基于Labview的虚拟信号发生器开题报告.docx
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基于Labview的虚拟信号发生器开题报告
毕业论文(设计)
开题报告
论文题目:
基于Labview的虚拟信号发生器的设计
系部名称:
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
教师职称:
2013年3月15日
毕业论文(设计)开题报告
一、结合毕业论文(设计)任务书的要求,根据所查阅的文献资料,撰写3000字左右的文献综述:
1、绪论
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。
虚拟仪器正可以实现这些要求,虚拟仪器(VirtualInstrument,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。
虚拟仪器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上,由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
其核心的思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化,以便最大限度地降低系统成本,增强系统功能与灵活性。
虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测试系统到以软件为中心的测试系统的根本性转变[9]。
信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
传统的信号发生器其功能完全靠硬件实现,功能单一而且用户的购置、维护费用高。
更重要的是,对于传统的信号发生器,其功能一旦确定便不能更改,用户要想使用新的功能则必须重新购买新的仪器,传统信号发生器的不足是显而易见的。
与传统仪器相比,虚拟仪器具有性价比高,开发、维护、升级简单、研制周期短等特点。
虚拟仪器作为新兴的测控仪器,将给用户一个充分发挥自己的才能,想象力的空间,用户可以根据自己的设计需求设计仪器系统,符合我们信号发生器的开发要求[10]。
在现代电子学的各个领域,常常需要高精度且频率可方便调节的信号发生器,频率越高,产生波形种类越多的发生器性能越好。
随着科技的发展,虚拟仪器技术已成为测试、工业I/O和控制和产品设计的主流技术。
随着虚拟仪器技术的功能和性能已被不断地提高,如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。
随着PC、半导体和软件功能的进一步更新,未来虚拟仪器技术的发展将为测试系统的设计提供一个极佳的模式,并且使工程师们在测量和控制方面得到强大功能和灵活性[13]。
2、信号发生器和虚拟仪器的发展
[1]信号发生器的发展
信号发生器是一种悠久的测量仪器,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[8]。
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[5]。
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[9]。
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[6]。
[2]虚拟仪器的发展趋势
现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物。
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[3]。
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[2]。
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,如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。
而虚拟仪器的各种优点让用户可放心地舍弃旧的传统测量设备,接受更新型、以计算机为基础的虚拟仪器系统。
由于计算机的性能价格比不断改进,使虚拟仪器的价格更为大众化,用户不必再受限于传统仪器的使用限制和昂贵的价格,进一步降低了使用成本,减少了系统的开发费用和系统的维护费用。
此外,新型笔记本电脑又把虚拟仪器的便携性和强大功能推向一个新的水平。
所有这些必将加快虚拟仪器的发展,使它的功能和应用领域不断增强和扩大。
在测量、检测、电信、监控、教育等方面的应用已广泛开展[1]。
三、虚拟仪器与传统仪器的比较
虚拟仪器具有传统独立仪器无法比拟的优势。
在高速度、高带宽和专业测试领域,独立仪器具有无可替代的优势。
在中低档测试领域,虚拟仪器可取代一部分独立仪器的工作,但完成复杂环境下的自动化测试是虚拟仪器的强项,这是传统的独立仪器难以胜任的。
1)传统仪器的面板只有一个,上面布置了种类繁多的显示和操作元件。
由此导致许多识读和操作错误。
虚拟仪器与之不同,它可以通过在几个分面板上的操作来实现比较复杂的功能。
这样,在每个分面板上就可以实现功能操作的单纯化和面板布置的简洁化,从而提高操作的正确性和便捷性。
同时,虚拟仪器的面板上的显示元件和操作元件的种类与形式不受标准元件和加工工艺的限制,由编程来实现,设计者可以根据用户的要求和操作需要来设计仪器面板[3]。
2)在通用硬件平台确定后,软件取代传统仪器中由硬件完成的仪器功能。
3)仪器的功能是由用户根据需要用软件来定义,不是事先由厂家定义的。
4)仪器性能的改进和功能扩展只需更新相关软件设计,不需购买新仪器。
5)虚拟仪器开放、灵活,与计算机同步发展,与网络及其他周边设备互联。
6)由于其以PC为核心,使得许多数据处理的过程不必像过去那样由测试仪器本身来完成,而是在软件的支持下,利用PC机CPU的强大的数据处理功能来完成,使得基于虚拟仪器的测试系统的测试精度、速度大为提高,实现自动化、智能化、多任务测量。
7)可方便地存贮和交换测试数据,测试结果的表达方式更加丰富多样。
8)虚拟仪器在高性价比的条件下,降低了系统开发和维护费用,缩短技术更新周期[15]。
近年来,随着网络技术的发展,己经形成了网络虚拟仪器。
这是一种新型的基于Web术的虚拟仪器,使得虚拟仪器测试系统成为Internet的一部分,实现现场监控和管理。
4、虚拟信号发生器的原理
虚拟任意波形发生器包括硬件和软件两部分。
硬件通常包括通用计算机和外围硬件设备。
通用计算机可以是笔记本电脑、台式计算机或工作站等。
外围设备可以选择GPIB系统、VXI系统、PXI系统、数据采集系统或其他系统,也可以选择有两种或两种以上系统构成的混合系统;软件包括操作系统、任意波形发生器驱动器和应用软件三个层次。
操作系统可以选择WindowsgX/NT/2000XP、SUNOS、Linux等。
虚拟任意波形发生器驱动程序是处理与特定仪器进行控制通信的一种软件。
波形发生器驱动与通信接口及开发环境相联系,是虚拟波形发生器的核心,可帮助用户完成对波形发生器硬件的控制。
目前流行的虚拟仪器开发软件不但提供世界各地主要厂家生产的多种仪器驱动程序,而且提供重要的模块化代码,可以很方便地进行波形发生器驱动程序的开发设计[12]。
应用软件通过波形发生器驱动器实现与外围硬件模块的通信连接。
应用软件指实现波形发生器功能和软面板的软件程序。
利用计算机强大的计算能力和虚拟波形发生器开发软件功能强大的函数库极大地提高了虚拟仪器的数据分析处理能力。
软面板是用户与波形发生器之间交流信息的纽带。
虚拟波形发生器在工作时利用前面板去控制系统。
与传统任意波形发生器物理面板相比,虚拟波形发生器软面板最大的特点就是用户可自定义软面板,用户可根据自己的需要来组成不同的虚拟波形发生器控制面板[14]。
5、开题意义
虚拟信号发生器是通过Labview图形化语言,将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体,从而把计算机强大的计算处理能力的一起硬件的测量、控制能力结合在一起,大大的缩小了一起硬件的成本和体积,并通过Labview实现对数据的显示、存储以及分析处理。
因为虚拟信号发生器可与计算机同步发展,与网络及其他周边设备互联,用户只需改变软件程序就可以不断赋予它或扩展增强它的测量功能。
这就说,仪器的设计制造不再是厂家的专利。
虚拟信号发生器开创了仪器使用者可以成为仪器设计者的时代,这将给虚拟信号发生器使用者带来无尽的利益。
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、方便快捷的变成工具。
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的虚拟信号发生器具有人机交互性号、易于操作等特点,能够广泛的应用于科研、生产等领域。
通过本次毕业设计,能够熟练的运用Labview8.5开发平台来实现正弦波、方波、三角波等几种简单的波形,并能通过改变信号的频率、幅值在前面板实现信号的波形的改变
六、毕业设计工作进度安排
1)1~2周:
完成毕业实习报告。
2)3周:
查阅与课题有关的文献资料,撰写开题报告。
3)4周:
完成外文文献翻译任务。
4)5~12周:
分析虚拟信号发生器的设计思路,选择各种波形的输入、输出控件,完成信号发生器的前面板和流程图的设计。
5)13~16周:
程序调试与实现,撰写毕业设计论文。
6)17周:
评审、答辩、给出成绩及评语。
七、参考文献
[1]陈锡辉,张印鸿.Labview8.20程序设计从入门到精通[M].北京:
清华大学出版社,2007:
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[2]龙华伟,顾勇刚.Labview8.21与DAQ数据采集[M].北京:
清华大学出版社,2008:
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[3]林静,林振宇,郑福仁.Labview虚拟仪器程序设计从入门到精通[M].北京:
人民邮电出版社,2010:
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[4]马银平,宣亮亮.基于Labview的数据分析系统与设计[J].单子元器件应用2009,4(10):
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[5]吴华强,王铁岭,董涛.基于Labview的任意波形发生器设计[J].光学仪器2007,2(4):
69-71.
[6]刘君华,贾惠芹,丁晖.虚拟仪器图形化编程语言Labview教程[M].西安电子科技大学出版社,2007:
70-72.
[7]张凯,郭栋.Labview虚拟仪器工程设计与开发[M].国防工业出版社,2006:
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[8]李兴.虚拟仪器的软件开发[J].1999,(33):
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[11]NationalIntruments.UsingLabVIEWtoCreateMultithreadedVIs[M].Texas:
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[15]R.Jamal,H.Pichlink.LabviewApplicationsandSolutions[J].Ed.PrenticeHall,NewJersey,1998.
毕业论文(设计)开题报告
二、本论文(设计)要研究或解决的问题以及拟采用的研究手段(途径):
本论文(设计)的意义及要解决的问题:
(1)了解虚拟仪器的概念、产生发展背景、分类及系统组成。
(2)了解与本论文编程有关的虚拟仪器在信号处理中的应用。
(3)掌握信号发生器的原理及其分类。
(4)熟悉Labview软件及Labview相应的工具箱的使用。
(5)实现虚拟仪器的简单应用,产生简单的正弦信号、方波、三角波。
(6)编写程序框图前面板,实现三种波形的输出,并能对波形的频率、幅值进行调节。
(7)对信号进行频谱分析。
本论文(设计)采用的研究原理和实现途径:
1、如图为基本函数发生器模块
以上模块可在程序框图中找到。
偏移量指定信号的直流偏移量,默认值为0.0;重置信号值为TRUE,相位将被重置为相位控件的值,时间标识将被重置为0;信号类型是要生成的波形的类型;频率是波形频率,以Hz为单位,默认值为10;幅值是波形的幅值,幅值也是峰值电压,默认值为1.0;相位是波形的初始相位,以度为单位,默认值为0,如重置信号的值FALSE,VI将忽略相位;信号输出是生成的波形;相位输出是波形的相位[5]。
此信号发生器可以在一个窗口中同时显示两路信号。
所以要添置两个基本信号发生器模块,用于产生两路不同的信号。
对两个模块分别对应频率、幅值的输入控件,用于控制两路信号的频率和幅值。
然后设定该信号发生器的采样频率。
再将这两个基本信号发生器的输出进行合并,两个信号的合并可以通过“与”控件来实现。
合并后的信号的输出,用连线连接到波形显示器中,就可以实现在同一波形显示器中显示两路不同类型的信号。
2、多种信号发生器的总流程如下图所示。
图2基本信号发生器流程图
N
Y
循环
使用时先运行程序,然后设置数据采集卡以及通过波形选择开关选择波形,并设定其幅度、频率、相位、占空比(方波),波形信号就可在显示屏上显示并通过数据采集卡输出波形。
程序运行过程中,可通过面板上的控件随时改变波形的参数(幅度、频率、相位、占空比),关闭电源,程序停止运行[10]。
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指导教师意见:
指导教师:
201年月日
导师组审核意见:
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201年月日
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201年月日
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