下下优点:(1)传传统仪器器的面板板只有一一个，其其上布置置着种类类繁多的的显示与与操作元元件，易易于导致致许多识识别与操操作错误误。虚拟拟仪器与与之不同同，它可可以通过过在几个个分面板板上的操操作来实实现比较较复杂的的功能。这这样，在在每个分分面板上上就可以以实现功功能操作作的单纯纯化与面面板布置置的简捷捷化，从从而提高高操作的的正确性性与便捷捷性。同同时，虚虚拟仪器器面板上上的显示示元件和和操作元元件的种种类与形形式不受
25、受“标准件件”和“加工工工艺”的限制制，它们们是由编编程来实实现的，设设计者可可以根据据用户的的认知要要求和操操作要求求，设计计仪器面面板。(2)在在通用硬硬件平台台确定后后，由软软件取代代传统仪仪器中的的硬件来来完成仪仪器的功功育旨。(3)仪仪器的功功能是用用户根据据需要由由软件来来定义的的，而不不是事先先由厂家家定义好好的。(4)仪仪器性能能的改进进和功能能扩展只只需要更更新相关关软件设设计而不不需要购购买新的的器。(5)研研制周期期较传统统仪器大大为缩短短。(6)虚虚拟仪器器开放、灵灵活，可可与计算算机同步步发展，与与网络及及其他周周边设备备互联。Labvvieww实现的的功能虚拟函数数
26、信号发发生器的的功能设设计参考考了常见见信号发发生器的的功能，并并结合虚虚拟仪器器基于计计算机的的特点，在在功能上上有所扩扩展，实实现的主主要功能能如下：(1)可可以产生生lHzz1MHHz的正正弦波、方方波、三三角波、锯锯齿波和和任意波波形：(2)信信号频率率、幅度度、相位位、偏移移量和占占空比的的参数可可以调节节和控制制；(3)能能够显示示输出信信号波形形；(4)采采样频率率和采样样点数可可以随信信号频率率在档位位变化时时调节。2.2 虚拟仪仪器的现现状和发发展2.2.1虚拟拟仪器的的现状 虚拟仪仪器的概概念，是是美国国国家仪器器公司(Nattionnal Insstruumennts C
27、orrp，简简称NII)于119866年提出出的。880年代代以来，NNI公司司研制和和推出了了许多总总线系统统的虚拟拟式仪器器，成为为这类新新型仪器器世界第第一生产产大户。此此后，美美国的惠惠普(HHP)公公司，TTekttronnix公公司，RRacaal公司司等也相相继推出出了许多多此类仪仪器，并并在短短短的100余年便便占有了了世界仪仪器市场场的100%左右右。虚拟拟仪器技技术目前前在国外外发展很很快，以以NI公公司为代代表的一一批厂商商己经在在市场上上推出了了基于虚虚拟仪器器技术而而设计的的商品化化仪器产产品。在在美国，虚虚拟仪器器系统及及其图形形编程语语言，已已作为各各大学理理工科
28、学学生的一一门必修修课程。美美国的斯斯坦福大大学的机机械工程程系要求求三、四四年级的的学生在在实验时时应用虚虚拟仪器器进行数数据采集集和实验验控制。据据“世界仪仪表及自自动化”杂志预预测，221世纪纪初叶，世世界虚拟拟仪器的的生产厂厂家将超超过千家家，其品品种将达达到数千千种，市市场占有有率将达达到50096左左右。虚虚拟仪器器将成为为本世纪纪仪器发发展的方方向，而而且有逐逐步取代代传统硬硬件化电电子仪器器的趋势势。 近年来来，世界界各国的的虚拟仪仪器公司司开发了了不少虚虚拟仪器器开发平平台软件件，以便便使用者者利用这这些仪器器公司提提供的开开发平台台软件组组建自己己的虚拟拟仪器或或测试系系统
29、，并并编制测测试软件件。LaabVIIEW采采用图形形化编程程方案，是是非常实实用的开开发软件件。LaabWiindoows / CCVI是是为熟悉悉C语言言的开发发人员准准备的、在在Winndowws环境境下的标标准ANNSICC开发环环境。 作为仪仪器领域域中最新新兴的技技术，虚虚拟仪器器的开发发和研究究在国内内尚属起起步阶段段。虚拟拟仪器的的开发厂厂家，为为扩大虚虚拟仪器器的功能能，在测测量结果果的数据据处理、表表达模式式及变换换方面也也做了许许多工作作，发布布了各种种软件，建建立了数数据处理理的高级级分析库库和开发发工具库库(例如如测量结结果的谱谱分析、快快速傅立立叶变换换、各种种数字
30、滤滤波器、卷卷积处理理和相关关函数处处理、微微积分、峰峰值和阐阐值检队队波形发发生、噪噪声发生生、回归归分析、数数值运算算、时域域和频域域分析等等)，使使虚拟仪仪器发展展成为可可以组建建极为复复杂自动动测试系系统的仪仪器系统统。 专家预预测:未未来的几几年内，国国内将有有大批企企业使用用虚拟仪仪器系统统对生产产设备的的运行状状况进行行实时监监测。随随着微型型计算机机的发展展，虚拟拟仪器将将会逐步步取代传传统的测试仪仪器而成成为测试试仪器的的主流。2.2.2虚拟拟仪器的的展望虚拟仪器器技术经经过十几几年发展展，而今今正沿着着总线与与驱动程程序标准准化、硬硬/软件件模块化化、编程程平台图图形化和和
31、硬件模模块的即即插即用用方向前前进，以以开放式式模块化化仪器标标准为基基础的虚虚拟仪器器标准正正日趋完完善，加加上计算算机技术术和网络络技术的的迅猛发发展，建建立在虚虚拟仪器器技术上上的各种种功能强强大、性性能优良良的先进进仪器将将层出不不穷，价价格也会会越来越越低，使使用虚拟拟仪器进进行研究究、设计计、测试试将成为为一种趋趋势，同同样，虚虚拟仪器器及技术术也将成成为学校校未来教教学科研研的重要要方法和和手段，特特别是在在理工科科学校其其应用前前景非常常广阔。虚虚拟仪器器可以取取代测量量技术传传统领域域的各类类仪器，“没有测量就没有鉴别，科学技术就不能前进”。虚拟仪器将会在科学技术的各个领域得
32、到广泛应用，对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。2.3虚虚拟信号号发生器器的介绍绍2.3.1信号号发生器器的基本本原理本函数信信号发生生器的前前面板主主要由以以下几个个部分构构成：仪仪器控制制按钮，输输出频率率控制窗窗口(包括频频率显示示单位)，频率率倍成控控制，波波形选择择，频率率微调按按钮，直直流偏置置，方波波占空比比调节，输输出波形形幅度控控制按钮钮。频率率微调范范围：OO11 HHz；直直流偏置置：一11010VV；方波波占空比比：01000；输输出波形形幅度：010VV。此外外还增加加了许多多修饰性性的元件件如面板板上的压压控输入入、记数数输入、同同步输出出、电压压输出等
33、等。使用用这些修修饰性的的元件的的目的是是为了增增加仪器器的美观观性，并并尽量与与真实仪仪器的使使用界面面相一致致。2.3.2虚拟拟信号发发生器的的工作原原理通过软件件虚拟信信号发生生器的功功能，信信号由特特定的虚虚拟仪器器发出，再再通过波波形显示示器表现现在大家家面前。虚拟仪器以计算机为核心，功能由用户定义和设计，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现。虚拟仪器的关键是用软件来实现硬件的功能，实现“软件即仪器”。本文应用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发了一种多功能虚拟信号发生器，扩展了信号发生器的分析和计算能力，降低了仪器的价格，增强了仪器的通用性，实现了波形显示、存储、以及多个测量参数自
34、动显示、相位差自动计算等功能。第3章 虚拟仪仪器的软软件开发发平台LLabVVIEWW3.1LLabVVIEWW简介虚拟信号号发生器器软件设设计采用用的NII公司的的虚拟仪仪器开发发工具LLabVVIEWW。LaabVIIEW是是根据GG编程语语言,为为数据采采集与控控制、数数据分析析与显示示而设计计的一种种图形编编程开发发环境。它它用图标标代码代代替编程程语言创创建应用用程序，用用数据流流编程方方法描述述程序的的执行，用用图标和和连线代代替文本本的形式式编写程程序，为为虚拟仪仪器设计计者提供供了便捷捷轻松的的设计环环境，设设计者利利用它可可以像搭搭积木一一样，轻轻松组建建一个测测试系统统以及
35、构构造自己己的仪器器面板，而而无需进进行任何何烦琐的的程序代代码编写写。使用用LabbVIEEW开发发平台编编制的虚虚拟仪器器程序VVI包括括三个部部分：程程序前面面板、框框图程序序和图标标/连接接器。程程序前面面板用于于设置输输入数值值和观察察输出量量，生成成模仿传传统仪器器的控制制面板。每每一个程程序前面面板都对对应着一一段框图图程序。框框图程序序用LaabVIIEW图图形编程程语言编编写，类类似传统统程序的的源代码码。图标标/连接接器是子子程序SSubVVI被其其它VII调用的的接口。LLabVVIEWW采用的的是自上上向下的的模块化化编程方方法，所所生成的的各个子子程序有有利于主主程序
36、的的设计与与实现。这这种设计计方法可可大大减减小虚拟拟仪器开开发的难难度，利利于仪器器开发人人员之间间的分工工协作。虚拟仪器器由通用用仪器硬硬件平台台和应用用软件两两大部分分构成。硬硬件平台台完成被被测信号号调理与与信号采采集，即即获取被被测信号号。硬件件部分主主要包括括传感器器、信号号调理电电路及数数据采集集卡。而而传感器器和信号号调理电电路针对对不同的的测试对对象有不不同的选选择和设设计。目前较较常用的的虚拟仪仪器系统统是数据据采集系系统（PPC-DDAQ系系统）、GGPIBB仪器测测试系统统、VXXI仪器器测试系系统。3.2 LabbVIEEW的主主要窗口口前面板前面板是是图形用用户界面
37、面，也就就是VII的虚拟拟仪器面面板，这这一界面面上有用用户输入入和显示示输出两两类对象象，具体体表现有有开关、旋旋钮、图图形以及及其他控控制（cconttroll）和显显示对象象（inndiccatoor）。图图32所示是是一个随随机信号号发生和和显示的的简单VVI是它它的前面面板，上上面有一一个显示示对象，以以曲线的的方式显显示了所所产生的的一系列列随机数数。还有有一个控控制对象象开关关，可以以启动和和停止工工作。显显然，并并非简单单地画两两个控件件就可以以运行，在在前面板板后还有有一个与与之配套套的流程程图。控制对象(输入)显示对象(输出)图32随机信号发生器的前面板流程图流程图提提供V
38、II的图形形化源程程序。在在流程图图中对VVI编程程，以控控制和操操纵定义义在前面面板上的的输入和和输出功功能。流流程图中中包括前前面板上上的控件件的连线线端子，还还有一些些前面板板上没有有，但编编程必须须有的东东西，例例如函数数、结构构和连线线等。图图33是与图图2对应的的流程图图。我们们可以看看到流程程图中包包括了前前面板上上的开关关和随机机数显示示器的连连线端子子，还有有一个随随机数发发生器的的函数及及程序的的循环结结构。随随机数发发生器通通过连线线将产生生的随机机信号送送到显示示控件，为为了使它它持续工工作下去去，设置置了一个个Whiile Looop循环环，由开开关控制制这一循循环的
39、结结束。函数：随机数发生器结构：循环与前面板控件对应的连线端子与前面板控件对应的连线端子图33随机信号发生器的流程图如果将VVI与标标准仪器器相比较较，那么么前面板板上的东东西就是是仪器面面板上的的东西，而而流程图图上的东东西相当当于仪器器箱内的的东西。在在许多情情况下，使使用VII可以仿仿真标准准仪器，不不仅在屏屏幕上出出现一个个惟妙惟惟肖的标标准仪器器面板，而而且其功功能也与与标准仪仪器相差差无几。图标/连连接器VI具有有层次化化和结构构化的特特征。一一个VII可以作作为子程程序，这这里称为为子VII（subbVI），被被其他VVI调用用。图标标与连接接器在这这里相当当于图形形化的参参数，
40、详详细情况况稍后介介绍。数据采集集模块是是虚拟信信号发生生器的软软件的核核心，主主要完成成数据采采集的控控制，包包括触发发控制、通通道控制制、时基基控制等等。其中中，触发发控制包包括触发发模式、触触发斜坡坡和触发发电平控控制，通通道控制制主要控控制哪一一通道进进行测量量和频谱谱分析，时时基控制制主要控控制采集集卡扫描描率、每每一通道道扫描次次数(取取样数)，多功能能虚拟信信号发生生器采用用的数据据采集卡卡PCII60024EE，它支支持DMMA方式式和双缓缓冲区模模式，保保证了实实时信号号不间断断采集与与存储。这这种数据据采集卡卡支持单单极性和和双极性性模拟信信号输入入，采样样速率可可达200
41、0kbb/s，信信号输入入范围分分别为55V和和-100V110V。提提供166路单端端8路路差动模模拟输入入通道、22路独立立的DAA输出通通道、88位244线的TTTL型型数字IIO、22个244位200MHzz的定时时计数器器，4个个模拟输输入范围围等多种种功能。该该数据采采集卡支支持的操操作系统统有Winndowws20000/NT/XP/Me/9x、LLinuux等。使使用的软软件有LLabVVIEWW、LaabWiindoows/CVII等。这这些功能能使得用用户不仅仅可以用用该卡设设计信号号发生器器，还可可以使用用该卡设设计数字字万用表表、波形形发生器器、逻辑辑分析仪仪等，做做到
42、一卡卡多用，为为系统的的后续扩扩充保留留余地。3.3 LabbVIEEW中信号处处理与分分析数字信号号在我们们周围无无所不在在。因为为数字信信号具有有高保真真、低噪噪声和便便于信号号处理的的优点，所所以得到到了广泛泛的应用用，例如如电话公公司使用用数字信信号传输输语音，广广播、电电视和高高保真音音响系统统也都在在逐渐数数字化。太太空中的的卫星将将测得数数据以数数字信号号的形式式发送到到地面接接收站。对对遥远星星球和外外部空间间拍摄的的照片也也是采用用数字方方法处理理，去除除干扰，获获得有用用的信息息。经济济数据、人人口普查查结果、股股票市场场价格都都可以采采用数字字信号的的形式获获得。因因为数
43、字字信号处处理具有有这么多多优点，在在用计算算机对模模拟信号号进行处处理之前前也常把把它们先先转换成成数字信信号。本本章将介介绍数字字信号处处理的基基本知识识，并介介绍由上上百个数数字信号号处理和和分析的的VI构构成的LLabVVIEWW分析软软件库。目前，对对于实时时分析系系统，高高速浮点点运算和和数字信信号处理理已经变变得越来来越重要要。这些些系统被被广泛应应用到生生物医学学数据处处理、语语音识别别、数字字音频和和图像处处理等各各种领域域。数据据分析的的重要性性在于，无无法从刚刚刚采集集的数据据立刻得得到有用用的信息息，如下下图所示示。必须须消除噪噪音干扰扰、纠正正设备故故障而破破坏的数数
44、据，或或者补偿偿环境影影响，如如温度和和湿度等等。表311通过分析析和处理理数字信信号，可可以从噪噪声中分分离出有有用的信信息，并并用比原原始数据据更全面面的表格格显示这这些信息息。下图图显示的的是经过过处理的的数据曲曲线。表322用于测量量的虚拟拟仪器(VI)用于测量量的虚拟拟仪器(VI)执行的的典型的的测量任任务有：l 计算信号号中存在在的总的的谐波失失真。l 决定系统统的脉冲冲响应或或传递函函数。l 估计系统统的动态态响应参参数，例例如上升升时间、超超调量等等等。l 计算信号号的幅频频特性和和相频特特性。l 估计信号号中含有有的交流流成分和和直流成成分。在过去，这这些计算算工作需需要通过
45、过特定的的实验工工作台来来进行，而而用于测测量的虚虚拟仪器器可以使使这些测测量工作作通过LLabVVIEWW程序语语言在台台式机上上进行。这这些用于于测量的的虚拟仪仪器是建建立在数数据采集集和数字字信号处处理的基基础之上上，有如如下的特特性：l 输入的时时域信号号被假定定为实数数值。l 输出数据据中包含含大小、相相位，并并且用合合适的单单位进行行了刻度度，可用用来直接接进行图图形的绘绘制。l 计算出来来的频谱谱是单边边的（ssinggle_sidded），范范围从直直流分量量到Nyyquiist频频率(二二分之一一取样频频率)。（即即没有负负频率出出现）l 需要时可可以使用用窗函数数，窗是是经
46、过刻刻度地，因因此每个个窗提供供相同的的频谱幅幅度峰值值，可以以精确地地限制信信号的幅幅值。一般情况况下，可可以将数数据采集集VI的输输出直接接连接到到测量VVI的输输入端。测测量VII的输出出又可以以连接到到绘图VVI以得得到可视视的显示示。有些测测量VII用来进进行时域域到频域域的转换换，例如如计算幅幅频特性性和相频频特性、功功率谱、网网路的传传递函数数等等。另另一些测测量VII可以刻刻度时域域窗和对对功率和和频率进进行估算算。本章将介介绍测量量VI中常常用的一一些数字字信号处处理函数数。LabVVIEWW的流程程图编程程方法和和分析VVI库的的扩展工工具箱使使得分析析软件的的开发变变得更
47、加加简单。LLabVVIEWW 分析析VI通通过一些些可以互互相连接接的VII，提供供了最先先进的数数据分析析技术。你你不必像像在普通通编程语语言中那那样关心心分析步步骤的具具体细节节，而可可以集中中注意力力解决信信号处理理与分析析方面的的问题。LLabVVIEWW 6ii版本中中，有两两个子模模板涉及及信号处处理和数数学，分分别是AAnallyzee子模板板和Meetheematticss子模板板。这里里主要涉涉及前者者。进入Fuuncttionns模板板AnaalyzzeSiignaal PProccesssingg子模板板。图344其中共有有6个分析析VI库库。其中中包括：Siignaal GGeneerattionn（信号号发生）：用于产产生数字字特性曲曲线和波波形。Tiime Dommainn（时域域分析）：用于进进行频域域转换、频频域分析析等。Frrequuenccy DDomaain（频频域分析析）：Meeasuuremmentt（测量量函数）：用于执执行各种种测量功功能，例例如单边边FFTT、频谱、比比例加窗窗以及泄泄漏频谱谱、能量量的估算算。Diigittal Fillterrs（数数字滤波波器）：用于执执行IIIR、FFIR 和非线线性滤波波功能。Wiindoowinng（窗窗函数）：用于对