基于Lab VIEW的雙通道信號發(fā)生器設計與實現(xiàn)

溫曉行，顧啟民，楊云飛，徐惠鋼，謝啟

（常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇常熟 215500）

基于Lab VIEW的雙通道信號發(fā)生器設計與實現(xiàn)

溫曉行，顧啟民，楊云飛，徐惠鋼，謝啟

（常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇常熟 215500）

以虛擬儀器技術為核心，借助于計算機資源并結合高性能數(shù)據(jù)采集卡等硬件，采用Lab VIEW軟件開發(fā)平臺設計了一款雙通道信號發(fā)生器.雙通道信號發(fā)生器通過PCI-6289數(shù)據(jù)采集卡的D/A通道輸出波形信號，可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波、白噪聲信號與任意公式波，具有參數(shù)設置、功能選擇、信號輸出時域波形監(jiān)測與參數(shù)存儲等功能.實際運行表明，該信號發(fā)生器具有功能強大、頻帶范圍寬、界面友好、使用更為方便等優(yōu)點，避免了傳統(tǒng)信號發(fā)生器只能產(chǎn)生基本波形的不足，具有良好的應用前景.

信號發(fā)生器；虛擬儀器技術；數(shù)據(jù)采集卡

信號發(fā)生器在電子測量與自動化控制領域中應用非常廣泛，它不但可以產(chǎn)生不同頻率的正弦波、方波、三角波、鋸齒波信號，其輸出的幅值和直流偏置也可以根據(jù)需要進行調節(jié).信號發(fā)生器種類繁多，傳統(tǒng)的信號發(fā)生器一般只能產(chǎn)生幾種簡單、常規(guī)的波形.對于一些復雜與特殊的應用場所，要求可以輸出任意的波形、所產(chǎn)生的信號參數(shù)可以通過程序進行控制，國內外生產(chǎn)的一些高檔儀器能夠實現(xiàn)此功能，但是其價格昂貴，而且所提供的功能大都由廠家定義，用戶不能進行二次開發(fā)，不能較好的滿足用戶的需求[1-6].本文通過Lab VIEW圖形化虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，借助于計算機資源結合高性能數(shù)據(jù)采集卡等硬件，設計了一款雙通道信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生和顯示正弦信號、三角波、方波、鋸齒波及公式波信號.

1 信號發(fā)生器總體設計

本文設計的信號發(fā)生器可以實現(xiàn)如下功能：

（1）雙通道信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦信號、三角波、方波、鋸齒波信號，具體可以實現(xiàn)以下功能：頻率范圍為0.001 Hz～100 KHz；幅值范圍為0～10 V；直流偏置范圍為0～2.25 V；通過軟件可調整幅值、相位與頻率；調整后系統(tǒng)無須重新啟動便可繼續(xù)運行；在產(chǎn)生的信號中可以加入高斯噪聲；當兩個通道都選擇產(chǎn)生正弦信號時，信號發(fā)生器可對產(chǎn)生的兩個通道的正弦信號分別計算有效值及它們之間的相位差.

（2）雙通道信號發(fā)生器可以產(chǎn)生任意公式波信號.操作人員可以通過信號發(fā)生器的前面板編輯或輸入公式，從而輸出相應的波形信號.

信號發(fā)生器功能實現(xiàn)框圖見圖1.

信號發(fā)生器的設計與功能實現(xiàn)以當前在測試測量領域中廣泛應用的虛擬儀器技術為核心來構建，為了滿足信號發(fā)生器實現(xiàn)上述功能的要求，本設計選用美國國家儀器有限公司的基于PCI總線的高精度多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI-6289來產(chǎn)生與輸出對應的信號.PCI-6289數(shù)據(jù)采集板卡具有4路模擬輸出通道，對應的D/A轉換器分辨率為16位，信號輸出的更新率為2.86 MS/s.該數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出通道可以根據(jù)實際產(chǎn)生的信號幅值對參考電壓的大小進行編程，其對應的精度范圍如表1所示.

圖1 信號發(fā)生器功能實現(xiàn)框圖

2 信號發(fā)生器軟件實現(xiàn)

圖2 信號發(fā)生器總體軟件流程圖

表1 PCI-6289數(shù)據(jù)采集卡模擬輸出通道可編程參考電壓及相應的精度范圍

本文設計的雙通道信號發(fā)生器運用了Lab VIEW虛擬儀器圖形化軟件開發(fā)平臺所提供的豐富的信號產(chǎn)生函數(shù)，再結合選擇結構、循環(huán)結構等來產(chǎn)生和顯示正弦信號、三角波、方波、鋸齒波及公式波信號.信號發(fā)生器的總體軟件流程圖如圖2所示.

信號發(fā)生器能夠通過通道1、通道2分別產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波或公式波信號.兩個通道產(chǎn)生的信號在同一個示波器（Graph）中顯示波形，但彼此互不干擾.每個通道可以對波形參數(shù)（如頻率、幅值、直流偏置等）進行單獨控制，而且在產(chǎn)生的信號中可以加入高斯白噪聲.信號發(fā)生器在實際使用過程中，可以對采樣信息，頻率，幅值以及相位參數(shù)等進行調節(jié)控制，調整波形參數(shù)后無需重新啟動即可以選擇產(chǎn)生輸出正弦信號、方波信號、三角波信號、鋸齒波信號或公式波信號.另外，方波還可以控制占空比.當選擇產(chǎn)生公式波信號時，可以通過信號發(fā)生器前面板輸入相應的公式，從而得到相應的波形信號.信號發(fā)生器的前面板如圖3所示.

信號發(fā)生器的前面板上的示波器（Graph）用來顯示通道1與通道2產(chǎn)生的信號波形，通過前面板上的通道1和通道2的參數(shù)設置控件可以分別設置信號的幅值、頻率、相位、信號類型，加入噪聲的相關信息（種類、幅值）以及采樣的相關信息（采樣點數(shù)、采樣頻率等）.通過顯示控件輸出信號的有效值與相位差（正弦信號）.如果設置的參數(shù)不對，程序就會自動報錯提示用戶重新設置參數(shù).

通過前面板中的“signal type”可以來選擇產(chǎn)生輸出正弦信號、方波信號、三角波信號、鋸齒波信號或公式波信號.調節(jié)“頻率”、“幅值”、“相位”、“直流偏置”和“占空比”來實現(xiàn)波形參數(shù)的變化，當波形選擇為“Formula Wave”時，會在前面板上顯示出公式輸入的框圖，輸入公式后在示波器（Graph）中得到相應的波形信號.通過“高斯噪聲ON/OFF”來選擇是否加入高斯噪聲，以及“高斯種類”來改變高斯噪聲的類型（默認的種類為-1）.最后通過“退出”按鈕來退出程序.信號發(fā)生器功能實現(xiàn)的程序框圖如圖4所示.信號發(fā)生器實際產(chǎn)生的信號效果如圖5所示.

圖3 信號發(fā)生器前面板

圖4 信號發(fā)生器程序框圖

3 結論

本文以虛擬儀器技術為核心，借助于計算機資源和高性能數(shù)據(jù)采集卡等硬件，采用Lab VIEW軟件開發(fā)平臺設計了一款雙通道信號發(fā)生器.雙通道信號發(fā)生器的設計充分利用了Lab VIEW軟件開發(fā)平臺的強大功能，通過PCI-6289數(shù)據(jù)采集卡的D/A通道輸出波形信號.所開發(fā)的雙通道信號發(fā)生器已在低壓電器測試測量領域成功投入使用，實際運行表明：（1）信號發(fā)生器具有的功能強大、頻帶范圍寬，可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波、白噪聲信號與任意公式波；（2）信號發(fā)生器的界面友好，前面板具有參數(shù)設置、功能選擇、信號輸出時域波形監(jiān)測等功能；（3）信號發(fā)生器具有參數(shù)存儲的功能，使用更為方便；（4）信號發(fā)生器的精度高、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強，操作簡單、維護簡單，具有一定的應用前景.

圖5 信號發(fā)生器實際產(chǎn)生信號效果圖

[1]李宋.基于Lab VIEW虛擬信號發(fā)生器的設計[J].南昌工程學院學報，2011，30（6）：23-26.

[2]屈爾慶.基于Lab VIEW的信號發(fā)生器的設計[J].現(xiàn)代電子技術，2010（11）：106-107.

[3]賀良華，王洪亮，王洪雷.基于Lab VIEW的虛擬信號發(fā)生器的研究與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2009，17（9）：1866-1868.

[4]馬艷艷，王莉莉，白鳳娥.基于Lab VIEW7.1多功能信號發(fā)生器的設計[J].太原理工大學學報，2008，39（6）：599-602.

[5]呂庭，謝啟，顧啟民，等.一種高精度正弦信號源的設計[J].常熟理工學院學報，2008，22（10）：58-61.

[6]梁丹，張念.基于Lab VIEW平臺的虛擬信號發(fā)生器的設計[J].廣西輕工業(yè)，2011（4）：143-144，153.

Design and Realization of Two-channel Signal Generator Based on LabVIEW

WEN Xiao-xing,GU Qi-min,YANG Yun-fei,XU Hui-gang,XIE Qi
(School of Electrical and Automation Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China)

With the virtual instrument technology as the core,a two-channel signal generator was designed us?ing the LabVIEW software development platform with the help of computer resources,high performance data ac?quisition card and other hardware.The signal generator can produce sine wave,square wave,triangle wave,saw?tooth wave,white noise signal and arbitrary formulas wave through the D/A channel of PCI-6289 data acquisi?tion card.The signal generator has functions with parameter settings,function select,output signal waveform monitoring and parameter storage.Practical application shows that the signal generator has features of strong function,wide range of frequency band,friendly interface and more convenient use,etc.It can avoid the short?comings of the traditional signal generator which can only generate the basic waveform,and can be widely used.

signal generator;virtual instrument technology;data acquisition card

TP391

B

1008-2794（2013）04-0082-04

2013-01-29

蘇州市科技計劃項目“低壓電器產(chǎn)品智能化測試與系統(tǒng)集成關鍵技術研究”（SGZ2012062）；常熟市科技計劃項目“低壓電氣終端控制設備柔性測試技術研究”（CQ201215）

溫曉行，實驗師，研究方向：電氣自動化，E-mail：wenxx@cslg.edu.cn.