基于LabVIEW的虚拟函数信号发生器的设计文献综述.doc

基于labview的虚拟函数信号发生器的设计摘要：虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国 ni 公司的 labview。 关键字：虚拟仪器；labview；函数信号发生器abstract：virtual instrument means: use of the existing pc, with a specially designed instrument hardware and proprietary software, the formation of the basic functions of both the ordinary instrument, there are usually no special equipment features of the new instrument.key words：virtual instrument；labview; signal generator1 前言现代虚拟仿真技术越来越流行，虚拟仿真技术应用广泛，发展前景广阔，掌握利用labview技术设计虚拟函数发生器，使虚拟函数发生器对多波形可以进行选择，多种参数可以调节和控制，这样能使它在实验室能得到更广的应用1。labview是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，可以用来创建通用的应用程序。labview在测试、测量和自动化等领域具有更大的优势，同时为后期的数据采集、分析、显示和存储等提供了大量的工具与函数2。虚拟函数信号发生器在仿真实验中应用相当广泛，简单介绍下通用多波形虚拟函数信号发生器的在仿真实验中的应用，按照信号与系统课程中，信号的加，减，乘，除等几种不同的运算，我们可以通过虚拟函数信号发生器对这几种运算进行验证和简单研究。本文将简单介绍基于labview上的虚拟函数发生器的设计原理，以方便学生读者可以在学习中更好的利用它在学业中发挥它的作用3。2国内外研究历史、发展动态2.1虚拟仪器发展历史虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展4。pc机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 microsof t公司的 windows 诞生之前，ni公司已经在macintosh计算机上推出了labview2.0 以前的版本5。对虚拟仪器和 labview长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前labview 的最新版本为 labview2009，labview 2009 为多线程功能添加了更多特性，这种特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 labview 软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、labview real-time 工具对嵌入式平发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选6。普通的 pc 有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高7。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了vxi 标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现8。这些卡插入标准的 vxi 机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。vxi 仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的 pxi 标准仪器。22虚拟仪器的发展现状虚拟仪器目前的发展大体可以分为5类：一、pc总线插卡型虚拟仪器这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如labview相结合（注：美国ni公司的labview是图形化编程工具，它可以通过各种控件自已组建各种仪器。labview/cvi是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言visual c+,visual basic,labviews/cvi构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受pc机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点9。另外，isa总线的虚拟仪器已经淘汰，pci总线的虚拟仪器价格比较昂贵。二、并行口式虚拟仪器最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国link公司的dso-2xxx系列虚拟仪器,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式pc机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。三、gbib总线方式的虚拟仪器gpib技术是ieee488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的gpib系统由一台pc机、一块gpib接口卡和若干台gpib形式的仪器通过gpib电缆连接而成10。在标准情况下，一块gpib接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。gpib技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。gpib测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。四、vxi总线方式虚拟仪器vxi总线是一种高速计算机总线vme总线在vi领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的rfi/emi屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用11。经过十多年的发展，vxi系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合12。有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建vxi总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。五、pxi总线方式虚拟仪器pxi总线方式是pci总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局总线。pxi的高度可扩展性。pxi具有8个扩展槽，而台式pci系统只有34个扩展槽，通过使用pcipci桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式pc的性能价格比和pci总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。总结未来的这种连通水平将会更高，届时将赋予模块化新的定义。随着互联网和无线技术的不断发展，工程师们不仅能够重新使用模块化的组成部分，还可以更方便地在全球范围内共享知识和经验巩固开发过程每个阶段工程师们的努力成果。 商业科技的发展浪潮将会继续，同时也会将虚拟仪器技术推向新的水平。因此，性能的提高将会更容易实现，从而节省宝贵的开发及系统集成时间，同时又比传统仪器测量方案成倍降低成本。没有人能够准确地预测未来的虚拟仪器将会发展到怎样的程度，但是有一点可以肯定pc机与其相关的科技将会是虚拟仪器技术的核心，而您有了它的帮助将会更成功。参考文献1 杨乐平,吕英军.虚拟数字示波器的设计与实现j.电子技术应用.2000,7(6):78892 戎舟.基于labview的虚拟示波器及远程测控j.微计算机信息.2004,20(5):66673 杨乐平,李海涛,杨磊.labview程序设计与应用m.第2版 .北京: 电子工业出版社, 2006:2093764 蔡建安, 陈洁华. 基于labview的工程软件应用m.第2版.重庆：重庆大学出版社,2006:1992365 马双宝.基于labview7.0虚拟信号发生器的实现j.微计算机信息.2005,1(9):89906 杨乐平，李海涛.虚拟仪器技术概论m.第6版. 江苏：电子工业出版社，2003：80907 刘君华,贾惠芹,丁晖.虚拟仪器图形化编程语言labview教程m.阎晓艳.第3版.陕西：西安电子科技大学出版社，2003：891098 雷振山.labview7.express实用技术教程m.第3版.石家庄：国铁道出版社,2007：982099 邓焱,王磊.labview7.1测试技术与仪器应用m.第9版.湖北：机械工业出版社，2004：567810 任姝婕.基于labview8.2的虚拟函数信号发生器j.电气电子教学学报.2007,30(4):1411 horton e c, foley m w, kwok k e.labview program for data acquisition during