一. 实验目的：

1. 灵活运用LabVIEW的编程，设计出一套虚拟函数信号发生器，能够产生实验室常用的正弦波、三角波、方波、锯齿波信号及白噪声和多频波任意公式波等。

2. 利用LabVIEW信号分析与处理工具，对所产生的信号做自相关分析，积分，微分分析及相应的频谱分析等。

二. 实验工具/器材

安装LabVIEW编程软件的计算机一台。

三. 实验原理

1.对话框

One Button Dialog单按钮对话框， 默认按钮名为OK;

Two Button Dialog 双按钮对话框，默认按钮名分别为OK和Cancel;

Three Button Dalog 三按钮对话框，默认按钮名分别为Yes. No和Cancel;

Display Message to User Express VI,可以配置对话框显示内容和按钮个数。

图19 对话框程序框图控件图

2. Graph图

Waveform Graph可以有多种数据输入类型：一维数组，二维数组，簇，簇数组，波形数据。

一维数组作为输入：当输入数据为一维数组时， Waveform Graph直接将一维数组画成一条曲线，纵坐标为数组元素的值，横坐标为数组索引。

二维数组作为输入:当输入数组为二维数组时，缺省情况下每一行的数据对应一条曲线，即曲线的数目和行数相同。

簇作为输入：簇作为输入时需要指定三个元素：起始位置x0、数据点间隔dx和数组数据。

簇数组作为输入：一维簇数组也可以直接作为Graph的输入，此时相当于x0为0， dx为1。

图20 图标控件图

3.数据信号生成

波形发生函数可以用来模拟产生需要的各种波形。LabVIEW有两个信号发生函数面板，其中Waveform Generation用于产生波形数据类型表示的波形信号， Signal Generation用于产生一维数组表示的波形信号。

图21 Waveform Generation

4.数据信号处理

信号调理的目的是尽量减少干扰信号的影响，提高信号的信噪比，它会直接影响到分析结果。因此一般来说它是信号分析前需要的必要步骤。常用的信号调理方法有滤波、放大和加窗等。信号调理相关函数面板位于Functions Palette的Signal Processing I Waveform Conditioning面板下。

图21 波形调理选板

4.数字滤波器

滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器。传统模拟滤波器的输入与输出都是连续的。而数字滤波器的输入与输出都是离散时间信号。

数字滤波器具有如下好处：软件可编程，因此易于搭建和测试、只需要加减乘三种基本数学操作、不随外界环境条件变化而漂移，也不会老化、有非常高的性价比

LabVIEW提供的IIR滤波器类型有Butterworth、 Chebyshev、 Inverse Chebyshev、 Elliptic和Bessel滤波器。它们都有各自的特点，用途也不尽相同。

LabVIEW还提供了高级IIR和FIR滤波器子面板。在高级面板中，滤波器的设计部分和执行部分是分开的。由于滤波器的设计很费时间，而滤波过程则很快。在含有循环结构的程序中，可以将滤波器的设计放在循环外，将设计好的滤波器参数传递到循环内，在循环内进行滤波，从而提高程序的运行效率。

图21 滤波器选板

三．实验内容

1.设计要求

灵活运用LabVIEW中的信号发生模块，设计出一套虚拟函数信号发生器，能够产生实室常用的正弦波、三角波、方波、锯齿波信号及白噪声和多频波任意公式波等各种信号波形。利用LabVIEW信号分析与处理工具，对设计好的虚拟信号发生器所产生的信号，做自相关分析，积分，微分分析及相应的频谱分析等多重分析与处理。

2.设计步骤和内容

（1）信号发生器初始波形的生成

使用选择结构、Express控件的波形生成函数，使用数值输入信号的幅度、相位、频率的设置。

图22 信号发生器初始波形的程序框图

（2）波形的调制

采用选择结构和Express控件的波形生成函数，根据调幅信号的原理，载波信号乘初始信号得到调幅信号，使用数值输入更改载波与初始信号的频率、相位、幅度，使用组合框更改载波和初始的种类（正弦波、三角波、方波、锯齿波等）。

图22 波形调制的程序框图

（3）添加噪声

采用选择结构和波形生成函数添加，高斯白噪声、均匀噪声、随机噪声等噪声，并且设置相关数值输入更改各个噪声的相关特性，使用组合框更改噪声类型。

图23 噪声添加的程序框图

（4）滤波器

采用选择结构和滤波器函数设计低通、带通、高通滤波器，同时滤波器的用分为切比雪夫、椭圆、贝塞尔等滤波器。

图23 滤波器程序框图

（5）数据处理

采用选择结构和Express控件的微分、积分等函数，以及频谱、自相关函数设计数据处理模块。

图24 数据处理程序框图

（6）其他模块

设计了信号发生器的工作报警模式，在工作时进行提示，防止操作人员因操作不当而产生触电危险。另外设计了信号发生器显示面板的可调模式，方便观察频谱等相关设置。

图25 工作报警程序框图

图26 显示面板程序框图

四．实验结果

图27 实验设计整体前面

本设计主要实现了信号发生器的波形生成、波形调制、对产生的信号添加噪声、滤波（切比雪夫、椭圆、贝塞尔等）去除噪声，对信号进行数字信号处理等过程，同时还增加了工作报警等功能，可以说是比较全面的实现了信号发生器的功能。

五．心得与体会

本次实验较为全面的实现了信号发生器的设计，该信号发生器能够提供不同的信号、对信号进行调制、添加噪声、滤波，信号处理等各种各样的功能，并且这些功能可以说是全面且强大的，比如滤波器分为低通、带通、高通滤波器，每一个类型里面又分为切比雪夫、椭圆、贝塞尔等多种类型的滤波器。本次实验设计相比于前两次设计实验而言，可以说是功能最多，设计最复杂的，也是耗时最久的，这也是一步一步实际经验不段积累的过程，使得自己的设计经验不断增加。

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