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0 引言 任意波形發(fā)生器是一種常用的信號源，可廣泛用于科學(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)踐和教學(xué)實(shí)踐等領(lǐng)域。傳統的波形發(fā)生器大多采用模擬電路技術(shù)，一般由分立元件構成，其電路結構復雜、體積龐大、穩定度和準確度較差，而且僅能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等幾種簡(jiǎn)單波形，難以產(chǎn)生較為復雜的波形信號。 隨著(zhù)微處理器性能的提高，新型的波形發(fā)生器大多已采用軟件仿真而不是單純的用分立元件來(lái)搭建電路，因而有效的解決了傳統信號發(fā)生器的缺點(diǎn)。虛擬儀器的出現是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，代表著(zhù)儀器發(fā)展的最新方向和潮流，是信息技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域。 本文將結合虛擬儀器技術(shù)來(lái)進(jìn)行多通道任意波形發(fā)生器、以及信號采集和分析的研究與設計。其硬件開(kāi)發(fā)平臺采用ADLINK公司的DAQ2206數據采集卡，軟件開(kāi)發(fā)平臺為NI公司的LabVIEW軟件。 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是美國國家儀器公司的創(chuàng )新軟件，被譽(yù)為“科學(xué)家與工程師”的語(yǔ)言。LabVIEW為不熟悉文本語(yǔ)言編程的設計者在測控領(lǐng)域建立計算機儀器系統提供了便捷、輕松的圖形化設計開(kāi)發(fā)集成環(huán)境。 LabVIEW集成了滿(mǎn)足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議硬件及數據采集卡通訊的全部功能．同時(shí)內置有便于應用TCP／IP、ActiveX等軟件標準的庫函數。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。 LabVIEW中圖形化的程序語(yǔ)言又稱(chēng)為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖。該方法盡可能利用技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具。 在進(jìn)行波形發(fā)生器的設計中，使用LabVIEW仿真軟件不僅可以實(shí)現儀器編程和數據采集的便捷途徑，而且在原理研究、設計、測試和實(shí)現儀器功能時(shí)，還可以大大提高工作效率。 1 系統總體方案 本系統主要由硬件和軟件兩部分構成。硬件部分包括數據采集卡和PC機，軟件部分則主要是基于 LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)的虛擬儀器測試系統。系統總體方案如圖1所示。 
將系統數據采集卡DAQ2206插在計算機和PCI擴展槽中，計算機便可通過(guò) LabVIEW軟件產(chǎn)生幾個(gè)常用的通信調制信號(例如2ASK，2FSK，2PSK)，再將這些信號經(jīng)過(guò)DAC變成模擬信號輸出，該數據采集卡就可將該模擬信號傳送到示波器，由示波器顯示相應信號的波形。此外，采集卡還能夠從波形發(fā)生器接收信號，然后經(jīng)過(guò)ADC傳送給計算機，并通過(guò)LabVIEW軟件對信號進(jìn)行分析及顯示。 系統數據采集主要通過(guò)LabVIEW仿真軟件來(lái)支持NI公司的DAQ2206卡。將DAQ2206采集卡插入計算機的插槽并設置相關(guān)參數．再利用LabVIEW進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)，就可實(shí)現數據采集功能。 本數據采集卡是虛擬儀器的硬件模塊。因為要關(guān)系到和PC 總線(xiàn)的接口，該硬件模塊應有一個(gè)比較規范的標準；同時(shí)，為了方便底層驅動(dòng)軟件的編制，它還應有一個(gè)標準的接口，以向驅動(dòng)程序透明。這個(gè)接口包括讀取硬件的狀態(tài)信息和對硬件進(jìn)行設置等。而通過(guò)計算機接口則可以為硬件模塊和操作系統提供標準的硬件連接。 系統中的儀器驅動(dòng)程序模塊可利用硬件模塊向系統提供標準接口，以實(shí)現對硬件的控制，完成對硬件的管理；同時(shí)可向上一級模塊(即虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺模塊)提供標準的調用接口，以使高層的軟件設計與硬件無(wú)關(guān)。 虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺是用戶(hù)進(jìn)行單一虛擬儀器或虛擬儀器測試系統設計生成的用戶(hù)平臺。它應該提供一個(gè)圖形化的編程設計環(huán)境，以方便用戶(hù)的開(kāi)發(fā)，縮短開(kāi)發(fā)周期。其中數據分析模塊庫和界面控制庫是LabVIEW和LabWindow／CVI的基礎。也可以按照標準化的思想，借鑒數據分析模塊庫和界面控制庫的模塊，利用VC++、VB、C++Builder等高級程序語(yǔ)言開(kāi)發(fā)自己的虛擬儀器平臺。但這一模塊要向上一層提供一個(gè)接口，此接口也是提供給虛擬儀器或虛擬儀器測試系統的開(kāi)發(fā)接口。 對于用戶(hù)而言，其軟件面板的設計直接決定了儀器的易用性以及功能和可擴充性。 2 信號的產(chǎn)生 2.1 基帶信號的產(chǎn)生 基帶信號是一個(gè)隨機的單極性矩形脈沖序列�？赏ㄟ^(guò)以下的G語(yǔ)言程序來(lái)設計基帶信號。 首先編寫(xiě)一個(gè)可以任意編碼(0或者1)的數組，然后通過(guò)對每個(gè)碼字的循環(huán)來(lái)形成一定脈寬的脈沖，再由此形成任意的脈沖信號，這就是基帶信號。圖2所示是基帶信號產(chǎn)生框圖。
2.2 2ASK信號的產(chǎn)生 2ASK是二進(jìn)制的振幅鍵控信號。通�？捎媚M振幅調制方法形成2ASK信號。一個(gè)二進(jìn)制的振幅鍵控信號可以表示成一個(gè)單極性矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的乘積。圖3所示是2ASK信號產(chǎn)生的整體框圖，從圖中可以看出。它是由基帶信號和正弦載波信號相乘得到的。
2.3 2FSK信號的產(chǎn)生 2FSK是二進(jìn)制頻移鍵控信號。這里采用鍵控法實(shí)現2FSK信號，即利用受矩形脈沖序列控制的開(kāi)關(guān)電路來(lái)對兩個(gè)不同的獨立頻率進(jìn)行選通。其產(chǎn)生框圖如圖4所示。
首先定義兩個(gè)載波信號f1和f2，再通過(guò)一個(gè)選擇器對兩路載波進(jìn)行選擇。若設定 f1=1 Hz，f2=4Hz，矩形脈沖的循環(huán)次數為5，那么，矩形脈沖的頻率為0.2 Hz。一般地，當脈沖為0時(shí)，選擇頻率為1 Hz的載波信號；當脈沖信號為1時(shí)，選擇頻率為4 Hz的載波信號。 2.4 2PSK信號的產(chǎn)生 在編寫(xiě)2PSK的波形發(fā)生器時(shí)，只要在2FSK的基礎上進(jìn)行一下修改就可以了。但是，信號輸入端的復位信號通常需要賦值。這就需要加上一個(gè)布爾控制量。因為只有使每次循環(huán)后的信號復位，才能得到所需要的2PSK信號。如果不加這個(gè)布爾控制量，就實(shí)現不了相移鍵控。 3 信號的模擬輸入 3.1 模擬輸入的相關(guān)參數 模擬輸入是采集最基本的功能。它一般通過(guò)多路開(kāi)關(guān)(MUX)、放大器、采樣保持電路以及A／D來(lái)將一個(gè)模擬信號轉化為數字信號。A／D的性能和參數直接影響著(zhù)模擬輸入的質(zhì)量，設計時(shí)要根據實(shí)際需要的精度來(lái)選擇合適的A／D。 3.2 模擬輸入的相關(guān)模塊 圖 5是對數據采集卡的初始化模塊，圖6是A／D數值轉換模塊。它們都是模擬輸入的相關(guān)模塊。
4 信號的模擬輸出 4.1 模擬輸出相關(guān)模塊 模擬輸出通常采用中級模擬輸出模塊�？上葘祿杉ㄟM(jìn)行初始化，以指定信號輸出通道的工作，然后再建立緩沖區，最后寫(xiě)出多通道信號信息的工作。圖7所示是模擬輸出信號的初始化框圖。
4.2 多路模出信號寫(xiě)入buffer 本文利用循環(huán)寫(xiě)入的方式來(lái)將兩個(gè)信號寫(xiě)入數據采集卡的buffer之中。圖8所示是其循環(huán)采樣框圖。
5 結束語(yǔ) 任意波形發(fā)生器是一種常用的信號源，可廣泛用于科學(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)踐和教學(xué)實(shí)踐等領(lǐng)域。虛擬儀器的出現是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，代表著(zhù)儀器發(fā)展的最新方向和潮流，是信息技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域。新型波形發(fā)生器中基于虛擬儀器的波形發(fā)生器在最近幾年內得到了迅速發(fā)展，并將逐漸取代傳統的信號發(fā)生器而成為研究領(lǐng)域的主流。虛擬儀器技術(shù)不僅是2l世紀儀器發(fā)展的方向，而且會(huì )逐步取代傳統的硬件化電子儀器，從而使成千上萬(wàn)種傳統儀器都融人計算機體系中。 參考文獻 1. 張凱.郭棟 LabVIEW 虛擬儀器工程設計與開(kāi)發(fā) 2004 2. 劉君華.郭會(huì )軍.趙向陽(yáng) 基于LabVIEW虛擬儀器設計 2003 3. 張易知 虛擬儀器的設計與實(shí)現 2002 4. 周林栗.秋華張.風(fēng)莊華 基于虛擬儀器的信號頻域分析與處理系統的設計與實(shí)現 2006 5. 趙敬梅.郝桂英.劉鳳.李志勇 虛擬儀器技術(shù)中信號源的研究 [期刊論文] -微計算機信息2006(31) 6. 彭麗花 虛擬任意波形發(fā)生器的設計 [學(xué)位論文] 2005 7. 黃秩程 基于虛擬儀器技術(shù)的任意波形發(fā)生器的研帝 2005 8. Jozscf G Nemeth.Balazs Vargha.Istvan kollar Online Frequency Do ma in System Indentification Based on a Visual Instrument 2000(6) 9. LabVIEW User M annuals 2003 作者：鄒莉莉,郭勇(成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院) 聶學(xué)方(成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院;江西農業(yè)大學(xué)) 電子元器件應用 2009 11(5) |
