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信号发生器报告————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: 基于虚拟仪器的信号发生器的设计【摘要】虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起,利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能,打破了传统仪器的框架,形成的一种新的仪器模式。本次设计主要是阐述虚拟信号发生器的前面板和程序框图的设计。设计完的信号发生器的功能包括能够产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波四种信号波形;波形的频率、幅值、相位、偏移量及占空比等参数由前面板控件实时可调。【关键词】虚拟仪器,信号发生器,LABVIEW引言信号发生器作为科学实验必不可少的装置,被广泛地应用到教学、科研等各个领域。高等学校特别是理工科的教学、科研需要大量的仪器设备,例如信号源、示波器等,常用仪器都必须配置多套,但是有些仪器设备价格昂贵,如果按照传统模式新建或者改造实验室投资巨大,造成许多学校仪器设备缺乏或过时陈旧,严重影响教学科研。如果运用虚拟仪器技术构建系统,代替常规仪器、仪表,不但可以满足实验教学的需要、节约大量的经费、降低实验室建设的成本,而且能够提高教学科研的质量与效率。,早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展,40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器,使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂,功率比较大,电路比较简单,因此发展速度比较慢。直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器。自60年代以来信号发生器有了迅速的发展,出现了函数发生器,这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术,由分立元件或模拟集成电路构成,其电路结构复杂,且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形,由于模拟电路的漂移较大,使其输出的波形的幅度稳定性差,而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点,并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。自从70年代微处理器出现以后,利用微处理器、模数转换器和数模转换器,硬件和软件使信号发生器的功能扩大,产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主,实质是采用微处理器对DAC的程序控制,就可以得到各种简单的波形。软件控制波形的一个最大缺点就是输出波形的频率低,这主要是由CPU的工作速度决定的,如果想提高频率可以改进软件程序减少其执行周期时间或提高CPU的时钟周期,但这些办法是有限度的,根本的办法还是要改进硬件电路。随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展,极大促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用,使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替,从而扩充了仪器信号的处理能力,提高了信号测量的准确度、精度和变换速度,克服了模拟信号处理的诸多缺点,数字信号发生器随之发展起来。其基本原理如图1所示。图1信号发生器基本原理框图信号发生器的应用非常广泛,种类繁多。首先,信号发生器可以分通用和专用两大类,专用信号发生器主要为了某种特殊的测量目的而研制的,如电视信号发生器、脉冲编码信号发生器等,这种发生器的特性是受测量对象的要求所制约的。其次,信号发生器按输出波形又可分为正弦波信号发生器、脉冲波信号发生器、函数发生器和任意波发生器等。再次,按其产生频率的方法又可分为谐振法和合成法两种。一般传统的信号发生器都采用谐振法,即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡,来获得所需频率。。随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展,新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现,在许多方面已经冲破了传统仪器的概念,电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。在此背景下,1986年美国国家仪器公司(NationalInstruments,NI)提出了虚拟仪器(VirtualInstrument,VI)的概念。尽管迄今为止虚拟仪器还没有一个统一的定义,但是一般认为:虚拟仪器是在PC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统。作为一种以计算机软件为核心的新型仪器系统,虚拟仪器具有功能强、测试精度高、测试速度快、自动化程度高、人机界面优异、灵活性强等优点,通常被认为是第三代自动测试系统的同义语[3]。使用虚拟仪器系统可以避免仪器编程过程中的大量重复性劳动,从而大大缩短复杂程序的开发时间,并且客户可以用不同的模块来构造自己的虚拟仪器系统,选择统一的测试策略。由于虚拟仪器的功能和性能已被不断提高,如今在许多应用