基于LabVIEW平台的虚拟正弦信号发生器的设计.docx

LabVIEW软件大作业

题目：基于LabVIEW的虚拟正弦信号发生器的设计

学院（系）：机电信息工程学院

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提交时间：2011/11/22

基于LabVIEW的虚拟正弦信号发生器的设计

摘要:虚拟仪器(VirtualInstrument,简称VI)是现代计算机软件技术、通信技术和测量技术相结合的产物。论述虚拟仪器的组成原理、主要功能、特点及应用,同时详细介绍基于LabVIEW虚拟仪器开发平台及设计虚拟正弦信号发生器的方法。

关键词:虚拟仪器;LabVIEW;正弦信号

自20世纪90年代以来,作为测试技术与计算机技术完美结合的产物———虚拟仪器得到了迅猛发展,使得测量仪器和测量技术产生了深刻的变化。虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程的方法,代表了测量仪器与自动测试系统未来的发展方向。虚拟仪器可广泛应用于电子测量、振动分析、声学分析、故障诊断、航天航空、军事工程、电力工程、机械工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。在高等理工科院校的教学实验中,需要使用各种电子仪器,而有些高档台式仪器价格昂贵,普通高校不可能大量购买以满足教学和试验的需要,这必将影响学生对先进技术的学习和掌握。虚拟仪器技术只需购买必要的通用仪器硬件就可设计高性价比的仪器系统,从而节省大笔经费。这种方法也有助于学生对所学内容的理解、验证和巩固,使抽象的内容形象化,以加深学生对所学知识的掌握。

图1虚拟仪器构成框图

1.虚拟仪器

1.1虚拟仪器的组成原理

虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测控系统硬件资源和专用软件资源三者的有效结合。仪器与测控系统硬件资源包括用于对被测输入信号进行采集、放大、A/D转换等设备。计算机是虚拟仪器的载体,软件是核心,高质量的A/D采集卡及调理放大器是虚拟仪器的关键。如图1所示,虚拟仪器可分为以下5种类型:

1)PC总线——插卡型虚拟仪器。利用PC总线技术的数据采集卡(PC-DAQ)与专用的软件如LabVIEW相结合。通过PC各种不同的接口总线,组建不同规模的自动测试系统。它可以借助不同的接口总线的沟通,将虚拟仪器、带接口总线的各种电子仪器或各种插件单元,调配并组建成为中小型甚至大型的自动调试系统。

2)串口虚拟仪器。利用PC机的各种串口通讯,可把硬件集成在一个采集盒里或一个探头上,软件装在PC机上,通常可以完成各种虚拟仪器的功能。PC机的串口包括RS232串行总线、USB总线和1394总线。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。

3)GPIB总线方式的虚拟仪器。GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus),即综合接口总线技术。GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段,典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台BPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。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,但不要求对计算机高速传输状况时应用。

4)VXI总线方式虚拟仪器。VXI(VMEbuseX2tensionforInstrumentation),即VME总线技术在仪器领域的扩展。VXI具有标准开放、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。

5)PXI总线方式虚拟仪器。PXI(PCIeXten2sionsforInstrumentation),即PCI总线技术在仪器领域的扩展。PXI总线方式是PCI总线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。PXI具有高度的可扩展性,有8个扩展槽,而台式PCI系统只有3～4个扩展槽,通过使用PCI—PCI桥接器,可扩展到256个扩展槽,台式PC的性价比和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。软件是虚拟仪器的核心。使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块,用户可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。高性能的硬件产品结合灵活软件,为用户创建完全自定义的测量系统,满足各种独特的应用要求。虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着功能的不断增加,系统趋于复杂,通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求。虚拟仪器软硬件集成平台为所有的I/O设备提供了标准的接口,将多个测量设备集成到单个系统,减少了任务的复杂性。软硬件集成平台内建有高端的定时和触发总线,再配以各类模块化的I/O硬件和相应的测试测量开发软件,用户就可以建立完全自定义的测试测量解