摘要 在本次设计中,虚函数信号发生器是基于相位差来设计的。文中详细地介绍了如何设计发生器。虚拟函数信号发生器能产生基本波如正弦波,方波,白噪声等。除此之外，这个函数信号发生器还有波形显示和数据存储功能。 关键词 虚拟仪器 图形化编程软件 函数信号发生器
一 虚拟函数波形发生器的介绍
函数信号发生器是应用于很多领域。虚拟仪器是一种新型的具有特殊功能的仪器。虚拟函数信号发生器的设计包括详细的计算机硬件设计和特殊的软件设计。作为一个图形化编程语言的虚拟仪器，它是用来收集相位差、控制仪表和分析数据的。以下将会详细介绍如何利用虚拟仪器来设计虚拟函数信号发生器。
二 系统设计
根据函数信号发生器的工作原理,虚拟函数信号发生器是由四个部分来构成的。这四个部分包括属性设定、信号产生、波形显示和数据存储。
1.硬件系统设计
在本系统中,硬件面板分为属性设定面板(图1)和信息管理总体结构面板(图2)。第一部分属性设定主要包括输出信号的频率、幅值和取样等。这些属性可以通过属性设定面板来设定。信息管理系统总体结构主要是由上面提及的四部分和一些外部设备组成。 无水厕所 图1 属性设定面板 图2 信息管理总体结构面板
2.仪器的功能
虚拟函数信号发生器能产生基本波如正弦波、方波和噪音一样的特殊波形。信号的频率可以微调和粗调。发生器可以迅速地被重置，有时还可以被用作子仪器。另外发生器还有波形显示和数据存储功能。
三 软件设计
虚拟函数信号发生器的设计基于LabView 7.0的基础。其中有3个模块组成这个系统，属性的设置，波浪发电，波浪模块显示和保存。
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1.属性设计模块
频率设定和属性重置是此模块的两个重要组成部分。图3解析了如何改变频率值。节点的选用和多次巧妙的运用 使数据可以在多渠道中输入。通过开关按钮 然后选择数据。因此 频率控制 可设计成真正的工具。图4解析了如何迅速重置设置。
图3 频率控制 图4 属性重置
2.产生波形模块
波形产生模块是虚拟函数信号发生器的核心。结构就是用于完成这项工作。通过特殊的节点可以产生多种波形。例如，如何产生正弦波，图5做出了解析。其它的波形通过类似的方式产生。
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图5 产生正弦波电路图
3、波形显示模块与数据存储模块
事实上，波形显示与数据存储模块模块是一个综合多种功能的模块，其中包括为运行，应用调试，显示等功能。因为大量的操作都是在这个操作界面完成，因此，这个操作界面不仅要实用，而且要很完善 图6只解释了如何解决这些问题。
图6 设计总图
四 结论
作为图形化编程语言，LabVIEW是非常强大和快捷的工具，在测量和测试系统方面有很大的作用。基于Labview的虚拟函数信号发生器具有完善的界面，而且具有操作简便、快捷等优点。虚拟函数信号发生器具有产生多种类型信号的功能，而且输出的频率调节范围大，输出数据可以被保存。因此，它可以广泛应用。
五 进展及前景
波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够，与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激
励、通讯和仪器仪表领域。
波形发生器是随着不断进步的计算机技术和微电子技术在测量仪器中的应用而形成和发展起来的一类新型信号源。基于DDS技术的波形发生器具有输出频率稳定、准确，波形质量好和输出频率范围等一系列独特的优点，是波形发生器研究的一个重要方向。DDS技术是一种先进的频率合成技术，其主要优点是易于程控，相位连续，输出频率稳定度高，分辨率高。
早在20年代，当电子设备刚出现时，他就出现了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器成为定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测试脉冲电路或用作脉冲调试器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器的机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，（与数字仪器，示波器相比），因此发展比较缓慢。直到1964年才出现了第一台全晶体管的信号发生器。
自60年代以来，信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器、扫频信号发牛器、合成信号发牛器、程控信号发牛器等新种类。各类信号发牛器的性能指标也有了大幅度的提
高，同时在简化机械结构、小型化、多功能等各方面也有了显著的发展。
在70年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之问，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，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。同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。
在70年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩人，产生更加复杂的波形。这时期的波形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。
90年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它由HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发牛软件组成。HP8770A实际上也只能产生8中波形，而且价格昂贵。不久以后，Analogic公司推出混合罐
了型号为Data-2020的多波形合成器，Lecroy公司生产的型号为9100的任意波形发生器等。
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到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过GHz的DDS芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003年，Agilent的产品33220A能够产生17种波形，最高频率可达到20M，2005年的产品N6030A能够产生高达500MHz的频率，采样的频率可达1.25GHz。由上面的产品可以看出，函数波形发生器发展很快近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：
(1)过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。波形发生器通常允许州一系列的点、直线和同定的函数段把波形数据存入储器。同时可以利用一种强有力的数学方程式输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成v=f(t)形式的波形方程的数学表达式产生。从而促进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展，各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起到了推动作用。日前可以利用可视化编程语言（如Visual Basic，Visual C等等）编写任意波形发生器的软而板，这样允许从计算机显示屏上输入任意波形，米实现波形的输入。
(2)与VXI资源结合目前，波形发生器由独立的台式仪器和适用于个人计 算机的插卡及新近开发的VXI模块。由于VXI总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用VXI系统测量产牛复杂的波形，VXI的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发VXI模块的周期长，而．H．需要专门的VXI机箱的配套使州，使得波形发生器VXI模块仅限于航空、军事及国防等人型领域。在民用方面，VXI模块远远不如台式仪器更为方便。
(3)随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来。不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。而且外形尺寸与价格，都比过去的类做产品减少了一半。
早在1978年，由美国Wavetek公司和日本东亚电波工业公司公布了最高取样频率为5MHz，可以形成256点（存储长度）波形数据，垂直分辨率为8bit，主要用于振动、医疗、材料等领域的第一代高性能信号源，经过将近30年的发展，伴随着电子元器件、电路、及生产设备的高速化、高集成化，波形发生器的性能有了飞速的提高。变得操作越米越简单而输出波形的能力越米越强。波形操作方法的好坏，是由波形发生器控制软件质量保证的，编辑功能增加的越多，波形形成的操作性越好。
波形发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供所需要的己知信号（各种波形），然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它的应用非常广泛。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。
日前我国己经开始研制波形发生器，并取得了可喜的成果。但总的来说，我国波形发生器还没有形成真正的产业。就日前国内的成熟产品来看，多为一些PC仪器插卡，独立的仪器和VXI系统的模块很少，并且我国目前在波形发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。
当今世界在以电子信息技术为前提下推动了社会跨跃式的进步，科学技术的
飞速发展日新月异带动了各国生产力的大规模提高。由此可见科技已成为各国竞争的核心，尤其是电子信息技术更显得尤为重要，在国民生产各部门电子信息技
术得到了广泛的应用。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难到哪个领域没有单片机的踪迹。漫步
在繁华的现代化的大都市的大街上，随时都可以看到街上有很多可以用卡取钱的机器(ATM自动柜机)，十字路口的交通灯。我们的手机，我们家里数码电视机、数码音响、遥控器、空调、智能玩具。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了，给我们生活带来了处处方便。。..... 这些“高科技”看上去是如此的神秘，它到底是怎样构成的，它是通过什么样的程序和什么样的方式来完成这一系列指令的呢？让我们取钱更方便、避免城市的交通混乱和交通阻塞。其实这也是用单片机来控制的，单片机在我们生活中触手可及，它是如此地贴近我们的生活，单片机给我们的生活带来的有如此多的便利。单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。科技越发达，智能化的东西就越多，使用的单片机就越多。看来学单片机是社会发展的需求。
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