嵌入式系统课程设计-基于LABVIEW的信号发生器设计.doc

等级:课 程 设 计课程名称嵌入式系统课程设计课题名称基于LABVIEW的信号发生器专 业电子信息工程班 级电信1301学 号姓 名指导老师2016年12月20日- 1 - 电气信息学院课程设计任务书课题名称基于LABVIEW的信号发生器的设计 姓 名专业电子信息工程班级电信1301 学号19 指导老师 课程设计时间2016年12月18日-2016年12月30日（17、18周）教研室意见意见： 同意 审核人：一、任务及要求 应用LabVIEW平台设计虚拟信号发生器，要求满足以下功能：1. 可产生10Hz100MHz的正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声以及多频波; 2. 任意波形的发生，任意波可实现公式输入;3. 信号频率、幅度、相位、偏移量可调可控;4. 方波占空比可调;5. 噪声任意可加、创建友好界面、信号波形现实对所产生的信号做自相关分析，积分，微分分析及相应的频谱分析. 设计要求：1、 设计前面板界面，建立友好的人机操作界面；2、 给出各个功能模块的程序框图；3、 绘制各个功能模块连接的流程图；4 、写出设计报告；二、进度安排第一周星期一、二：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；介绍labview软件的使用；查找资料，确定总体设计方案和单元模块设计；星期三第二周星期一：前面板构思，各个功能模块构建；第二周星期二、三：各个功能模块构建；第二周星期四、五：书写设计报告，打印相关图纸；答辩三、参考资料1 侯国屏，王坤，叶齐鑫 LABVIEW 7.1 编程与虚拟仪器设计M清华大学出版社，2 张桐，陈国顺，王正林 编著乔瑞萍，精通LabVIEW程序设计M电子工业出版社，3 杨乐平，李海涛 LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通M陈锡辉，张银鸿 编著，清华大学出版社，4 余成波，胡新宇传感器与自动检测技术M高等教育出版社- 3 -目录1、 课设任务及要求 11.1 设计任务 11.2 设计要求 12、 设计方案12.1 设计思路 12.2 设计框图 23、 设计单元模块33.1 波形生成模块33.2 积分微分器模块53.3 自相关函数演示模块63.4 频谱分析仪模块 63.5 信号发生器总设计模块74、 调试与仿真74.1 正弦波仿真图 74.2 方波仿真图74.3 三角波仿真图 84.4 锯齿波仿真图 84.5 多频波仿真图 84.6 高斯白噪声仿真图94.7 任意公式仿真图 95、 总原理框图 96、 心得体会107、 附录 10八、参考文献11- 4 -1、 设计任务及要求 1.1 设计任务 应用LabVIEW平台设计虚拟信号发生器，要求满足以下功能： 1. 可产生10Hz100MHz的正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声以及多频波; 2. 任意波形的发生，任意波可实现公式输入; 3. 信号频率、幅度、相位、偏移量可调可控; 4. 方波占空比可调; 5. 噪声任意可加、创建友好界面、信号波形现实对所产生的信号做自相关分析，积分，微分分析及相应的频谱分析. 1.2 设计要求 1. 设计前面板界面，建立友好的人机操作界面； 2. 给出各个功能模块的程序框图； 3. 绘制各个功能模块连接的流程图；4. 写出设计报告2、 设计方案 2.1 设计思路 对于设计一个虚拟信号发生器，首先要进行前面板的设计，前面板的设计主要需要考虑到我们所设计的信号发生器实现的功能。根据任务要求，除了产生基本函数信号、多频波、白噪声以及任意公式波外，还得对这些波形进行频谱分析和微积分变换。所以再根据这些功能，在控件选板中选择相应的控件，放在前面板相应的位置，摆放也得有一定的讲究，使前面板看起来比较协调。再者是后面板的设计，后面板的设计得用到函数模块，根据本次设计任务的要求选择相应的函数模块，这里我们用到了波形生成模块、微积分模块、频谱分析模块以及自相关函数模块。由于程序不止执行一次，所以还得用到循环结构，本次设计我用到的循环结构有while循环结构、case结构。最后将这几个模块连接起来，调试完成后就产生了任务书需要的虚拟信号发生器。 2.2 设计框图 对上面设计思路整理为流程框图，整体设计流程框图如图2.2；开始波形选择白噪声波任意公式波多频波正弦波方波三角波锯齿波频谱分析仪自相关分析积分微分器波形图 图2.2 整体流程框图三、设计单元模块 本节主要介绍了基于LabVIEW的虚拟函数信号发生器的设计思路及其流程和仿真图。主要分为以下5个模块：波形产生模块（基本波形、多频信号、任意公式、噪声信号）、自相关函数演示模块、频谱分析模块（虚拟正弦波频谱分析仪模块）、积分微分模块（虚拟积分器与微分器模块）以及虚拟函数信号发生器的总体设计。各个模块均给出了相应的流程图和前面板波形图。 3.1 波形生成模块波形生成模块包括基本波形、多频信号、任意公式信号、噪声信号四个小模块。把这几种波形放在一个case结构中就组成了本设计中波形生成模块。下面是四种基本波形生成模块的前面板图3.1.1和后面板图3.1.2。这一模块是应用波形产生子模板中的基本函数发生器节点来产生正弦波、三角波、方波、锯齿波等四种信号。 图3.1.1 四种基本波形生成程序 图3.1.2 基本函数波形产生模块前面板 下面是多频信号产生模块框图程序和前面板分别如图3.1.3和图3.1.4所示； 图3.1.3多频信号产生模块框图程序 图3.1.4 多频信号产生模块前面板 下面是任意公式波形产生模块的程序如图3.1.5和前面板3.1.6所示； 图3.1.5任意函数波形产生模块框图程序 图3.1.6 任意函数波形产生模块前面板白噪声模块后面板框图程序如图4.1.7所示。该模块的Case结构有2个分支，一个Case结构分支产生常用的高斯白噪声波形，另外一个Case结构产生常用的均匀白噪声波形。该模块可以根据需要在2种噪声波形信号之间进行选择（在前面板的信号类型下拉列表中选择即可），通过调节噪声的参数,可以得到不同的高斯白噪声和均匀白噪声波形。 图3.1.7噪声信号产生模块框图程序 图3.1.8 高斯白噪声信号产生模块前面板 图3.1.9均匀白噪声信号产生模块前面板- 13 -3.2积分微分器模块积分微分器模块的功能是可以观察正弦波、方波或三角波在微分前后的波形。下面是以对基本波形进行积分微分转换为例，其中积分和微分分别放在第二个case结构的两个分支中。其程序框图如图3.2.1，以及虚拟正弦波微分前面板如图3.2.2和虚拟正弦波积分前面板如图3.2.3；图3.2.1 虚拟积分器与微分器模块流程图 图3.2.2 虚拟正弦波微分器前图3.2.3 虚拟正弦波积分器前面板3.3自相关函数演示模块 该自相关函数演示仪可观察正弦波仿真信号的自相关函数，其中用于计算输出正弦信号的自相关函数值，这里需要将图标函数直接输出的相关函数值除以采样点数才能得到正确的结果。由于自相关函数图标所求得的数据实际是将原先求得的2N-1个数值向右平移了N-1个单位后所得到的数据，所以需要用索引函数来索引出第N-1个自相关函数值，并将结果乘以2得到幅值的平方。程序的前面板运行结果和流程图分别如下图3.3.1和3.3.2所示： 图3.3.1 自相关函数演示仪流程图 图3.3.2 自相关函数演示仪前面板3.4频谱分析仪模块该模块是举例对正弦波进行频谱分析，功能是可观察正弦波经过FFT后的幅值谱。其程序的前面板运行结果和流程图分别如下图3.4.1和3.4.2所示。 图3.4.1 虚拟正弦波频谱分析仪流程图 图4.15 虚拟正弦波频谱分析仪前面板3.5 信号发生器总设计模块 该模块是虚拟函数信号发生器的总体设计流程图，是在综合了前面所设计的各个模块的基础之上进行的。在第一个Case结构当中放置了正弦波、方波、三角波、锯齿波、高斯白噪声、均匀高斯白噪声以及多频波，任意公式输入波形模块作为该Case结构的各个分支，来实现波形的产生。第二个Case结构则是应用了积分微分器模块的结构。将两个Case结构置于While循环中，便组成了虚拟函数信号发生器的总体设计流程图。其总程序框图以及前面板见附录。4、 调试与仿真把总体设计流程框图做好保存后，接着就运行程序（可以点击连续运行），这样在前面板就可以通过调节波形类型按钮以及积分微分按钮看到设置好的各个波形的波形图、积分微分后的波形图、自相关函数波形图以及频谱分析器波形图。其各仿真图如下； 4.1 正弦波仿真图 图 4.1.1 正弦波积分图 图4.1.2 正弦波微分图 4.2 方波仿真图 图4.2.1 方波积分图 图4.2.2 方波微分图4.3 三角波仿真图 图4.3.1 三角波积分图 图4.3.2 三角波微分图4.4 锯齿波仿真图 图 4.4.1 锯齿波积分图 图 4.4.2 锯齿波微分图4.5 多频波仿真图 图 4.5.1 多频波积分图 图 4.5.2 多频波微分图4.6 高斯白噪声仿真图 图 4.6.1 高斯白噪声积分图 图 4.6.2 高斯白噪声微分图4.7 任意公式波仿真图 本次输入的公式为：sin(20*pi(1)*t)*sin(2*pi(1)*t 图 4.7.1 任意公式波积分仿真图 图 4.7.2 任意公式波微分图5、 总原理框图（见附页）6、 心得体会为期二周的课程设计结束了，刚开始由于对labview软件掌握的不是很好，对于这个课题时毫无头绪，根本不知道从何处入手，后来通过在网上查阅相关资料，慢慢的对虚拟仪器锁有了一定的了解，但是在设计过程中还是遇到了很多的问题，但在陈老师和同学的帮助下，加上自己的努力，终于逐个解决了每一个难题。 在这两周中的学习使我对虚拟仪器这门课程有了进一步的了解，使我加强了动手、思考和解决实际问题的能力。并让我深刻的体会到，虚拟仪器的应用十分广泛，能很容易地设计出具有严格要求的虚拟仪器信号发生器。在做完每一个单元模块后，都要验证它是否能够满足此单元的功能。有时候就是按照了原理来连接，但就是不能实现预期的功能。这就需要细心地找问题，是不是哪根线坏了，还是参数没有设置的好，但有时也存在原理上的错误。在设计过程中，同时也暴露出了自身的许多不足，如自己自主解决问题的能力有所欠缺，这在以后需要更好的加强。同时在此设计过程中主要用到了labview 15.等软件，我更熟悉了此软件的使用，这对以后的工作和解决实际问题都有了很好的帮助。 同时让我深深地体会到了团队合作的力量是多么强大！也让我感觉本次课程设计我的收获还是蛮多的！在此再次感谢我的陈老师和队友！7、 附录 总设计原理框