LabVIEW-波形发生器精讲

LabVIEW中的波形数据

与其他基于文本模式的编程语言不同，在LabVIEW中有一类被称为波形数据的数据类型，这种数据类型更类似于“簇”的结构，由一系列不同数据类型的数据构成。但是波形数据又具有与“簇”不同的特点，例如它可以由一些波形发生函数产生，可以作为数据采集后的数据进行显示和存储。这一节将主要介绍创建波形数据以及处理波形数据的方法。

1 波形数据的创建

LabVIEW中的波形数据既可以由一些用于产生波形的函数、VIs以及Express VIs生成，也可以由数据采集函数从数据采集卡中采集数据而得到。下面主要介绍用函数、VIs以及Express VIs生成波形数据的方法。

在LabVIEW中，与创建波形数据相关的函数、VIs以及Express VIs主要位于函数选板中的波形（Waveform）子选板以及信号处理（Signal Processing）子选板中，两个选板分别如图6-19以及图6-20所示。

图6-19 波形子选板

图6-20 信号处理子选板

下面介绍一些常用的用于产生波形数据的函数、VIs以及Express VIs的使用方法。

1．基本函数发生器函数（Basic Function Generation.vi）

基本函数发生器函数可以产生正弦波、锯齿波、方波和三角波四种波形，并可以任意设

定波形的频率、幅值、相位以及偏移量（叠加的直流分量）等属性。

图6-21所示的程序演示了基本函数发生器函数产生多种波形的方法，在例程中，用户可以指定波形的类型（正弦波、锯齿波、方波或三角波）、幅值、频率、相位以及叠加的直流分量的幅值等属性，根据这些属性生成相应的波形。

1 绪论

波形发生器是一种常用的信号源，广泛应用于通信、雷达、测控、电子对抗以及现代化仪器仪表等领域，是一种为电子测量工作提供符合严格技术要求的电信号设备。随着现代电子技术的飞速发展，现代电子测量工作对波形发生器的性能提出了更高的要求，不仅要求能产生正弦波、方波等标准波形，还能根据需要产生任意波形，且操作方便，输出波形质量好，输出频率范围宽，输出频率稳定度、准确度及分辨率高，频率转换速度快且频率转换时输出波形相位连续等。可见，为适应现代电子技术的不断发展和市场需求，研究制作高性能的任意波形发生器十分有必要，而且意义重大。

1．1 波形发生器的发展及现状

波形发生器的核心技术是频率合成技术，主要方法有：直接模拟频率合成、锁相环频率合成(PLL)，直接数字合成技术(DDS)。

传统的波形发生器一般基于模拟技术。它首先生成一定频率的正弦信号，然后再对这个正弦信号进行处理，从而输出其他波形信号。早期的信号发生器大都采用谐振法，后来出现采用锁相环等频率合成技术的波形发生器。但基于模拟技术的传统波形发生器能生成的信号类型比较有限，一般只能生成正弦波、方波、三角波等少数的规则波形信号。随着待测设备的种类越来越丰富，测试用的激励信号也越来越复杂，传统波形发生器已经不能满足这些测试需要，任意波形发生器（AWG)就是在这种情况下，为满足众多领域对于复杂的、可由用户自定义波形的测试信号的日益增长的需要而诞生的。随着微处理器性能的提高，出现了由微处理器、D／A以及相关硬件、软件构成的波形发生器。它扩展了波形发生器的功能，产生的波形也比以往复杂。实质上它采用了软件控制，利用微处理器控制D／A，就可以得到各种简单波形。但由于微处理器的速度限制，这种方式的波形发生器输出频率较低。目前的任意波形发生器普遍采用DDS(直接数字频率合成)技术。基于DDS技术的任意波形发生器(AWG)利用高速存储器作为查找表，通过高速D／A转换器对存储器的波形进行合成。它不仅可以产生正弦波、方波、三角波和锯齿波等规则波形，而且还可以通过上位机编辑，产生真正意义上的任意波形。

基于labview的虚拟信号发生器的设计

第1章虚拟信号发生器的结构与组成

1．1虚拟函数信号发生器的前面板

本虚拟信号发生器主要由一块PCI总线的多功能数据采集卡和相应的软件组成。将它们安装在一台运行Windowsxp的PC机上。即构成一台功能强大的函数信号发生器。本虚拟信号发生器的设计参考了SG 1645功率函数信号发生器。

本函数信号发生器的前面板主要由以下几个部分构成：仪器控制按钮，输出频率控制窗口(包括频率显示单位)，频率倍成控制，波形选择，频率微调按钮，直流偏置，方波占空比节，输出波形幅度控制按钮。频率微调范围：O．1—1 Hz；直流偏置：一10—10V；方波占空比：0—100％；输出波形幅度：0—10V。此外还增加了许多修饰性的元件如面板上的压控输入、记数输入、同步输出、电压输出等。使用这些修饰性的元件的目的是为了增加仪器的美观性，并尽量与真实仪器的使用界面相一致。

图1-1 函数信号发生器的前面板

1．2虚拟函数信号发生器的硬件构成

本虚拟信号发生器的输入输出的硬件部分为一数据采集卡和具有一定配置要求的PC机，数据的输入输出靠对数据采集卡输出输入口的定义来实现。本设计采用的PCI一1200数据采集卡是一块性价比较好的产品，具备数／模转换的功能。能将产生的数字信号转换成模拟信号且数模转换精度高，而且还具备滤波功能，从而使输出波形光滑。它支持单极和双极性模拟信号输入，信号输入范围分别为一5一+5V和0—10V。提供l6路单端，8路差动模拟输入通道、2路独立的DA输出通道、24线的TTL型数字Ⅳ0、3个l6位的定时计数器等多种功能。硬件接口部分用于数据输入或输出时的通道设置。硬件接口部分程序框图如图1-2所示：

LabVIEW虚拟信号发生器和虚拟示波器

在实际的实验室，在学习电子、电机、通讯等领域时，人们通常需要借助工具设备来生成模拟信号，或者通过示波器等设备来观察电路中的电信号波形。然而，在虚拟仪器技术兴起之后，我们也可以通过使用LabVIEW虚拟信号发生器和虚拟示波器来完成工作。

虚拟信号发生器

LabVIEW虚拟信号发生器通过计算机内部算法，可以生成模拟信号。用户可以通过设定周期、频率、振幅、相位等参数，来生成不同类型的波形信号，例如：正弦波、方波、三角波、锯齿波、随机噪声信号等。在实验中，我们可以通过将生成的信号与被测信号进行比较，从而评估被测信号的特性。

生成信号的步骤

1.打开LabVIEW软件，并新建VI（Virtual Instrument）。

2.在Block Diagram中画出模拟信号发生器模块。

3.设置发生器的参数，包括周期、频率、振幅、相位等。

4.连接发生器的输出端口并将信号输出。

5.通过插入示波器，来观察生成的信号波形。

实际应用

虚拟信号发生器可以使用在电子、电路、通讯等实验中。例如，在音频处理领域，可以使用虚拟信号发生器来输出不同频率和振幅的信号，来评估音频处理器的特性。

虚拟示波器

LabVIEW虚拟示波器是一款可视化的工具，通过计算机屏幕显示出电路信号波形。用户可以通过插入虚拟示波器，观察被测对象的电路波形，并对信号特性进行分析和评估。虚拟示波器与实际示波器不同的是，它不需要物理电路来实现，而是通过LabVIEW的软件模拟来实现。

使用方法

1.打开LabVIEW软件，并新建VI。

LabVIEW中的信号发生器与波形分析

在LabVIEW中，信号发生器和波形分析是两个非常重要的功能模块。信号发生器可以帮助我们生成各种类型的信号波形，而波形分析则可以对实时采集到的波形进行分析和处理。本文将介绍LabVIEW中信号发生器和波形分析的基本原理及使用方法，并结合具体案例进行说明。

一、信号发生器

在LabVIEW中，信号发生器可以帮助我们生成各种类型的信号波形，比如正弦波、方波、三角波等。使用信号发生器，我们可以通过调节参数来调整信号的频率、幅度、相位等属性。下面将以生成正弦波为例，介绍LabVIEW中信号发生器的使用方法。

1. 创建信号发生器 VI

首先，在LabVIEW中创建一个新的VI，将信号发生器模块拖拽到VI的面板上，然后双击打开该模块进行配置。

2. 设置信号参数

在信号发生器模块的属性窗口中，可以设置信号的频率、幅度、相位等参数。以生成正弦波为例，我们可以设置频率为1000Hz，幅度为1V，相位为0度。

3. 运行信号发生器

将信号发生器模块与输出设备（如声卡）连接起来，然后点击运行按钮即可生成对应的信号波形。

二、波形分析

在LabVIEW中，波形分析是对实时采集到的波形进行分析和处理的功能模块。通过波形分析，我们可以获取波形的幅值、频率、相位等参数，并进行进一步的数据处理。下面将以频谱分析为例，介绍LabVIEW中波形分析的使用方法。

1. 创建波形分析 VI

同样地，在LabVIEW中创建一个新的VI，将波形分析模块拖拽到VI的面板上，然后双击打开该模块进行配置。

2. 设置分析参数

摘要

本次设计基于美国国家仪器（NI）的虚拟仪器开发平台Labview，使用图形化语言编程，设计了一款虚拟函数信号发生器。该虚拟函数信号发生器能够产生正弦波、三角波、方波、锯齿波等波形，其中输出信号的频率、幅值、相位、偏移量以及方波的占空比等都可以在较宽的范围内动态的调节，能够更好的得到满意的波形。

关键词：虚拟仪器；Labview；函数信号发生器；图形化编程

目录

第1章绪论 (1)

第2章虚拟函数信号发生器的设计 (2)

2.1 概述 (2)

2.2 函数信号发生器程序框图设计 (2)

2.2.1 基本函数信号发生器的配置 (2)

2.2.2 while循环的设计 (3)

2.2.3 程序中的延时机制 (4)

2.2.4 波形显示控件的设计 (4)

2.3 前面板的界面布局 (7)

2.4 帮助信息 (9)

第3章程序调试 (10)

第4章实验设计总结 (12)

参考文献 (13)

附录 (14)

第1章绪论

在有关电参量的测量中，我们需要用到信号源，而信号发生器则为我们提供了在测量中所需的信号源，它可以产生不同频率的正弦信号、方波、三角波、锯齿波、正负脉冲信号、调幅信号、调频信号和随机信号等，其输出信号的幅值也可以按需要进行调节。传统信号发生器种类繁多，价格昂贵，而且仪器功能固定单一，不具备用户对仪器进行定义及编程的功能，一个传统实验室很难同时拥有多类信号发生器，然而，基于虚拟仪器技术的实验室则能够实现这一要求。

随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术在数据采集、自动测试和仪器控制领域得到了广泛的应用，促进和推动测试系统和仪器控制的设计方法与实现技术发生了深刻的变化。“软件即是仪器”已成为测试与测量技术发展的重要标志。虚拟信号发生器就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的LabVIEW软件来完成各种测试、测量和自动化应用。

仿真信号产生实验

一、实验目的：

1．熟悉LabVIEW中仿真信号的多种产生函数及参数设置。

2．掌握常用测试仿真信号的产生。

3．学会产生复杂的函数波形和任意波形。

二、实验内容：

1．采用Express VI仿真信号发生器，产生规定的附有噪声的正弦信号，并显示波形。

2. 采用波形发生器VI，产生规定的附有噪声的多波形信号，并显示波形。

3. 产生任意波形信号，并显示和存盘。

4. 采用公式节点，产生规定的复杂函数信号。

三、实验器材：

安装有LabVIEW软件的计算机1台

四、实验原理：

1．虚拟仪器中获得信号数据的3个途径：

（1）对被测的模拟信号，使用数据采集卡或其他硬件电路，进行采样和A/D变换，送入计算机。

（2）从文件读入以前存储的波形数据，或由其他仪器采集的波形数据。

（3）在LabVIEW中的波形产生函数得到的仿真信号波形数据。

2．测试信号在LabVIEW中的表示

在LabVIEW中测试信号已经是离散化的时域波形数据，表示信号的数据类型有数组、波形数据和动态数据3种。

波形数据是一种特殊的簇结构，它由时间起始值t0、两个采样点的时间间隔值dt以及采样数据一维数组Y组合成的一个簇。它的物理意义是对一个模拟信号x(t)从时间t0开始进行采样和A/D转换，采样率为fs,对应采样时间间隔dt=1/fs ，数组Y为各个时刻的采样值。对周期信号，1个周期的采样点数等于采样频率除以信号频率。

3．仿真信号产生函数

在LabVIEW中产生一个仿真信号，相当于通过软件实现了一个信号发生器的功能。LabVIEW提供了丰富的仿真信号，包括正弦、方波、三角波、多频信号、调制信号、随机噪声信号、任意波形等。针对不同的数据形式(动态数据类型、波形数据和数组)，LabVIEW中有3个不同层次的信号发生器。

虚拟仪器与自动测试技术

实验一 NI ELVIS的工作环境的熟悉和使用

一、实验目的

1）熟悉NI ELVIS（虚拟仪器套件）的工作环境，了解系统的主要构成和功能；

2）学习使用DMM（数字万用表）测量电压、电流等参量；

二、实验任务

1） ELVIS工作环境和功能的了解和使用

图1.1为ELVIS实验台的总体结构，主要由ELVIS实验台、Prototyping Board（原型设计面板）两部分构成。

图1 ELVIS仪器套件的组成图1.2 ELVIS实验台

图1.2为仪器套件中的实验台部分，上方有接口与设计面板对接。图1.3为原型设计面板部分。

图1.3 原型设计面板

NI ELVIS上已开发了12种仪器功能，包括数字万用表，示波器，信号发生器，可变电源，波特图测试，频谱分析仪，任意波形发生器，数字读，数字写，阻抗分析仪，二极管特性测试和三极管特性测试。有些功能可直接演示，如示波器，信号发生器，频谱分析仪等；有些功能需要相应的元器件和电路来演示。

2）ELVIS软件的使用

打开“开始”菜单中“程序”—>NI目录下“NI ELVIS 3.0”，出现图1.4的程序界面。

图1.4 NI ELVIS界面

依次熟悉“ELVIS”菜单中各种分析工具的功能和使用方法。

3）学习使用DMM（数字万用表）测量电阻和电容

实验板上电阻，电容，电感串联在仪器，其引脚已分别引出，方便测试。图1.5为数字

万用表显示界面。

图1.5 数字万用表界面图1.6 数字万用表接线端子图测量电流，电阻，电容，电感，二极管需使用电流测试端，仅测试电压用电压测量端。

波形数据

与其他基于文本模式的编程语言不同，在LabVIEW 中有一类被称为波形数据的数据类型，这种数据类型更类似于“簇”的结构，由一系列不同数据类型的数据构成。但是波形数据又具有与“簇”不同的特点，例如它可以由一些波形发生函数产生，可以作为数据采集后的数据进行显示和存储。这一节将主要介绍创建波形数据以及处理波形数据的方法。 1 波形数据的创建

LabVIEW 中的波形数据既可以由一些用于产生波形的函数、VIs 以及Express VIs 生成，也可以由数据采集函数从数据采集卡中采集数据而得到。下面主要介绍用函数、VIs 以及Express VIs 生成波形数据的方法。

在LabVIEW 中，与创建波形数据相关的函数、VIs 以及Express VIs 主要位于函数选板中的波形（Waveform ）子选板以及信号处理（Signal Processing ）子选板中，两个选板分别如图6-19以及图6-20所示。

下面介绍一些常用的用于产生波形数据的函数、VIs 以及Express VIs 的使用方法。

1．基本函数发生器函数（Basic Function Generation.vi ）

基本函数发生器函数可以产生正弦波、锯齿波、方波和三角波四种波形，并可以任意设图6-19 波形子选板

图6-20 信号处理子选板

定波形的频率、幅值、相位以及偏移量（叠加的直流分量）等属性。

图6-21所示的程序演示了基本函数发生器函数产生多种波形的方法，在例程中，用户可以指定波形的类型（正弦波、锯齿波、方波或三角波）、幅值、频率、相位以及叠加的直流分量的幅值等属性，根据这些属性生成相应的波形。

多种波形发生器虚拟仿真

引言

波形发生器是一种电子仪器，用于产生各种电信号波形。在电子设计、通信系统测试以及科学实验中，波形发生器是非常重要的工具之一。虚拟仿真技术使得波形发生器的功能可以在计算机上进行模拟和实现，大大提高了工程师和科学家的工作效率。本文将详细介绍多种波形发生器虚拟仿真的相关内容。

什么是波形发生器虚拟仿真

波形发生器虚拟仿真是指利用计算机软件模拟实现波形发生器的功能。通过虚拟仿真软件，我们可以在计算机上产生各种类型的波形信号，如正弦波、方波、脉冲波等。虚拟仿真软件可以提供完整的波形发生器功能，包括频率调节、幅度调节、相位调节等，以及各种附加功能，如触发功能、同步功能等。

虚拟仿真软件的优点

1.便携性：虚拟仿真软件可以在计算机上运行，完全不受地理位置的限制。工

程师和科学家可以随时随地使用虚拟仿真软件进行波形发生器的设计和测试。

2.灵活性：虚拟仿真软件可以提供丰富多样的波形发生器类型和波形参数选择。

用户可以根据具体需要选择不同的波形类型和参数。

3.成本低：相对于实际的波形发生器设备，虚拟仿真软件的成本要低得多。用

户不需要购买昂贵的实体设备，只需安装虚拟仿真软件即可实现各种波形发

生器功能。

常见的波形发生器虚拟仿真软件

1. Multisim

Multisim是一款集成电路和电子电路仿真软件。它提供了丰富的模拟电子元件和

数字电子元件库，支持用户自定义元件。Multisim中包括了波形发生器模块，用

户可以通过简单的拖放操作实现各种波形信号的生成。Multisim还提供了波形显示、频谱分析等辅助功能，方便用户对波形进行分析和测试。

基于Labview函数发生器

【摘要】

本文实现了基于Labview7.0的虚拟正弦,余弦,方波,锯齿波,三角波信号发生器.可以根据需要,改变波形的频率和幅值，保存波形的分析参数到指定文件,并介绍了基于USB数据采集卡的虚拟信号输出。本论文首先简介了虚拟函数信号发生器的开发平台，及虚拟信号发生器的设计思路，并且给出了基于labview 的虚拟信号发生器的前面板和程序设计流程图，讲述了功能模块的设计步骤，提供了虚拟发生器的面板。在设计信号发生器的过程中经过深入的思考，结合Labview的具体功能作了一定创新。本仪器系统操作简便，设计灵活，具有很强的适应性。

The Design of Signal Generator Based on Labview

[Abstract]

This article describes the virtual Labview7.0 based on sine, cosine, square, saw tooth, triangle wave signal generator. Can change the waveform of the frequency and amplitude, the analysis of waveform parameters saved to the specified file, and introduced the USB data acquisition card based on the virtual signal output. Introduction In this paper, the first virtual function signal generator of the development platform, and virtual signal generators of design ideas, and gives the Labview-based virtual signal generator's front panel and the programming flow chart describes the design of these functional modules provides a virtual panel generator. Signal generator in the design process, after careful thought, combined with the specific function of Labview a certain innovation. The instrument system is simple, flexible design, has a strong adaptability. [Keyword] ：Virtual function Labview signal generator

绪论

虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。

虚拟仪器的主要特点有：

⏹尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。

⏹可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪

器。

⏹用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。

虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的Lab VIEW。

虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和Lab VIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。

普通的PC有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的VXI 机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。VXI仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的PXI标准仪器。