基于Labview的信号模拟器的软件系统的设计.docVIP

1 引言 1.1 课题研究背景和研究意义---信号发生器的应用及发展 信号发生器是一种常用的信号源，它是一种为电子测量和计量工作提供电信号的设备，它和示波器、电压表、计数器等仪器一样是应用最广泛的电子仪器之一，几乎所有的电参量的测量都需要信号发生器。在各种实验应用和实验测试处理中，它不是测量仪器,而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要[7]。 信号源有很多种，包括正弦波信号源、函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成信号源等[11]。 早期的信号发生器主要是由模拟振荡电路构成，这种信号发生器输出的信号稳定度不高，用电位器调节给定的参数误差较大，不能担当复杂系统的调试与测试工作。1980年代出现了单片机，信号发生器逐渐向数字化发展，发展趋势是以单片机、DSP, CPLD,FPGA等可编程器件为平台，结合直接数字合成(DDS)技术，将合成后的信号通过D/A转换为模拟信号，再加上滤波电路而形成的数字信号发生器，它具有高精度、稳定性好、输出灵活的特点[4]。 自1960年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的波形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[8]。 自从1970年代微处理器的出现以后，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。 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。目前信号发生器的基础就是直接数字合成技术，用高速存储器做查询表，通过数字形式存入的波形，由高速数/模转换器产生所需的波形。 综上所述，不论是在军事、生产还是在科研与教学上，模拟信号发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，因此开发信号发生器具有重大意义[8]。 1.2 虚拟仪器 随着计算机技术、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨大的变化，虚拟测试技术引入了仪器领域。随着相关软件的不断诞生，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流[8]。 1986年，美国NI公司(National Instrument)提出了虚拟仪器的概念，提出了“软件即仪器”的口号，彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起仪器和自动化工业的一场革命，代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。简单的说，一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站，配上功能强大的应用软件、低成本的硬件(例如插入式板卡)及驱动软件，它们在一起共同完成传统仪器的功能[3]。 最初NI公司提出的虚拟仪器概念实际上是一种编程思想，这种思想可简单地表述为：一个VI可以由前面板、数据流框图和图标连接端口组成，前面板相当于真实物理仪器的操作面板，而数据流框图就相当于仪器的电路结构。随着现代测试水乎与仪器技术的发展，目前虚拟仪器概念已经发展成为一种创新的仪器设计思想，成为设计复杂测试系统和测试仪器的主要方法和手段[25]。先进的计算机总线技术有力地促进了虚拟仪器技术的发展，包括高速总线技术VXI(VMEbus eXtensions for Instrumentations) 、 PXI（PCI eRtensions for Instrumentations)USB (Universal Serial Bus)、IEEE 1934（Firewire)IVI （Interchangable Virtual Instruments)10倍以上，而且系统互换性和互操作性显著提高。未来的电子测试仪器除了拥有更强大和更完善的功能之外，体积将会更小，甚至可以移植到被测试的设备或电路中去，并且具有自我诊断、自我校准和自我感知的能力[16]。 1986年10月，美国NI