虚拟仪器课程设计报告--基于虚拟仪器的信号发生器设计

1、.基于虚拟仪器的信号发生器 虚拟仪器课程设计报告 基于虚拟仪器的信号发生器设计组 员：XXX班 级：XXXXXXX 专 业：测控技术与仪器学 院：机电学院指导老师：XXXXXX目录 一、 设计要求1二、 设计思路1三、 前面板设计1四、 后面板的程序框图设计3五、 设计结果6六、 结果分析10七、 发现问题及解决方案10八、 设计总结11基于虚拟仪器的信号发生器设计1、 设计要求（1）能产生正弦、方波（占空比可调）、锯齿波、三角波， 幅度、相位、频绿可调；（2）最大输出频率：100KHz，最大幅度10V; (3) 幅度、相位、频率均连续可调；（4） 界面美观，操作方便；（5） 模拟输出通过示波

2、器观察以上功能；2、 设计思路（1）总体设计思路 根据设计要求，先做出一个单通道的信号发生器，在LabVIEW界面上运行， 实现基本的要求，即可以显示各种波形而且幅度频率等连续可调，然后再加上一个信号发生器，将它们进行捆绑，实现两个信号同时显示的双通道信号发生器功能，最后利用数据采集卡和DAQ助手连接到示波器，检验结果是否和LabVIEW界面上运行的结果吻合。（2）要求分析对于要求1：可以采用基本函数信号发生器，就可以产生相应的波形。对于要求2：由于采集卡的限制，当达到100KHz的时候，波形会有所失真，这个时候需要 调节相应的采样频率可以使波形得到相应改善。对于要求3：设置一个旋钮按键就可以

3、实现连续调节。对于要求4：可以在修饰中根据自己的需要做相应的装饰。对于要求5：可以使用DAQ助手和数据采集卡来实现输出，在示波器上显示。3、 前面板设计 前面板是用户接口即交互式界面用于用户输入各种控制参数观察输出量和显示输出信号波形，在前面板中使用了各种仿真图标、旋钮开关等，并以数字显示或实时波形图等控件模拟真实仪器的面板，在使用中直接通过鼠标和键盘设定信号的相关参数。我们设计的双通道信号发生器的前面板如下图所示：主要由以下几部分组成：（1） 信号类型选择部分：包括四种波形的选择（正弦波、三角波、方波、锯齿波）。（2） 频率调节部分：包括一个频率调节数值旋钮控件，一个频率显示的数值显示控件，

4、频率档位选择控件以及两个频率单位显示的布尔控件。（3） 幅度、相位、占空比调节部分：分别包括一个幅度、相位、占空比调节数值旋钮控件以及数值显示控件。 （4） 波形显示部分：包含一个输出波形的波形图控件。4、 后面板的程序框图设计 系统的程序设计应与前面板功能相对应，我们设计的双通道信号发生器程序框图如下：仪器的各功能实现子程序如下：（1） 仪器的启动和停止采用while循环结构。（2） 频率调节与现实的设计： 频率调节主要是进行频率档位选择和频率微调，其设计思路为当频率档位选择枚举控件的值满足条件结构中的某一条件时，与该条件对应的程序开始执行，依据“频率=频率微调值×频率档位”的规律

5、生成频率，因为要满足最大输出频率为100KHz，而微调控件为0-10，所以设置五个频率档位，分别为：x1，x10，x100，x1000，x10000。频率显示不仅显示程序生成的频率值而且能够根据频率的单位是 hz 还是 khz 进行自动调整，其设计思路为若频率值大于1000hz则将频率值除以 1000 后输送到频率显示控件，同时代表 khz单位的布尔指示控件置于 true如图4.1所示，反之则将频率值直接输送到频率显示控件，并将代表 hz 单位的布尔指示控件置于true如图 4.2 所示 ：图4.1 频率档位为100，频率值大于1000Hz时的程序框图 图4.2 频率档位为100，频率值小于1

6、000Hz时的程序框图（3） 信号的生成与显示设计：信号生成利用了基本函数发生器可产生正弦波、方波、三角波、锯齿波4 种信号。这 4 种信号的生成分别由信号选择控件完成。生成信号所需的参数包括信号类型、信号频率、信号幅度、相位、采样频率、采样点数以及方波占空比，这些参数由前面板输入控件设定并且都有显示控件。信号显示是通过波形图控件实时生成的波形，要实现双通道信号显示则通过一个合成信号通道即可，再接上波形图。 由上图可知，我们设计的信号发生器的采样频率是根据信号频率的变化而变化的，即采用了一个簇的捆绑，将信号频率的100倍给到采样率，采样点则取常量1000.上图为实现双通道信号的显示（4） 实现

7、输出到示波器上的显示：利用DAQ助手，设置好输出通道，采样率和采样点，连接到界面，并通过数据采集卡连接到示波器，运行并调节界面界面，观察示波器上的显示结果是否吻合。5、 设计结果1、 LabVIEW界面上运行结果如下：（1） 单通道正弦波（2） 单通道方波（3） 双通道三角波和锯齿波2、 示波器运行结果如下：（1） 双通道信号显示（2） 输出频率达100KHz时的信号显示6、 结果分析 由以上设计结果显示可知，在LabVIEW界面上可以很准确的实现双通道信号发生器的各项功能，但是在实际的示波器上显示却有一定偏差，像幅值，频率，占空比等基本保持吻合，但是波形显示有一定偏差，特别是当增大输出频率到

8、100KHz时会发生明显的信号失真，后来经学长指点找出一部分原因，数据采集卡采样率最大只能达到800KHz，所以当输出频率越大时就会出现不同程度的失真，再加上一些外在因素的干扰。但基本上我们完成了双通道信号发生器的设计。7、 发现问题及解决方案 在给学长检查时我们发现了一个问题，及在示波器上显示两个不同信号时，两个信号的频率是一样的，无论怎样调节频率，两个信号的频率都跟信号1的频率保持一致，分析之后得出可能是在信号合成之后信号2的频率信息丢失了，再根据其他组的同学的检查结果，他们的没问题，然后我们根据他们的试着找出原因，他们用创建数组将两个信号合并，我们先改一下，如下图所示：替换成 结果发现用创建数组合并信号代替后仍没有得到解决问题，于是我们就不采用DAQ助手，而使用DAQmx，结果问题解决了，两个信号的频率在示波器上也能准确的显示，解决方案如下：8、 设计总结 经过几天的努力，我们组很好地完成了设计任务，不但实现了老师所给的基本设计要求，而且还增加了两项功能，即实现频率的档位控制单位显示及双通道信号显示，在设计的过程中，我们不单把老师上课讲的知识融入到设计当中，而且在设计过程中通过查资料问学长同学学会了一些其他的东西，现在我们已经能利用LabVIEW界面进行一些简单的设计，更重要的是我们在其中发现了问题并经过分析很好地解决了问题。通过本次设计，我们了解了虚拟仪器的强大功能，与