基于Lab VIEW的双通道信号发生器设计与实现

温晓行，顾启民，杨云飞，徐惠钢，谢启

（常熟理工学院电气与自动化工程学院，江苏常熟 215500）

基于Lab VIEW的双通道信号发生器设计与实现

温晓行，顾启民，杨云飞，徐惠钢，谢启

（常熟理工学院电气与自动化工程学院，江苏常熟 215500）

以虚拟仪器技术为核心，借助于计算机资源并结合高性能数据采集卡等硬件，采用Lab VIEW软件开发平台设计了一款双通道信号发生器.双通道信号发生器通过PCI-6289数据采集卡的D/A通道输出波形信号，可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声信号与任意公式波，具有参数设置、功能选择、信号输出时域波形监测与参数存储等功能.实际运行表明，该信号发生器具有功能强大、频带范围宽、界面友好、使用更为方便等优点，避免了传统信号发生器只能产生基本波形的不足，具有良好的应用前景.

信号发生器；虚拟仪器技术；数据采集卡

信号发生器在电子测量与自动化控制领域中应用非常广泛，它不但可以产生不同频率的正弦波、方波、三角波、锯齿波信号，其输出的幅值和直流偏置也可以根据需要进行调节.信号发生器种类繁多，传统的信号发生器一般只能产生几种简单、常规的波形.对于一些复杂与特殊的应用场所，要求可以输出任意的波形、所产生的信号参数可以通过程序进行控制，国内外生产的一些高档仪器能够实现此功能，但是其价格昂贵，而且所提供的功能大都由厂家定义，用户不能进行二次开发，不能较好的满足用户的需求[1-6].本文通过Lab VIEW图形化虚拟仪器软件开发平台，借助于计算机资源结合高性能数据采集卡等硬件，设计了一款双通道信号发生器，可以产生和显示正弦信号、三角波、方波、锯齿波及公式波信号.

1 信号发生器总体设计

本文设计的信号发生器可以实现如下功能：

（1）双通道信号发生器可以产生正弦信号、三角波、方波、锯齿波信号，具体可以实现以下功能：频率范围为0.001 Hz～100 KHz；幅值范围为0～10 V；直流偏置范围为0～2.25 V；通过软件可调整幅值、相位与频率；调整后系统无须重新启动便可继续运行；在产生的信号中可以加入高斯噪声；当两个通道都选择产生正弦信号时，信号发生器可对产生的两个通道的正弦信号分别计算有效值及它们之间的相位差.

（2）双通道信号发生器可以产生任意公式波信号.操作人员可以通过信号发生器的前面板编辑或输入公式，从而输出相应的波形信号.

信号发生器功能实现框图见图1.

信号发生器的设计与功能实现以当前在测试测量领域中广泛应用的虚拟仪器技术为核心来构建，为了满足信号发生器实现上述功能的要求，本设计选用美国国家仪器有限公司的基于PCI总线的高精度多功能数据采集卡PCI-6289来产生与输出对应的信号.PCI-6289数据采集板卡具有4路模拟输出通道，对应的D/A转换器分辨率为16位，信号输出的更新率为2.86 MS/s.该数据采集卡的模拟输出通道可以根据实际产生的信号幅值对参考电压的大小进行编程，其对应的精度范围如表1所示.

图1 信号发生器功能实现框图

2 信号发生器软件实现

图2 信号发生器总体软件流程图

表1 PCI-6289数据采集卡模拟输出通道可编程参考电压及相应的精度范围

本文设计的双通道信号发生器运用了Lab VIEW虚拟仪器图形化软件开发平台所提供的丰富的信号产生函数，再结合选择结构、循环结构等来产生和显示正弦信号、三角波、方波、锯齿波及公式波信号.信号发生器的总体软件流程图如图2所示.

信号发生器能够通过通道1、通道2分别产生正弦波、三角波、方波、锯齿波或公式波信号.两个通道产生的信号在同一个示波器（Graph）中显示波形，但彼此互不干扰.每个通道可以对波形参数（如频率、幅值、直流偏置等）进行单独控制，而且在产生的信号中可以加入高斯白噪声.信号发生器在实际使用过程中，可以对采样信息，频率，幅值以及相位参数等进行调节控制，调整波形参数后无需重新启动即可以选择产生输出正弦信号、方波信号、三角波信号、锯齿波信号或公式波信号.另外，方波还可以控制占空比.当选择产生公式波信号时，可以通过信号发生器前面板输入相应的公式，从而得到相应的波形信号.信号发生器的前面板如图3所示.

信号发生器的前面板上的示波器（Graph）用来显示通道1与通道2产生的信号波形，通过前面板上的通道1和通道2的参数设置控件可以分别设置信号的幅值、频率、相位、信号类型，加入噪声的相关信息（种类、幅值）以及采样的相关信息（采样点数、采样频率等）.通过显示控件输出信号的有效值与相位差（正弦信号）.如果设置的参数不对，程序就会自动报错提示用户重新设置参数.

通过前面板中的“signal type”可以来选择产生输出正弦信号、方波信号、三角波信号、锯齿波信号或公式波信号.调节“频率”、“幅值”、“相位”、“直流偏置”和“占空比”来实现波形参数的变化，当波形选择为“Formula Wave”时，会在前面板上显示出公式输入的框图，输入公式后在示波器（Graph）中得到相应的波形信号.通过“高斯噪声ON/OFF”来选择是否加入高斯噪声，以及“高斯种类”来改变高斯噪声的类型（默认的种类为-1）.最后通过“退出”按钮来退出程序.信号发生器功能实现的程序框图如图4所示.信号发生器实际产生的信号效果如图5所示.

图3 信号发生器前面板

图4 信号发生器程序框图

3 结论

本文以虚拟仪器技术为核心，借助于计算机资源和高性能数据采集卡等硬件，采用Lab VIEW软件开发平台设计了一款双通道信号发生器.双通道信号发生器的设计充分利用了Lab VIEW软件开发平台的强大功能，通过PCI-6289数据采集卡的D/A通道输出波形信号.所开发的双通道信号发生器已在低压电器测试测量领域成功投入使用，实际运行表明：（1）信号发生器具有的功能强大、频带范围宽，可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声信号与任意公式波；（2）信号发生器的界面友好，前面板具有参数设置、功能选择、信号输出时域波形监测等功能；（3）信号发生器具有参数存储的功能，使用更为方便；（4）信号发生器的精度高、性能稳定、抗干扰能力强，操作简单、维护简单，具有一定的应用前景.

图5 信号发生器实际产生信号效果图

[1]李宋.基于Lab VIEW虚拟信号发生器的设计[J].南昌工程学院学报，2011，30（6）：23-26.

[2]屈尔庆.基于Lab VIEW的信号发生器的设计[J].现代电子技术，2010（11）：106-107.

[3]贺良华，王洪亮，王洪雷.基于Lab VIEW的虚拟信号发生器的研究与实现[J].计算机测量与控制，2009，17（9）：1866-1868.

[4]马艳艳，王莉莉，白凤娥.基于Lab VIEW7.1多功能信号发生器的设计[J].太原理工大学学报，2008，39（6）：599-602.

[5]吕庭，谢启，顾启民，等.一种高精度正弦信号源的设计[J].常熟理工学院学报，2008，22（10）：58-61.

[6]梁丹，张念.基于Lab VIEW平台的虚拟信号发生器的设计[J].广西轻工业，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

苏州市科技计划项目“低压电器产品智能化测试与系统集成关键技术研究”（SGZ2012062）；常熟市科技计划项目“低压电气终端控制设备柔性测试技术研究”（CQ201215）

温晓行，实验师，研究方向：电气自动化，E-mail：wenxx@cslg.edu.cn.