基于Labview的虚拟函数信号发生器的设计外文翻译

PAGE11中文1963字Labview-basedvirtualfunctionSignalGeneratorVMarozas,RJurkonis1IntroductionSince1986,theU.S.NI(NationalInstrument)companiestotheconceptofvirtualinstrumentation,alongwithcomputertechnologyandmeasurementtechnology,virtualinstrumenttechnologyhasalsobeendevelopedrapidly.Virtualinstrumentmeans:useoftheexistingPC,withaspeciallydesignedinstrumenthardwareandproprietarysoftware,theformationofthebasicfunctionsofboththeordinaryinstrument,thereareusuallynospecialequipmentfeaturesofthenewinstrument.Comparedwiththetraditionalinstrumentsofitsfeaturesare:bettermeasurementaccuracyandrepeatability;measurementspeed;systemsetuptimeisshort;instrumentfunctiondefinedbytheuser;scalability;technicalupdatesandquick.Virtualinstrumentsoftwareasthecore,thesoftwarecompanyYouyiU.S.NILabviewvirtualinstrumentsoftwaredevelopmentplatformmostcommonlyused.Labviewisagraphicalprogramminglanguage,mainlyusedtodevelopdataacquisition,instrumentcontrolanddataprocessingandanalysissoftware,andpowerful.Currently,thedevelopmentofsoftwareintheinternationaltest,measurementandcontrolindustry,popular,measurementandcontrolareasinthecountryhasalsobeenwidelyused.FunctionGeneratorisascientificresearchandengineeringdesigninawidelyusedgeneral-purposeequipment.ThefollowingfunctionsignalgeneratorwithavirtualdesignanddevelopmentofspecificdescriptionisbasedongraphicalprogramminglanguageLabviewvirtualinstrumentprogrammingandimplementationoftechnology.

2virtualfunctionsignalgeneratorstructureandcomposition2.1VirtualFunctionGeneratorfrontpanelThisvirtualfunctionsignalgeneratormainlyconsistsofaPCIbus,multi-functiondataacquisitioncardandappropriatesoftware.TheminstalledonaPCrunningWindows95/98/2000/NTthemachine,shallconstituteapowerfulfunctionofsignalgenerator.ThedesignofthevirtualfunctionsignalgeneratorreferencesignalgeneratorSG1645powerfunctions,frontpanelshowninFigure1.Figure1virtualfunctionsignalgeneratorfrontpanelThefunctiongenerator'sfrontpanelfunctionofthefollowingcomponents:instrumentcontrolbutton,theoutputfrequencycontrolwindow(includingthefrequencyofdisplayunits),frequencyfoldintocontrol,waveformselection,frequencytuningbutton,dcbias,squarewaveaccountsforAirratioadjustment,theoutputwaveformamplitudecontrolbuttons.Frequencytuningrange:0.1~1Hz;DCbias:-10~10V;squarewavedutycycle:0to100%;outputwaveformrange:0~10V.Alsoincreasedthenumberofmodificationofvoltage-controlledcomponentssuchaspanelinputcountinput,synchronousoutput,voltageoutput.Modificationoftheuseofthesecomponentsisintendedtoincreasetheaestheticsoftheinstrument,andasfaraspossiblewithrealinstrumentsconsistentuserinterface2.2VirtualFunctionSignalGeneratorhardwarestructureThisvirtualfunctionsignalgeneratorhardwareinputandoutputdataacquisitioncardandacertainconfigurationrequirementsofthePC,thedatainputandoutputdependoninputdataacquisitioncard,thedefinitionofoutputachieved.ThisdesignusesthePCI-1200dataacquisitioncardisagoodcost-effectiveproducts,withtheD/Aconversionfunctions,cangeneratethedigitalsignalsintoanalogsignalsanddigital-analogconverterandhighprecision,butalsohasfilteringcapabilities,whichSmooththeoutputwaveform.Itsupportstheunipolarandbipolaranalogsignalinput,thesignalinputrangesof-5~+5Vand0~10V.Provide16single-ended/8differentialanaloginputchannels,2independentoftheDAoutputchannels,24-lineTTLdigitalI/O,316-bittimercountersandotherfeatures.Someofthehardwareinterfacefordatainputoroutputchannelsettings.SomeofthehardwareinterfaceblockdiagramshowninFigure2:Figure2

3VirtualFunctionSignalGeneratorDesignandImplementationSomeuseprofessionalLabVIEW6isoftwarevirtualinstrumentgraphicaldevelopmenttools.Virtualfunctionsignalgeneratoroutputwaveformmainlyinsoftwareproductionandtheoutputsignalfrequencydisplay.Changesinthefrequencyoftheoutputwaveformisaconcreterealizationofdataacquisitionwaveformdatawrittentothebufferamongthebuffersbysettingtheupdatefrequency(tochangetheinternalclockfrequency)toachievetheoutputdatafrequency.TheprocessismainlyintheuseofLabviewdataacquisitionsub-moduleoftheAOSTARTfunctionmodules.Functionfromtheimplementationpointofview,thisdesignfeaturesavirtualfunctionsignalgeneratorstructureincludestwomodules:Modulewaveformgenerator(FGmodule)andfrequencychangecontrolunit(DISPLAY)module.WaveformgeneratormoduleandcallFGENmodule.FGENmoduleforthedigitalwaveformgeneratormodule.Digitalwaveformgeneratormodule3.1Waveformgeneratedvirtualfunctionsignalgeneratormoduleisthecoreofthesoftware.Themodulecanberealizedusingsine,square,sawtooth,triangleandotherwaveforms.Sinewavegenerationprincipleisbycallingthesin(x)functiontoimplement.Inthisdesign,thedesignofeachcomponentsinewavecyclefrom1000,usingsimilarlanguageintheForloopCasxassignment,sothattheimplementationofaForloop,youcangenerateacycleofsinewavegeneratingthedataneeded,andthenuseWhileCirculation,maketheprogramrepeatedlyexecuted,canbecontinuouslyoutputsinewave.Squarewave,sawtooth,triangleandsinewavegenerationtheoryproducesimilarprinciplesareachievedthroughthemathematicalsequenceofnumbersrepresentativeofthewaveform.Comparedwiththeanalogsignal,generatedusingthesoftwaremethodofdigitalwaveformsequencealthoughtherearesomeerrors,buttheelectioncycleaslongasasufficientnumberofpoints,youcanmakeerrorstoaminimum,theleastimpactontheresults.Waveformgeneratedbythesoftwareoneofthebiggestadvantageisgreatlyreducedthecostoftheinstrumentandtheinstrumentofsmallintelligent.Waveformgeneratormodule'sfrontpanelshowninFigure3,waveformgenerationmoduleblockdiagramshowninFigure3Changeof3.2unitoffrequencycontrolmoduleWhentheoutputfrequencydynamicrangeislarge,withasinglespinbuttoncontrol,duetoasmallrotationangle,youwillhaveagreaterchangeinthefrequency,tothefrequencyofaccurateShezhibroughtgreaterKunnan,andfrequencybyusingaknobTimesbycombiningtheoutputfrequencycangreatlyimprovethecontrolaccuracy.Inordertoimprovecontrolaccuracyoftheoutputfrequency,whichinthisdesign,byusingtheunitoffrequencychangecontrolmodule,theoutputcontrolaccuracycanbeachieved0.001Hz.Themodule'sfrontpanelshownin,themoduleblockdiagramshowninFigure4.Figure4

4TotalResults:AsaLabviewgraphicalprogrammingsoftwaredevelopmentandtestingsystemisapowerful,convenientandefficientprogrammingtools.Similaritybetweenthegood,open,exclusive,makingthetestdevelopmentcycleisshort,lowcostandhighquality.Labview-basedvirtualmachineinteractionwiththefunctionsignalgeneratorisgood,easytooperateandsoon,toawiderangeofapplicationsandinscientificresearch,productionandotherfields.1PanHZ,etal.LabVIEW-basedvirtualFunctionSignalGenerator[J].ControlEnginerringPractice,2.EvansPD,BrownD.SimulationofbrushlessDCdrives[c]．IEEProceedingsB,ElectricPowerApplications，137(5):299-308．3.RenéSpée,AlanK.WallaceandJoelDavis.Modelingofbrushlessdcdrivesystemswithpulse-widthmodulatedexcitation[J],MathematicalandComputerModelling,Volume11,1988,Pages1166-1171.4.JawadFaiz,M.R.AzizianandM.Aboulghasemian-Azami.SimulationandanalysisofbrushlessDCmotordrivesusinghysteresis,rampcomparisonandpredictivecurrentcontroltechniques[J],SimulationPracticeandTheory,Volume3,Issue6,15January1996,Pages347-363.5.J.Figueroa,C.Brocart,J.CrosandP.Viarouge.SimplifiedsimulationmethodsforpolyphasebrushlessDCmotors[J].MathematicsandComputersinSimulation,Volume63,Issues3-5,17November2003,Pages209-224.6.J.Shao,D.Nolan,andT.Hopkins.ANovelDirectBackEMFDetectionforSensodessBrushlessDC(BLDC)MotorDrives[C].AppliedPowerElectronicConference(APEC2002),2002:33-38.7.Doo-HeeJungandIn-JoongHa.LowCostSensorlessControlofBrushlessDCMotorsUsingaFrequencyIndependentPhaseShifter[J]．IEEETransactionsonpowerelectronic,2000,15:744-752.8.Kuang-YaoChengandYing-YuTzou.DesignofaSensorlessCommutationICforBLDCMotors[J]．IEEETransactionsOnpowerelectronic,2003,18:1365-1375.基于Labview的虚拟函数信号发生器的设计VMarozas,RJurkonis1前言自从1986年美国NI(NationalInstrument)公司提出虚拟仪器的概念以来,随着计算机技术和测量技术的发展,虚拟仪器技术也得到很快的发展。虚拟仪器是指:利用现有的PC机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件,形成既有普通仪器的基本功能,又有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器。与传统的仪器相比其特点主要有:具有更好的测量精度和可重复性;测量速度快;系统组建时间短;由用户定义仪器功能;可扩展性强;技术更新快等。虚拟仪器以软件为核心,其软件又以美国NI公司的Labview虚拟仪器软件开发平台最为常用。Labview是一种图形化的编程语言,主要用来开发数据采集，仪器控制及数据处理分析等软件,功能强大。目前,该开发软件在国际测试、测控行业比较流行,在国内的测控领域也得到广泛应用。函数信号发生器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。下面结合一个虚拟函数信号发生器设计开发具体介绍基于图形化编程语言Labview的虚拟仪器编程方法与实现技术。

2虚拟函数信号发生器的结构与组成2.1虚拟函数信号发生器的前面板本虚拟函数信号发生器主要由一块PCI总线的多功能数据采集卡和相应的软件组成。将它们安装在一台运行Windows95/98/2000/NT的PC机上，即构成一台功能强大的函数信号发生器。本虚拟函数信号发生器的设计参考了SG1645功率函数信号发生器，前面板如图1所示。本函数信号发生器的前面板主要由以下几个部分构成：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：0.1～1Hz；直流偏置：-10～10V；方波占空比：0～100%；输出波形幅度：0～10V。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2.2虚拟函数信号发生器的硬件构成本虚拟函数信号发生器的输入输出的硬件部分为一数据采集卡和具有一定配置要求的PC机，数据的输入输出靠对数据采集卡输出输入口的定义来实现。本设计采用的PCI-1200数据采集卡是一块性价比较好的产品，具备数/模转换的功能，能将产生的数字信号转换成模拟信号且数模转换精度高，而且还具备滤波功能，从而使输出波形光滑。它支持单极和双极性模拟信号输入，信号输入范围分别为-5～+5V和0～10V。提供16路单端/8路差动模拟输入通道、2路独立的DA输出通道、24线的TTL型数字I/O、3个16位的定时计数器等多种功能。硬件接口部分用于数据输入或输出时的通道设置。硬件接口部分程序框图如图2所示：

3虚拟函数信号发生器的软件设计与实现软件部分采用专业的LabVIEW6i图形化虚拟仪器开发工具。虚拟函数信号发生器主要由软件完成输出波形信号的产生和输出信号频率的显示。输出波形频率的变化的具体实现是将波形数据写入数据采集卡的缓冲区当中，通过设置缓冲区的更新频率（改变内部的时钟频率）来实现输出数据频率的变化。该过程主要运用了Labview中的数据采集子模块中的AOSTART功能模块。从实现功能的角度来说，本次设计的虚拟函数信号发生器的功能结构主要包括两大功能模块：波形产生模块（FG模块）和频率单位变化控制（DISPLAY）模块。波形产生模块又调用FGEN模块。FGEN模块为数字波形产生模块。3.1数字波形产生模块波形产生模块是虚拟函数信号发生器软件的核心。利用该模块可实现正弦波、方波、锯齿波、三角波等波形。正弦波的产生原理是通过调用sin(x)函数来实现。在本次设计，设计每一正弦波周期由1000点组成，利用类似C语言中的For循环为x赋值，这样执行一次For循环，便可以产生生成一个周期正弦波所需的数据，然后利用While循环，使程序反复执行，就可以连续输出正弦波形。方波、锯齿波、三角波的产生原理与正弦波产生原理相近,都是通过数学运算来实现代表波形的数字序列。与模拟信号相比，利用软件的方法产生的波形数字序列虽然存在着一定的误差，但只要一个周期内选的点数足够的多，就可以使误差降到最低，对结果的影响最小。利用软件产生波形的一个最大的优点是使仪器的成本大大降低，而且使仪器小型化，智能化。波形产生模块的前面板如图3所示，波形产生模块的程序框图如图3所示。3.2频率单位变化控制模块当输出频率动态范围较大时，用单个旋转按钮控制时，由于旋转一个很小的角度就会产生较大的频率变动，给频率的准确设置带来了较大困难，通过使用一个旋钮和频率倍乘相结合，可大大提高频率的输出控制精度。为了提高频率的输出控制精度，在本次的设计当中，通过使用频率单位变化控制模块，使输出控制精度可达到0.001Hz。该模块的前面板如图5所示，该模块的程序框图如图4所示。

4总结Labview作为一个图形化编程软件，是开发测试系统的一种功能强大、方便快捷的编程工具。其良好的相通性、开放性、专用性，使测试系统的开发周期短、成本低、质量高。基于Labview的虚拟函数信号发生器具有机交互性好、易于操作等特点，能够广泛的应用与于科研、生产等领域。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用HYPERLINK"/detail.htm?3774