基于LABVIEW的虚拟函数信号发生器设计

1、 2021届毕业设计说明书 基于LabVIEW的多功能函数信号发生器设计 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 指导教师： 职称 专 业： 电子信息工程 班 级： 完成时间： 2021年5月30日 摘 要 随着计算机软件、硬件的开展，计算机与外部设备之间的数据通信变得越来越频繁，也越来越便利，于是虚拟仪器也就应运而生。从本质上来说，虚拟仪器是仪器技术与计算机技术深层次相结合的产物，它强调了“软件即仪器的概念，使用户能够根据自己的需要来定义仪器的功能，这样用户就能更好的组建自己所需要的测试系统。它是按照信号的处理与采集，数据的分析，结果的输出及显示的结构模式来建立通用信

2、号处理的硬件平台。 本文就是在这个通用信号处理的硬件平台，进行了基于LABVIEW的虚拟函数信号发生器的设计，本设计是基于LabWIEW软件的多功能函数信号发生器，能够产生实验室所常用的正弦波、三角波、方波、锯齿波信号及任意公式波等根本波形信号，本设计充分利用了LabVIEW软件开发平台所提供的丰富资源, 采用模块化的设计方法，并设计了一个用户的登陆系统和登录音效以及按键音效给人以视觉和听觉上美的感受，并进一步完善了虚拟信号发生器的功能, 能产生5种我们经常用到的信号以及其他的一些较复杂的信号。 关键词：虚拟仪器；Labview；函数信号发生器 ABSTRACT With computer s

3、oftware and hardware development, computer and data communication between external devices become more frequent, but also more convenient, so virtual instruments also emerged. In essence, the virtual instrument is the instrument technology and computer technology product of the combination of deep l

4、evel, it emphasizes the software instrument concept that allows users to define their own needs to the instrument function, so users can better the need to establish their own testing system. It is in accordance with the signal processing and collection, data analysis, and display the output results

5、 of the structural model to create common signal processing hardware platform. This article is in this general-purpose signal processing hardware platform for a LABVIEW-based virtual function signal generator design, the design is based on the LabWIEW software multi-function signal generator can pro

6、duce lab common sine wave, triangle wave, square wave, sawtooth wave signal and the arbitrary formulas and other basic waveform signal, the design takes advantage of LabVIEW software development platform provides a wealth of resources, using a modular design approach, and designed a user login syste

7、m and registry keys sound and sound gives a visual and auditory experience of beauty, and further improve the functionality of the virtual signal generator, can produce five kinds of signals, and we often use some other more complex signals. Keywords: virtual instrument; Labview; function signal gen

8、erator目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc19266 1 绪论 PAGEREF _Toc19266 1 HYPERLINK l _Toc24687 1.1 课题背景及意义 PAGEREF _Toc24687 1 HYPERLINK l _Toc29150 1.2 波形发生器的开展概况 PAGEREF _Toc29150 1 HYPERLINK l _Toc18909 1.3 本文的主要内容 PAGEREF _Toc18909 4 HYPERLINK l _Toc24423 2 虚拟仪器技术 PAGEREF _Toc24423 5 HYPERLINK l _T

9、oc16103 2.1 虚拟仪器概述 PAGEREF _Toc16103 5 HYPERLINK l _Toc5632 2.2 虚拟仪器的系统构成 PAGEREF _Toc5632 7 HYPERLINK l _Toc28183 2.2.1 虚拟仪器系统的硬件构成 PAGEREF _Toc28183 7 HYPERLINK l _Toc21276 2.2.2 虚拟仪器系统的软件构成 PAGEREF _Toc21276 7 HYPERLINK l _Toc3045 2.3 虚拟仪器软件开发平台 PAGEREF _Toc3045 8 HYPERLINK l _Toc23282 2.4 基于虚拟仪器

10、的自动测试系统的优点 PAGEREF _Toc23282 9 HYPERLINK l _Toc11965 2.5 虚拟信号发生器的介绍 PAGEREF _Toc11965 10 HYPERLINK l _Toc10483 2.5.1 信号发生器的根本原理 PAGEREF _Toc10483 10 HYPERLINK l _Toc28736 2.5.2 虚拟信号发生器的工作原理 PAGEREF _Toc28736 10 HYPERLINK l _Toc29823 3 LabVIEW图形化开发环境 PAGEREF _Toc29823 11 HYPERLINK l _Toc9602 3.1 LabV

11、IEW简介 PAGEREF _Toc9602 11 HYPERLINK l _Toc13479 3.2 LabVIEW的优点 PAGEREF _Toc13479 12 HYPERLINK l _Toc20057 3.3 LabVIEW中的编程方式 PAGEREF _Toc20057 13 HYPERLINK l _Toc25296 3.4 LabVIEW程序的设计模式 PAGEREF _Toc25296 14 HYPERLINK l _Toc7156 4 虚拟函数信号发生器的设计 PAGEREF _Toc7156 15 HYPERLINK l _Toc31582 4.1 登录模块设计 PAGE

12、REF _Toc31582 15 HYPERLINK l _Toc12625 4.1.1 登录界面的设计 PAGEREF _Toc12625 15 HYPERLINK l _Toc29912 4.1.2 用户登录系统的设计 PAGEREF _Toc29912 16 HYPERLINK l _Toc5201 4.1.3 利用局部变量来设计“记住密码选项 PAGEREF _Toc5201 17 HYPERLINK l _Toc26923 4.1.4 用户加载框的设计 PAGEREF _Toc26923 17 HYPERLINK l _Toc15481 4.1.5 播放音效VI的设计 PAGEREF

13、 _Toc15481 18 HYPERLINK l _Toc18927 4.1.6 获取系统时间的VI设计 PAGEREF _Toc18927 18 HYPERLINK l _Toc21661 4.1.7 利用全局变量在子VI中显示主VI中的用户登录个人信息 PAGEREF _Toc21661 19 HYPERLINK l _Toc32727 4.2 虚拟函数信号发生器设计 PAGEREF _Toc32727 19 HYPERLINK l _Toc12042 4.2.1 软件的设计方案 PAGEREF _Toc12042 19 HYPERLINK l _Toc5820 4.2.2 多功能函数信

14、号发生器子VI的设计 PAGEREF _Toc5820 20 HYPERLINK l _Toc10225 4.3 根本的函数波形产生模块 PAGEREF _Toc10225 21 HYPERLINK l _Toc25313 4.4 任意公式波产生模块 PAGEREF _Toc25313 22 HYPERLINK l _Toc20503 4.5 虚拟函数信号发生器的设计 PAGEREF _Toc20503 23 HYPERLINK l _Toc12633 5 函数信号发生器的仿真和调试 PAGEREF _Toc12633 25 HYPERLINK l _Toc18966 5.1 函数信号发生器的

15、仿真和调试 PAGEREF _Toc18966 25 HYPERLINK l _Toc25795 5.2 调试结果分析 PAGEREF _Toc25795 28 HYPERLINK l _Toc22207 结束语 PAGEREF _Toc22207 30 HYPERLINK l _Toc10418 参考文献 PAGEREF _Toc10418 31 HYPERLINK l _Toc12627 致 谢 PAGEREF _Toc12627 331 绪论1.1 课题背景及意义 现代化生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高，而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面。虚拟仪器正可以

16、实现这些要求，虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)的概念是由美国国家仪器公司(NI)在20世纪80年代最早提出的。由于仪器仪表技术和PC技术的飞速前进，虚拟仪器因此诞生。虚拟仪器技术是当前PC协助检测CAT技术的一个重要研究领域，和以前的仪器相比,虚拟仪器有灵活性、多样性、和许多其他的好的方面。由于科技的飞速开展，其应用汇更普遍，这也对虚拟仪器技术的需求会更加大。以LabVIEW为根本构架实现TMS320F2812-DSP与PC机的串行口通信，是将2812-DSP丰富的片上资源、较高的数据处理能力与功能强大的图形化编程虚拟仪器开发平台LabVIEW相结合，克服了PC机串口

17、通信软件程序代码冗长复杂，不便进行功能拓展的缺点，并简化了串口调试程序，到达了操作简单、功能齐全的要求。 随着电子科学技术的开展，微电子集成电路技术、计算机技术、通讯技术、测控技术互相渗透，互相融合而形成了新型的电子信息技术。经过了二十多年的开展，虚拟仪器的概念已逐步为工业界和学术界所认识，成为21世纪测试技术与仪器技术开展的一个重要方向，并且在研究、制造和开发等总舵领域得到广泛运用。虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，是以计算机为根底，配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口，利用虚拟仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板并实现相应的功能，使得使用者在操作计算机时就

18、像在操作一台自己设计的测试仪器。虚拟仪器的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的工作模式，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，给用户提供了一个充分发挥自己才能和想象力的空间，实际上代表了一种创新的仪器设计思想。与传统仪器相比，虚拟仪器具有性价比高、开放性好、智能化程度高、界面友好、使用方便、模块化和网络化的优点、在很多领域有取代传统仪器的趋势。1.2 波形发生器的开展概况波形发生器是应用于测试设备、信号接收设备等装置中的一种波形函数信号源。早在20年代，当电子设备刚开始出现的时候，信号发生器就随着出现了。随着电子技术的巨大进步，波形发生器根据它的关键技术频率合成技术的角度，

19、大致可以划分成三代。第一代的波形发生器采用的是直接模拟频率合成 (DireetAnalog Frequeneysynthesis，简称DAFs)技术。该技术原理简单，易于实现。它由模拟振荡器产生参考频率源，经谐波发生器产生一系列谐波，再经混频、分频和滤波等处理产生大量的离散频率。其结构如图1所示：可调衰减器输出放大器正弦波整形器放大器三角波发生器OSC图1 直接模拟频率合成框图根据所使用的参考频率的数目不同可分为非相关合成方法和相关合成方法两种类型。非相关合成方法使用多个晶体参考频率源，所需的各种频率分别由这些参考源提供;相关合成方法只是用一个晶体参考频率源，所需的各种频率都由它经过分频、混频

20、和倍频后得到，因而合成器输出频率的稳定性和精度与参考源一样。采用这种技术制作的函数发生器的优点是频率转换时间短、相位噪声低，但由于采用大量的混频、分频、倍频和滤波等模拟硬设备，使频率合成器的体积大、本钱高、结构复杂、容易产生杂散分量，大多数硬件的非线性影响难于抑制。第二代的波形发生器采用的是模拟电路技术，其频率控制局部主要采用的是基于锁相环 (PhaseLockedLoop，简称PLL)的间接频合成技术。PLL是间接频率合成技术中的一个关键局部，它是一个负反应环路，是一个实现相位自动锁定的控制系统，其输出信号与参考信号相位同步。原理如图2所示。该频率合成技术是利用一个或几个参考频率源，通过谐波

21、发生器和分频器等产生大量谐波或组合频率，然后用PLL把压控振荡器的频率锁定在某一谐波或组合频率上。这种波形发生器的优点是频率稳定和杂散抑制好，调试简便。但由分立组件构成的振荡电路和整形电路，在产生各种波形时，由于其锁相存在捕获时间问题，其频率切换速度比直接合成慢而且频率间隔不可能做的很小。采用这种技术的波形发生器电路结构复杂、体积庞大、准确度较差，而且仅能产生正弦波、方波、三角波等几种简单波形，难以产生较为复杂的波形信号。目前市场上的基本属于第三代波形发生器，它们普遍采用的是DDS技术。DDs是从相位概念出发FR鉴相器(PD)低通滤波器LPF压控振荡器VCOFO图2 锁相环原理框图直接合成所需

22、要波形的一种新的频率合成原理。随着高速大规模集成电路技术的开展，DDS技术日益显露出它的优越性。基于DDS技术的任意波形发生器利用高速存储器作为查找表，通过高速D/A转换器对存储器的数据进行合成，它不仅可以产生正弦波、方波、三角波和锯齿波等规那么波形，而且还可以通过上位机或下位机编辑，产生真正意义上的任意波形。例如，它能模拟编码雷达信号、潜水艇特征信号、磁盘数据信号、机械振动瞬变过程、电视信号以及神经脉冲类的波形，也能重演由数位示波器捕获的波形。其典型结构如图3所示：波形输出波形存储器D/A转换器模拟滤波器DDS模块控制面板图3 直接数字频率合成结构图采用DDS技术实现的任意波形发生器具有以下

23、优点: 1频率分辨率高，输出的频数点多，能够到达两个频点(假设DDS相位累加器的字长是N); 2频率切换速度快，能到达微秒级; 3频率切换时相位是连续的; 4可以输出带宽正交信号; 5输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用; 6能够产生任意波形; 7全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻。它在相对带宽、频率转换时间、相位连续、正交输出、高分辨率以及集成化等一系列性能指标方面，己远远超过了传统频率合成技术所能到达的水平，完成了频率合成技术的又一次飞跃。用这种方法产生线性调频信号及其它复杂波形信号的技术日益受到重视，并得到广泛的应用。1.3 本文的主要内容 该论文介绍了虚拟仪器技术的概念

24、和根本的设计理念，设计软件基于LabWIEW多功能信号发生器，能产生共同的正弦波，三角波，方波，锯齿波信号和一些任意的公式，并在已设计的根底上，增加了一个登录模块和一个按键音效以及登录音效，所以能在视觉和听觉上都是享受。本文主要内容可以概括如下： 1 主要阐述了课题研究的背景、研究意义和本课程设计的主要研究工作。 2简述了近些年来在仪器的测试方面出现了的一个新型的仪器虚拟仪器及其概念、特点、开展现状和虚拟仪器的构建技术，同时本文也介绍了一个作用于虚拟仪器的开发的集成软件LabWIEW，以及LabWIEW VI(Virtual Instrument)的概念以及还介绍了LabVIEW创立虚拟仪器的

25、一般过程和方法。3对本论文所采用的一个图形化编程软件LabVIEW中实例对具体的编程方式、设计模式以及LabVIEW的特征和优点进行了一些简单介绍，这也是介绍本文为什么选用这个软件作为我的主要软件开发环境的原因。然后也结合一个多线程技术、同步控制等在我们开发实际中大量运用到的一个技术做一一的研究和介绍。4虚拟函数信号发生器的设计。本章主要三个局部，第一个局部介绍了我所设计的一个登陆模块及其所包含的7个子VI的构成和一些简介。第二局部为4个模块，分别介绍了根本函数波形产生模块、任意公式波形产生模块。第三局部介绍了虚拟多功能函数信号发生器的总体设计思路及其流程图以及进行了仿真和测试，得出了仿真和测

26、试结果。2 虚拟仪器技术本章对虚拟仪器技术的概念进行了深入的探究,并且对虚拟仪器软硬件的构成方案进行了仔细研究。在比照了各个方案的特点后的根底之上，再结合了自己的实际状况，最终确定了本文校准系统的硬件构成方案和使用什么软件开发平台作为自己的软件开发平台。2.1 虚拟仪器概述 虚拟仪器的概念以及起源。虚拟仪器(VirtualInstrumentation，VI)是电子测量技术和计算机技术更加紧密结合产生的一种新仪器模式，是指以通用计算机作为核心硬件平台，配以相应的硬件模块作为信号输入输出接口，利用仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板和相应的功能，通过鼠标或键盘交互式操作完成相应测试测

27、量任务的仪器。在这种仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个用户都可以通过改写软件的方法，方便地改变个增减仪器系统的功能，即“软件就是仪器。 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开展。PC机出现以后，仪器的计算机化成为可能，甚至在Microsoft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，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。 普通的PC有一些不可防止的弱点。用它构建的虚拟仪器isl653

28、1cr或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要开展方向是制定了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。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是结合GPIB仪器和DAQ板的最先进技术而开展起来的高速、多厂商、开放式工业标准。VXI技术优化了诸如高速AlD转换器、标准化触发协议以及共享内存和局部总线等先进技术和性能，成为可编程仪器的新领域，并成为电子测量仪器行业目前最热门的领域。现在，已有数百家厂商生产的上千种VXI

29、产晶面市。但由于VXI仪器价格昂贵，后来又推出了一种较为廉价的PXI标准仪器。从而形成了仪器行业的两大主流仪器标准PXI和VXI。 虚拟仪器的特点与传统仪器相比，虚拟仪器有以下一些特点。1软件是核心。根据系统设计要求，在选定系统控制用计算机以及一些标准化的仪器硬件模块或板卡后，软件局部就成为构建和使用虚拟仪器的关键所在。其中，仪器驱动软件的功能是实现与仪器硬件的接口和通信，应用软件那么完成用户定义的测试和仪器功能，并提供人机交互界面。在进行应用程序开发时，可以利用HPVEE、LabVIEW、I。abWindows/CVI等集成开发环境。可以看出，软件在虚拟仪器技术中占有十分重要的作用，NI公司

30、提出的“软件就是仪器(TheSoftwareistheInstrument)就是这一特点的形象概括。2灵活性和可扩展性。虚拟仪器打破了传统仪器由厂家定义功能和控制面板，用户没有方法更改的模式。仪器用户可根据自己不断变化的需求，自由发挥自己的想象力，方便灵活地重组测量系统，系统的扩展、升级可随时进行，而且系统更新的周期短、见效快，能充分地满足用户在不同场合的应用需求。3性价比高。虚拟仪器可以将茌传统仪器中一些由硬件完成的功能转为软件实现，减少了自动测试系统的硬件环节，降低了系统的开发本钱和维护本钱；虚拟仪器能够同时对多个参数进行实时高效的测量，信号传输大局部采用数字信号的形式，数据处理也主要依赖

31、软件来实现，大大降低了环境干扰和系统误差的影响；用户可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能，实现一机多用。因此，使用虚拟仪器比传统仪器更经济。4良好的人机界面。虚拟仪器的操控界面是采用图形化编程技术实现的一种虚拟面板或称为软面板。虚拟面板可以模拟传统仪器面板的设计风格来设计，也可以由用户根据实际需求定制设计。测量结果可以通过计算机屏幕以曲线、图形、数据或表格等形式显示出来。5与其他设备互联的能力。虚拟仪器通常具备标准化的总线或通信接口，具有与其他设备互联的能力。例如，虚拟仪器能够通过以太网与Internet相连，或者通过现场总线完成对现场设备监控和管理等。这种互联能力使虚拟仪器系统的功能显著增加，

32、应用领域明显扩大。 虚拟仪器的开展趋势随着计算机、通信、微电子技术的不断开展，以及网络时代的到来和信息化要求的不断提高，网络技术应用到虚拟仪器领域中是虚拟仪器开展的大趋势。国内网络化虚拟仪器的概念目前还没有一个比拟明确的提法，也没有一个被测量界广泛接受的定义。其一般特征是将虚拟仪器、外部设备、被测试点以及数据库等资源纳入网络，实现资源共享，共同完成测试任务。使用网络化虚拟仪器，可在任何地点、任意时刻获取数据信息的愿望成为现实。网络化虚拟仪器也适合异地或远程控制、数据采集、故障监测、报警等。与以PC为核心的虚拟仪器相比，网络化虚拟仪器是仪器开展史上的一次革命。网络化虚拟仪器将由单台虚拟仪器实现的

33、3大功能数据获取、数据铃析及图形化显示分开处理，分别使用独立的根本硬件模块实现传统仪器的两大功能，以网线相连接，实现信息资源的共享。2.2 虚拟仪器的系统构成 虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。其中，硬件设备与接口可以是各种以PC为根底的内置功能插卡、通用接口总线接口卡、串行口、VXI总线仪器接口等设备，或者是其它各种可程控的外置测试设备，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，虚拟仪器通常运用下层设备驱动软件和真正的仪表系统进行通信，能以虚拟仪器面板的方式在电脑屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相对应的各种控件。用户用鼠标操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样真

34、实与方便。2.2.1 虚拟仪器系统的硬件构成 虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。计算机硬件平台可以是各种类型的计算机，如台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。它管理着虚拟仪器的软件资源，是虚拟仪器的硬件根底。因此，计算机技术在显示、存储能力、处理器性能、网络、总线标准等方面的开展，导致了虚拟仪器系统的快速开展。 按照测控功能硬件的不同，VI可分为DAQ、GPIB、VXI、PXI和串口总线五种标准体系结构，它们主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换。2.2.2 虚拟仪器系统的软件构成测试软件是虚拟仪器的主心骨。NI公司在提出虚拟仪器概念并推出第一批实用成果

35、时，就用软件就是仪器来表达虚拟仪器的特征，强调软件在虚拟仪器中的重要位置。NI公司从一开始就推出丰富而又简洁的虚拟仪器开发软件。使用者可以根据不同的测试任务，在虚拟仪器开发软件的提示下编制不同的测试软件，来实现当代科学技术复杂的测试任务。在虚拟仪器系统中用灵活强大的计算机软件代替传统仪器的某些硬件，特别是系统中应用计算机直接参与测试信号的产生和测量特性的分析，使仪器中的一些硬件甚至整个仪器从系统中消失，而由计算机的软硬件资源来完成它们的功能。虚拟仪器测试系统的软件主要分为以下四局部。1仪器面板控制软件。仪器面板控制软件即测试管理层，是用户与仪器之间交流信息的纽带。利用计算机强大的图形化编程环境

36、，使用可视化的技术，从控制模块上选择你所需要的对象，放在虚拟仪器的前面板上。2数据分析处理软件。利用计算机强大的计算能力和虚拟仪器开发软件功能强大的函数库可以极大提高虚拟仪器系统的数据分析处理能力，节省开发时间。3仪器驱动软件。虚拟仪器驱动程序是处理与特定仪器进行控制通信的一种软件。仪器驱动器与通信接口及使用开发环境相联系，它提供一种高级的、抽象的仪器映像，它还能提供特定的使用开发环境信息。仪器驱动器是虚拟仪器的核心，是用户完成对仪器硬件控制的纽带和桥梁。虚拟仪器驱动程序的核心是驱动程序函数/VI集，函数/VI是指组成驱动的模块化子程序。驱动程序一般分为两层，底层是仪器的根本操作，如初始化仪器

37、配置仪器输入参数、收发数据、查看仪器状态等。高层是应用函数/VI层，它根据具体测量要求调用底层的函数/VI。4通用I/O接口软件。在虚拟仪器系统中，I/O接口软件作为虚拟仪器系统软件结构中承上启下的一层，其模块化与标准化越来越重要。VXI总线即插即用联盟，为其制定了标准，提出了自底向上的I/O接口软件模型即VISA。作为通用I/O标准，VISA具有与仪器硬件接口无关性的特点，即这种软件结构是面向器件功能而不是面向接口总线的。应用工程师为带GPIB接口仪器所写的软件，也可以于VXI系统或具有RS232接口的设备上，这样不但大大缩短了应用程序的开发周期，而且彻底改变了测试软件开发的方式和手段。2.

38、3 虚拟仪器软件开发平台 虚拟仪器是一类软件化的仪器，核心概念是软件就是仪器，而应用软件开发系统设计虚拟仪器所必须的软件工具。目前，较流行的虚拟仪器软件开发系统大致可以分为三类： 第一类：图形化编程语言，代表性的有LabVIEW,HPVEE等； 第二类：文本式的编程语言，如C,Visual C+,LabWindows/CVI; 第三类：零编程开发系统，具有代表性的式VMIDS框架协议系统图形化的编程语言，这是我国自己开发的软件开发系统，它具有编程简单、直观、开发效率高的特点。 目前市面上能够见到的开发系统，根本上都可以归为以上三类之一。这三类各有优缺点，也是目前在市面上都存在的原因。谁也取代不

39、了谁。文本式编程语言具有编程灵活、运行速度快等特点，但他需要很深厚的编程功底，需要记忆很繁琐的文本语言，编程开发过程不是任何人都可以掌握的，不适合与那些没有语言功底的工程师和科学家，而图形化编程地出现正式弥补着文本变成的缺陷，把枯燥的写代码过程变成了把各种图形控件用连线连接起来的具有趣味性的图形化编程活动，但也不是不需要编程的，使用图形化编程语言的人，并不像文本编程者那样，需要很深厚的编程功底，但也不是说不用编程，而我国自己开发的VMIDS框架协议开发系统用户是不需要编程，就能组建自己所需要的仪器。以下就几种典型的开发系统做一简单的介绍。 1LabVIEW是图形化的仪器编程环境，提供显示和控制

40、对象，如表头、旋钮、图表等。内置高效的程序编译器编译方式运行32位应用程序 ，内置代码评估器。 灵活的程序调试手段可设断点 ，探针，高亮，单步。支持各种数据采集与仪器通信应用支持 ISA、EISA、PCI、PCMCIA和MacintoshNuBus等各种总线 。功能强大的数据处理和分析函数库包括数值函数、字符串处理函数、数据运算函数和文件I/O函数，还包括概率与统计、回归分析、线性代数、信号处理、数字滤波器、窗函数、三维图形处理等高级分析函数。 支持多种系统平台可在LabVIEW平台上调用其他软件平台编译的模块。开放式的开发平台网络功能面向对象技术。 2LabWindows/CVI采用事件驱动

41、与回调函数编程，集成化开发平台，支持多种总线，支持数据处理和分析功能，提供格式化I/O库、Analysis库、Advanced Analysis库、ANSI C库等，提供图形化用户界面编辑，User Interface库。支持网络和进程间通信功能，支持多种操作系统。 3Agilent VEE图形化的编程，提供显示和控制模块 ，如按钮、图表、温度指示器等 。内置的程序编译器，交互式编译器技术，丰富的仪器驱动程序，强大的数据分析与处理数理统计、类型比拟、矩阵运算、微积分、信号分析与处理、数字滤波器等 。灵活的程序调试手段可设断点，单步，分步。支持多种系统平台，网络功能。4National Inst

42、ruments,LabVIEW,LabWindows/CVI具有用于数据采集、仪器、网络和分析的完全集成化的库的图形化环境；可编译性能强；自动化的测试对接软件；SQL数据库连接性SPC分析工具。用于仪器控制和数据采集分析的交互式编译软件包；用于GUI的拖拉用户界面编程器；用于快速样机开发的代码产生工具和内部编译器；用于GPIB,VXI、串行、DAQ, TCP和用户控制界面的集成库；可用于Win2000/XP、Sun Solaris I.x/2.x和HP-ux。2.4 基于虚拟仪器的自动测试系统的优点 根据上述主要功能的虚拟仪器描述,基于虚拟仪器很容易看到自动测试系统具有以下突出优点: 1采用虚

43、拟仪器，计算机与硬件测试设备之间的数据传输非常方便、直接、快速。在传统的测试仪器设备中，测试人员以手工的方式现场记录测试数据，在测试数据量比拟大的情况下，这种数据记录方式不能很好的按时完成记录任务，测试过程也就变的复杂、缓慢，而且很容易引起测试误差。对于有些常用的测试仪器，对于被测对象只能进行定性分析，如果需要精确的物理数据，就需要有额外的辅助措施。在应用虚拟仪器技术的测试设备中，充分利用计算机的存储能力，让测试数据经由计算机总线，传输至计算机内存或硬盘，数据传输率可以满足测试的实时性要求，也加快了测试过程，这样就很好解决了数据的传输、保存问题。 2在某些情况下，需要根据工程的实际需要实时、直

44、接地对测试数据进行各种分析与处理，如进行PID控制、模糊逻辑控制、FFT、DFT运算、数字信号处理，数学分析和数据库联接、统计分析参数调整、单位转换等工作，这在传统仪器中很难做到。在虚拟仪器中，开发人员可以使用现有的分析软件包或通过自行编制相应软件来满足这一功能要求。 3为了使测试过程直观、明了，有时需要多种方式显示测试数据、控制过程和分析结果，虚拟仪器中，就可以利用计算机的图形用户界面实现这一目标。2.5 虚拟信号发生器的介绍2.5.1 信号发生器的根本原理 本函数信号发生器的前面板主要由以下几个局部构成：仪器控制按钮，输出频率控制窗口(包括频率显示单位)，频率倍成控制，波形选择，频率微调按

45、钮，直流偏置，方波占空比调节，输出波形幅度控制按钮。频率微调范围：O11 Hz；直流偏置：一1010V；方波占空比：0100；输出波形幅度：010V。此外还增加了许多修饰性的元件如面板上的压控输入、记数输入、同步输出、电压输出等。使用这些修饰性的元件的目的是为了增加仪器的美观性，并尽量与真实仪器的使用界面相一致。2.5.2 虚拟信号发生器的工作原理 通过软件虚拟信号发生器的功能，信号由特定的虚拟仪器发出，再通过波形显示器表现在大家面前。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

46、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动显示、相位差自动计算等功能。3 LabVIEW图形化开发环境3.1 LabVIEW简介 LabVIEWLaboratory Virtual Instrument Engineering Workbench是一种用图标代替文本行创立应用程序的图形化编语言。传统文本编程语音根据语句和指令的先后顺序决定程序的执行顺序，而LabVIEW那么采用数据流程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数

47、据流向。 LabVIEW提供很多外观与传统仪器如示波器、万用表类似的控件，可用来方便的创立用户界面。用户界面在LabVIEW中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称GGraphics代码。LabVIEW的图像化源代码在某种程度上类似于数据流流程图，因此又被称作程序框图代码。前面板上的每一个控件对应于程序框图中的一个对象，当数据“流向该控件时，控件就会根据自己的特性以一定的方式显示数据，例如开关、数字或图形。图4就是一个LabVIEW程序实例的前面板与程序框图，该例模拟了一个温度监测系统。 LabVIEW程序被称为VIVirtual Inst

48、rument，即虚拟仪器。这是因为它的很多界面控件与操作都模拟了现实世界中的仪器，例如示波器与万用表等。LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器，即虚拟仪器的概念。LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于采集、分析。显示与存储等。这些工具都是导向式的工具，用户只需要一步步按照提示就可以实现与仪器的连接和参数的设置。而程序员也不同去记忆这些大量的函数，因为这函数都以图标与名称的形式存在于一个小小的函数面板上，当需要用到某个函数时把它从函数面板上拖放到程序框图中就可以了。这一切都是图形化带来的好处。 LabVIEW的图形环境还内置了丰富的函数库，提供了多种网络接口，支持先进的流动数据传输等先进

49、技术，使系统的开发变得更加简单和方便，其中基于TCP/IP协议的网络实时数据交换编程技术数据套接字(DataSocket)技术便是其一大特色。并且这种技术是一种开放的技术，与人们已经习惯采用的TCP/IP编程接口、DDE等网络环境下的数据共享技术比拟的话，使用起来更为方便，开发效率更高，而且不需要大量的编程工作量。数据套接提供统一的API编程接口，从数据共享的角度来看，它是对WinSock的高级封装，允许用户与各种效劳器之间进行交互并在应用之间交换信息，比方LabVIEW以及其他一些不同的数据源或目标，源和目标中包括其他的应用、文件、OPC (OLE For Process Control)效

50、劳器、Web效劳器以及FTP效劳器。使用DataSocket类和统一资源定位器(Uniform Resource Locator，简称URL)，就可建立数据套接的源与目标的连接，用户可以像使用LabVIEW中的其他数据类型一样用DataSocket进行读写据，实现测量数据的实时共享。图4 LabVIEW程序的前面板与程序框图举例3.2 LabVIEW的优点没有传统仪器虚拟仪器控制面板,但使用计算机强大的图形环境,使用可视化图形编程语言和平台,以创立一个图在计算机屏幕上而不是软面板的传统传统仪器面板。软实际仪器面板有一个类似的旋钮、开关、灯光和其他控制组件。在操作,用户通过鼠标或键盘操作软面板,

51、检查仪表通信和操作。除了上面提到的特性,与传统仪器的编程工具Visual Basic,Visual c+相比,虚拟仪器以及几个优势。 1用户能根据自己的需要的虚拟仪器的灵活性来定义仪器功能，通过不同的功能模块的组合，可构成各种仪器，仪器制造商的特定功能，而不是会受限的。 2虚拟仪器将所有的仪器控制信息都集中在软件模块，可以显示各种各样的方式使用的数据收集，分析和控制过程的结果。这种转移的重要组成局部，进一步加大虚拟仪器技术的灵活性。 3因为是虚拟仪器的软件、硬件的限制小,所以连接与其他仪器位于相对容易实现。和虚拟仪器可以很容易地连接到网络、外围设备和其他应用程序也可以使用多用户数据共享。 4虚

52、拟仪器在真正的时间,直接编辑的数据,而且通过计算机总线传输数据到内存或打印机。这样做,我们解决了这个问题的数据传输,一方面充分利用计算机的存储容量,因此虚拟仪器有无限的数据记录能力。 5虚拟仪器利用计算机强大的图形用户界面(GUI),直接用电脑阅读。根据实际工程的需要,使用人员可以被编程的软件或使用现有的分析软件,实时、直接测试各种数据分析和处理。 6虚拟仪器价格很低，而且它基于软件的架构还节省了大量的开发和维护本钱。 3.3 LabVIEW中的编程方式 虚拟仪器的软件设计由两局部组成：前面板和流程图。在前面板，输入用输入控 件(Control)来实现，程序运行的结果由输出控件(Indicat

53、or)来完成。流程图是完成程序功能的图形化源代码，通过它对信号数据的输入和输出进行指定，完成对信号采集及分析处理功能的控制。 1前面板。前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，前面板直接面向用户，是用户使用虚拟仪器的根本操作面板。这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制和显示对象。2程序框图提供VI的图形化程序。它的功能是对前面板上的控件进行定义、操作和连线以实现虚拟仪器的功能，是LabVIEW程序设计的核心。在程序框图中存在着对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出。它包括前面板上的控件和控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须

54、有的东西，例如函数、结构和连线等。如果将VI与标准仪器相比拟，那么前面板上的东西就是仪器面板上的东西，而流程图上的东西相当于仪器箱内的东西。在许多情况下，使用VI可以仿真标准仪器，不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板，而且其功能也与标准仪器相差无几。 3图标/连接器。VI具有层次化和结构化的特征，一个VI可以作为子程序，这里称为子VI，被其他VI调用。图标与连接器在这里相当于图形化的参数。LabVIEW的强大功能归因于它的层次化结构，用户可以把创立的VI程序当作子程序调用，以创立更复杂的程序，而这种调用的层次是没有限制的。 在VI设计过程中，可以利用工具选板、前面板中的控件选板、程序框图

55、中的函数选板进行设计。这些选板的详细功能及用法通过不断的学习设计VI的过程逐渐地掌握。如果VI是比照标准仪器,那么前面板是等价的仪表板,而图是相当于在仪器的特性。3.4 LabVIEW程序的设计模式 设计模式所代表的技术都是经过实践检验的、具有很强实用价值的程序设计方式。它们一般都经过了开发者的不懈的改良和调整才形成，使用简单并具有较高的可维护性、可读性等特点。同时，随着某种设计模式被广泛使用，有助于其他的开发人员理解和改变原开发者的程序代码。LabVIEW应用程序的设计也可以利用这些设计模式的优势。LabVIEW中的设计模式主要有：状态机模式、主从模式、生产消费模式和消息队列处理机模式。 4

56、 虚拟函数信号发生器的设计本章主要介绍了基于LabVIEW的多功能函数信号发生器的设计思路以及流程和仿真框图。主要分为以下几个模块：登陆模块、根本函数波形产生模块、任意公式波形产生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。共有7个子VI, 进一步完善了虚拟信号发生器的功能, 能产生正弦、方波、三角波锯齿涉及任意波等根本信号。4.1 登录模块设计4.1.1 登录界面的设计为了使登录界面更加好看，更加清晰简单明了。本版块首先在前面板插入了一张漂亮的图片作为用户登陆界面背景，给别人以视觉上美的感受。本版块在程序中参加了一个“用户登录程序，提前在库中存储了6个用

57、户的个人信息包括个人姓名，学号，密码，然后合理分布各个元素的位置，使用户更加一目了然的明晰程序的使用方法。登录界面框图程序的结构图 登录界面框图程序结构图如下列图5所示：图5 登录界面框图程序结构图 用户登录界面前面板 设计的用户登录界面前面板如下列图6所示：图6 登录界面前面板用户登录界面后面板程序图 用户登录界面后面板程序框图如下列图7所示：图7 用户登录界面后面板程序图4.1.2 用户登录系统的设计本版块首先建立了一个簇数组，存储了6个用户个人信息包括姓名，学号，密码，然后将库中的信息一个一个与用户输入的信息进行匹对，如果都匹对成功，就加载下面的子VI，否那么就弹出信息错误提示框，用户必

58、须再一次输入正确的个人信息才能进入加载下面的程序。用户登录系统的后面板程序如下列图8所示：图8 用户信息正确后加载的程序的后面板程序4.1.3 利用局部变量来设计“记住密码选项 如果没有使用记住密码这项功能的话，用户信息正确登录进入程序后，信息栏将会自动保存用户的个人登录信息，这样的话在实际生活应用中很有可能会造成用户个人信息外漏的风险，因此特别设置此项，只有用户在选中“记住密码选项的时候，才会保存用户的个人，否那么会立即去除用户的个人信息。在此程序中，用到了局部变量，建立了一个用户登录数组的局部变量，当用户未按下“记住密码按钮时，程序那么会自动将零常量赋值给这个局部变量。记住密码选项后面板程

59、序如下列图9所示：图9 记住密码选项后面板程序4.1.4 用户加载框的设计用户加载框这个板块还是比拟简单的，其中使用了一个100的for循环结构，能够根据进度条的延时输出，就会表现出一个动态的加载效果。其中还包括了两个等待加载的登录音效和虚拟函数发生器的主程序框子VI。程序加载框后面板程序如下列图10所示：图10 程序加载框后面板程序4.1.5 播放音效VI的设计 为了让本程序不但能够在视觉上到达赏心悦目的效果，而且能在听觉上也到达这样的效果，所以特别设计了这个VI。在程序中适当的位置加载了适当的音效，这能够使程序具有生动形象的动态效果。例如，本程序在登录的时候加载了XP系统的开机登陆音效，在

60、错误提示框显示的时候加载了一个警告音效，在“重置，“登录，“CH2，“CH1，“自定义波形,“退出等按键所在的位置利用添加存放器进行了同或运算，加载了按键音，就可以到达按一个键就有按键音效的效果。提取音乐路径并加载音乐的VI后面板程序如下列图11所示：图11 提取音乐路径并加载音乐的VI4.1.6 获取系统时间的VI设计此VI运用了一个获取日期/时间控件和一个格式化日期/时间控件，这两个控件作用就是格式化日期以及时间，再将其连接在显示控件上，显示控件就会将系统时间在显示面板的显示控件上上显示出来。获取系统时间的后面板程序框图和前面板如下列图13和图12所示：图12 获取系统时间前面板图13 获