基于虚拟仪器的波形发生器的设计

1、 输出波形的种类：正弦波、方波、三角波、锯齿波、脉冲、任意波。

2、 波形输出通道数为2个，每一通道的频率、幅值、偏置都可由用户调节，并且可以设置

两个通道信号之间的相位差。

3、 编辑波形的方式有：设置参数、输入公式、手工绘制。 4、 数据的存储、查询：能够实时查看所需波形和历史波形。 5、 通信波特率的设定

全部功能在PC机上实现。

任意波形发生器各功能模块设计：

M主模块 标准波 任意波 数据输出 基本波调频、调幅波序列信号公式波形数据拟合波形鼠标绘制波形

在任意波形发生器的设计中，根据波形发生器的系统结构图将任意波形发生器分成标准波模块、任意波模块、数据输出模块和主模块等四个功能模块。在设计的过程中，运用模块化设计方法，逐个模块进行设计。

标准波模块的功能包括产生常用波、调制信号及M序列信号等各种标准波形。根据各类信号的不同性质特点及不同的产生方式，标准波模块由基本波、调制信号和M序列信号等三个子模块组成。基本波和调制信号的产生较为简单，在此不再赘述。

M序列伪随机信号产生模块

M序列伪随机信号是由线性反馈移位寄存器产生的周期最长的二进制数字序列，也称最大长度线性反馈移位寄存器序列。M序列产生的原理框图如图3所示。异或门的输出状态（1或0）经三个移位寄存器逐级移位。异或门将S3与S1两级输出信号进行“异或”，作为反馈至S1 的输入。最后，经S3输出的即为T=7的M序列。M序列信号产生模块的前面板如图

4.

任意波产生模块

任意波的产生方式由三种：公式输入产生法、波形数据载入拟合法和鼠标绘制法，因此该部分包括公式波、数据载入拟合波和鼠标绘制波形三个子功能模块组成。 1. 公式波

公式波部分的功能是利用公式的产生任意波形，可以输入任何能用一个公式y=f(t)来表达波形的公式，在输入公式的同时，可以设定和调整所产生波形的频率、幅值及相位等属性值，从而改变公式波形。该模块利用LabVIEW函数库中的相关的公式波形产生节点（Formula Waveform.vi）来实现利用公式输入产生任意波形。公式波形产生模块前面板如图5 。

2. 数据拟合波形

在数据拟合波形模块中，要实现的功能主要有：能够读取文件数据并用插值法进行拟合绘制曲线，用户可以直接输入数据、增添数据、删除数据以及改变数据并运用样条差值对数据进行拟合产生曲线。当需要对波形进行修改是，可以通过对拟合数据的修改从而改变波形输出，进而实现对所产生的波形的控制，并能够对数据拟合点和进行差值运算后的波形进行保存。

在数据拟合波形模块的实现中用到的相关技术主要包括事件结构（Event Structure），在进行数据拟合时，主要利用了插值法来对数据点进行拟合。数据载入拟合波形模块的前面板如图6所示。

3．鼠标绘制波形

在鼠标绘制波形模块中，可以通过鼠标在波形绘制面板中手工绘制想要的波形。要实现的功能由：鼠标绘制曲线即鼠标移动轨迹曲线，能够清除波形、进行局部修改所画波形，能够对鼠标移动轨迹数据进行插值拟合，并能够对所画波形进行保存。

具体的画图设计通过一个循环来实现，在循环中读取活动鼠标的位置，并与上次循环的位置进行比较。如果有所不同，调用生成波形的子程序，在鼠标新的位置和原位置之间连线替换原波形。还设计了两种绘制方式：一种是按住鼠标左键不放，拖动鼠标，此时窗口中就会显示鼠标移动的轨迹；另一种就是通过点击鼠标左键来绘制，此时会把先后两次鼠标点击处用直线相连，呈现一条直线轨迹。鼠标绘制波形的前面板如图7所示。

数据输出模块

通过软件设计的任意波形发生器的软件系统能够在计算机内生成所希望的各种了理想波形信号。为验证该系统的实用性，需要将产生的数字信号送出计算机进行测试。数据输出模块是验证任意波形发生器所产生波形信号实用性的重要环节，以完善系统功能，使信号能够正常输出。论文选择用示波器来验证系统的可行性。

主模块

主模块主要用来协调管理标准波模块、任意波模块等各个模块，使个模块有机的组合联系进行系统联调，形成一个完整的任意波形发生器软件系统。在该功能的设计中，主要利用了event事件结构，把各功能模块作为事件结构的子VI进行调用运行，各模块通过一个主界面进行统一的操作控制。

主面板是整个软件部分的核心，主要完成的功能使调用各个子功能模块产生的各种波形信号。其主面板如图8所示。

作为工业产品特别是电力、电子产品的研制和生产领域中最为重要的测试设备之一，波形发生器的发展历史可以追溯到上世纪40年代。1943年惠普为海军研究实验室开发了第一台波形发生器，从而使得人们在测试设备时可以利用可控的信号源进行比较完善和安全的测试和测量。在随后的二十年间，波形发生器一直随着电子技术、计算机技术的发展而发展，几乎成为这些技术发展的一个缩影。从技术上看，波形发生器经历了由模拟式波形发生器、数字波形发生器到虚拟波形发生器的发展过程。 从四十到六十年代，波形发生器都是完全用以电子管工艺为基础的模拟电路搭建的，往往调节范围受到限制，因而划分为音频、高频、超高频、射频和微波等波形发生器，其信号的精度和可控性都不好，而且可产生的信号的种类很少，对于较复杂的信号，其电路都非常复杂，造成体积庞大不易移动。六七十年代，随着晶体管工艺的出现、大规模和超大规模集成电路的应用，数字电路在波形发生器中得到广泛的应用，从而大大提高了波形发生器的精度，减少了电路本身产生的噪声，体积也大为缩小。八十年代开始，计算机已在工业生活中逐渐占据重要位置，波形发生器也开始从纯粹的由分离原件搭建改为以微处理器为核心的集成系统，这时候的波形发生器已发生重大的变化。