基于LabVIEW的信號發(fā)生器的設計

0 引言

信號發(fā)生器是許多電子設備特別是測試設備必備的一部分，用以輸入基準源信號給被測設備，通過接收被測設備返回的信息，分析研究被檢測設備的情況。衡量或評定一個信號發(fā)生器的精度時，主要是對其中最基本和最重要的部分即正弦信號進行檢測。檢測正弦信號性能的重要指標是頻率準確度和頻率穩(wěn)定度、信噪比和諧波畸變。

編程對工程技術人員來說比較麻煩，LabVIEW軟件用圖形編程語言，直觀簡單、易于操作。用戶使用LabVIEW可以隨意創(chuàng)建程序，并把它當作子程序調(diào)用，以創(chuàng)建更復雜的程序，且調(diào)用的層次沒有限制LabVIEW這種創(chuàng)建和調(diào)用子程序的方法，使創(chuàng)建的程序結(jié)構(gòu)模塊化，更易于調(diào)試、理解和維護。同時，LabVIEW能夠虛擬很多常規(guī)儀器，通過計算機仿真完成不同的功能，這樣既可節(jié)省設備投人的開支，又提高了效率。因此，基于LabVIEW實現(xiàn)多功能信號發(fā)生器具有重大意義。

1 信號發(fā)生器的軟件設計思路

設計一個虛擬信號發(fā)生器首先要進行前面板的設計，前面板的設計主要需要考慮到所設計的信號發(fā)生器實現(xiàn)什么功能，再根據(jù)這些功能，在控件選板中選擇相應的控件，放在前面板相應的位置上，擺放也有一定的講究，使前面板看起來比較協(xié)調(diào)。再者是后面板的設計。后面板的設計要用到函數(shù)模板，根據(jù)本程序需要實現(xiàn)的功能，在函數(shù)選板中選擇相應的函數(shù)，由于程序不是只執(zhí)行一次，所以要涉及到循環(huán)結(jié)構(gòu)，本文的程序用到的循環(huán)結(jié)構(gòu)有while循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)。程序調(diào)試成功后就產(chǎn)生一個虛擬信號發(fā)生器。

2 信號發(fā)生器的前面板設計

首先應該添加三個波形顯示窗口，前面兩個窗口用于顯示兩路基本信號的顯示，并為前兩個窗口分別配置兩個旋鈕，用于控制信號的幅值和頻率，再分別為這兩個窗口配置一個下拉菜單選擇控件，用于選擇信號的類型，可供選擇的信號類型有正弦波、三角波、方波和鋸齒波。第三個窗口用于顯示信號的功率頻譜，并且為第三個窗口添置兩個下拉選擇框，用于選擇窗和濾波器，可以進行加窗和濾波。最后，為了可以方便觀察信號，必須設置一個停止按鈕，可以方便地控制和觀察靜態(tài)的信號波形。為了方便記錄數(shù)據(jù)，可以在信號波形顯示的上方添加一個空白的框，在框中記錄實驗的數(shù)據(jù)。信號發(fā)生器的前面板設計如圖1所示。

3 信號發(fā)生器的后面板設計

由于本文設計的信號發(fā)生器可以顯示信號的功率頻譜，所以需在程序框圖中添加一個快速傅里葉變換控件。由于需要加窗和濾波器，因此必須在程序框圖中添加兩個循環(huán)結(jié)構(gòu)，這兩個循環(huán)結(jié)構(gòu)分別用于加窗的控制和濾波器的選擇控制。由于有兩路信號，所以在while循環(huán)中，添加兩個窗和兩個濾波器，可供選擇的窗有uniform，Hanning窗，Hamming窗，Blackman-Harris，Exact-Blackman，Blackman，F(xiàn)lattop和4 Term Black-Harris。可供選擇的濾波器有Butterworth和Chebyshev。兩個循環(huán)結(jié)構(gòu)的輸出分別接至FFT功率譜模塊，F(xiàn)FT功率譜模塊的主要作用是計算時間信號的平均自功率譜。連接至時間信號輸入端的數(shù)據(jù)類型決定使用哪個多態(tài)實例。FFT功率譜模塊的輸出，用數(shù)組模塊連接至波形顯示窗口中，這樣，就可以在第三個窗口中顯示信號的功率頻譜。為了方便記錄數(shù)據(jù)，可以在程序框中添加一個字符串函數(shù)，可以在前面板中，顯示一個空白的框，用于記錄實驗時需要記錄的數(shù)據(jù)。

4 信號發(fā)生器的程序框圖

信號發(fā)生器的程序框圖如圖2所示。

5 結(jié)語

設計的信號發(fā)生器可以實現(xiàn)在兩個波形顯示窗口中分別顯示兩路信號，信號的相位和幅值可調(diào)，在第三個波形顯示窗口中顯示信號的功率頻譜。通過基于LabVIEW軟件所設計的信號發(fā)生器證明了虛擬儀器具有強大的儀器設計功能。