削中变形和应力集中在参与切削的切削刃上，而在远离切削刃处逐渐减小，这和实际相符，在设计时应着重于切削刀齿部分的设计，提高刀具强度，通过强度分析发现，由于材料采用了高速钢，当前的拉削厚度下，刀具满足强度要求；（2）通过前6阶模态分析发现模态频率高，振幅大，振动剧烈，引起共振时，刀具会很快断裂，但是加工中拉削速度较低，所以对刀具的影响不大。参考文献：［1］孙铜生，许德章，唐铃凤.滑片式压缩机卸荷过程的静态特性建模与仿真［J］.中国机械工程，2011，22（20）：2419－2422.［2］邹凯，宋立权，赵学科，等.基于MATLAB的滑片压缩机运动学数值分析［J］.压缩机技术，2011（5）：1-3.［3］张志奇.对键槽拉胎导套设计的改进［J］.煤矿机械，2003，24（11）：103-104.［4］何枫，翟小安.方型拉刀容屑槽的形状及其磨削［J］.工具技术，2013，47（4）：47-49.［5］吴文光，朱如鹏.基于Workbench的斜齿轮固有特性分析［J］.机械传动，2010，34（4）：54-56.［6］石强，潘玉田，方东旭，等.典型深孔内螺旋槽的数控拉削加工［J］.煤矿机械，2014，35（4）：102-104.作者简介：孙伏（1969-），女，陕西富平人，硕士，副教授，研究方向为CAD/CAM及先进制造技术，电子信箱：sunf2620@163.com.责任编辑：武伟民收稿日期：2015－01－111111111111111111111111111111111111111111111110引言信号发生器是一种在电学实验以及仪器检测中广泛使用的设备，它可以产生多种信号波形，并按需调节其输出信号幅值、相位等参数。传统信号发生器种类繁多，价格昂贵，而且仪器功能固定单一，基于虚拟仪器技术的实验室则能够实现这一要求。虚拟仪器（VI）结合了测试技术与计算机技术，由软件实现信号采集、分析处理、结果显示等功能。LabVIEW是美国国家仪器公司（NI）制造的一个进行虚拟仪器开发的平台。与标准的实验室仪器相比，LabVIEW提供了更大的灵活性，其功能强大的图形编程语言能够提高编程的效率。LabVIEW运行基于数据流的原理，简单易学。本文介绍一种基于LabVIEW的虚拟函数信号发生器。该仪器界面设计友好，功能全面，操作方便，并且通过硬件部分可实现虚拟信号的实际外部输出。基于LabVIEW的虚拟信号发生器的设计与实现张达，王冠男（哈尔滨理工大学，哈尔滨150080）摘要：介绍一种基于LabVIEW的虚拟函数信号发生器，该仪器功能完善，实用性强、便捷性好。能够产生实验室常用的基本波形、电子测试中常用的扫频波形，并且可以通过输入公式产生特殊信号波形。信号的频率、幅值等参数可按需调节。再配合数据采集卡及必要的外部放大电路等硬件设备，可实现虚拟信号的实际外部输出。将实际产生信号接入数字示波器检验后，与虚拟波形具有较好的一致性。该仪器稳定、灵活、可靠，可用于实验室及电子测量等领域。关键词：虚拟仪器；函数信号发生器；LabVIEW；数据采集卡中图分类号：TM935；TP39文献标志码：A文章编号：1003－0794（2015）05－0273－03DesignandRealizationofVirtualSignalGeneratorBasedonLabVIEWZHANGDa，WANGGuan-nan（HarbinUniversityofScienceandTechnology,Harbin150080,China）Abstract:IntroducesavirtualsignalgeneratorbasedontheLabVIEW,it’sfullyfunctional,practicalandconvenient.Thegeneratorisnotonlyabletoproducebasicfunctionwaveswhicharecommoninthelaboratory,butalsocanproducespecialwaveswhichareessentialintheelectronictests,likethesweeping?frequency?waveandarbitrarywaveform.Parametersofthissystemcanbechangedaccordingtotherequirement.What’smore,connectingwithDAQ(DataAcquisitionCard)andnecessaryexternalamplifiercircuit,theactualsignaloutputisrealized.Afterputtingtheoutputsignalintodigitaloscilloscope,wefindwave-displayisconsistentwiththevirtualsignal.Theequipmentisstable,flexibleandreliable,canbeusedinthelaboratoryandelectronicmeasurement,etc.Keywords:virtualinstrument;functionsignalgenerator;LabVIEW;DAQ煤矿机械CoalMineMachineryVol.36No.05May.2015第36卷第05期2015年05月doi:10.13436/j.mkjx.201505114273

第36卷第05期Vol.36No.05基于LabVIEW的虚拟信号发生器的设计与实现———张达，等1仪器的设计与实现本虚拟函数信号发生器基于LabVIEW软件平台，根据常见信号发生器的功能要求，仪器设计原理如图1所示。图1设计原理图设计思路：①通过软件部分,实现输出波形种类的多样化，创建友好界面并且相关参数可调；②通过硬件部分，实现虚拟波形的实际外部输出。1.1软件部分软件设计是虚拟函数信号发生器设计的核心。LabVIEW程序由2部分构成：前面板和后面板框图程序前面板是用户与仪器接口，用于用户向程序中输入各种控制参数和显示输出信号波形。在前面板中，使用了开关、旋钮、水平填充滑动杆、数值输入控件、波形表图、选项卡等。主要由以下几个部分组成：①信号的频率、幅值、相位、采样信息，方波占空比、任意波公式输入等设置；②波形显示部分。通过波形图表控件实时显示生成的波形；③选项卡。用于实现不同信号产生模块之间切换。（1）信号产生模块的设计主要由LabVIEW软件编程完成，包括3个模块，即基本波形产生模块、任意函数波形产生模块和扫频波信号产生模块。本文重点介绍后2个模块。①任意函数波形产生模块该模块应用“波形生成”子模块中的“公式波形节点”，从而产生一些其他测试领域的特殊信号，该节点可通过公式字符串指定要使用的时间函数，创建输出波形，公式是用于生成信号输出波形的表达式。在前面板切换到任意波选项卡，在公式输入框中输入公式，即可输出指定的任意波形。②扫频波信号产生模块扫频信号是指频率随着时间变化,在一定的频率范围内反复扫描，而振幅恒定的正弦信号。它有若干种不同的扫频规律（频率由高到底、由低到高等）。采用如下设计方法：将2个波形生成VI相连，使锯齿波形生成VI的信号输出作为正弦波形生成VI的频率输入。首先选择[波形生成]中的锯齿波形与正弦波形，分别将其各个参数即频率、幅值、相位、直流偏移量以及采样信息分别连接输入控件，以实现各个参数的设定与调节,再将锯齿波形的信号输出接入正弦波形的输入频率端口,就能在正弦波形的信号输出端口获得扫频波,扫频范围0~5MHz。本文在设计程序时运用“簇”，使程序变得整洁.将各个不同类型的输入元素共同放在簇中，然后按“名称解除捆绑“，即可返回指定名称的簇元素。上述3个模块中都利用了DAQmx，DAQmx是NI数据采集设备的驱动程序。利用自带的DAQ助手，创建NI-DAQmx运行任务，物理通道选用AO1,AI0。通过while循环结构，可实现信号连续采集与输出。将以上各个信号产生模块的信号输出与DAQ数据采集程序相结合，即可实现各模块信号波形的实际外部输出，以扫频波为例，如图2所示。图2DAQmx数据采集程序与扫频信号产生模块的结合（2）虚拟函数信号发生器的总体实现将基本函数波形产生模块、任意函数波形产生模块、扫频波形产生模块一起作为主程序条件结构的3个分支，在前面板用选项卡实现各模块之间的切换,即完成了该信号发生器的总体实现。1.2硬件部分针对现有虚拟信号发生器大都只停留在软件层面,没有实现信号的外部输出，实际应用价值较小等缺陷，因此本文设计了硬件部分。将LabVIEW软件编程与软件硬件部分相结合，可实现虚拟信号的实际外部输出，使其能够发挥实际应用。硬件部分是该虚拟仪器实现信号实际输出的基础，包括I/O接口设备以及必要的放大电路。I/O设备本文选用USB-6009的数据采集卡。（1）数据采集卡计算机产生的数字信号由USB线输出后，通过采集卡上的D/A转换部分及调理电路后输出。USB-6009采集卡模拟输入和模拟输出分辨率分别为14bits与12bits，并有8路单端模拟输入通道，2路模拟输出通道；采样率48kS/s，模拟输出电压的范围为0~5V。基于LabVIEW的虚拟信号发生器软件部分硬件部分信号输出波形产生参数可调DAQmx编程数据采集卡外部放大电路274

第36卷第05期Vol.36No.05基于LabVIEW的虚拟信号发生器的设计与实现———张达，等在实际信号波形输出的过程中，由于受到数据集卡采样率性能限制，由奈奎斯特采样定律：信号最高频率必须小于采样频率的2倍，采集的信号才不会失真。故当信号频率＞24kHz时，将产生失真。若使用者对采样频率要求较高，可通过选用更高性能数据采集卡实现。（2）放大电路由于该性能数据采集卡只能输出电压0~5V，变化范围较小。可根据实际需要，搭建一个放大电路以增大输出信号幅度范围，如图3所示。放大电路主要由电压跟随器、差分比例运算电路2部分组成。前者用于提高带负载能力，后者将采集卡输出的0～5V电压降低到-2.5～+2.5V，然后放大。图3外部放大电路设计原理图用户可以根据需要，改变滑动变阻器的阻值，从而调节放大电路的放大倍数。通过数据采集卡及该放大电路，可实现虚拟信号的实际外部输出。1.3系统性能指标输出频率范围/MHz0~5输出相位可任意调节输出幅值范围（未接放大电路）/V0~5偏移量（未接放大电路）/V-2.5~2.5最大采样率/kS·s－1482仿真与实现（1）波形仿真本信号发生器所产生的信号（选取任意信号、扫频波信号）的前面板波形显示如图4所示。（2）波形测试为检验输出波形是否正确，取任意波和正弦波接入数字示波器，波形如图5所示。3结语（1）仪器功能强、产生信号种类多；（2）仪器界面设计友好，前面板具有波形种类可选择、相关输出参数可调的优点；（3）与数据采集卡结合及外部放大电路结合，可实现信号的实际外部输出，且输出波形与仿真波形具有较好的一致性。（a）任意波信号（sin（100*t）^2+sin（100*t）^3）（b）扫频波信号图4仿真波形（a）任意信号（b）正弦信号图5任意波和正弦波波形参考文献：［1］蔡国英，张宏群.基于LabVIEW的信号产生与分析系统［J］.国外电子测量技术，2007（7）：12-14.［2］林静，林振宇，郑福仁.LabVIEW虚拟仪器程序设计从入门到精通［M］.北京：人民邮电出版社，2013.［3］潘逢群，杨建桥，郑恩让．基于LabVIEW的虚拟滤波器的设计与实现［J］.电子测量技术，2012，35（3）：78-81.［4］张黎，蔡亮.基于LabVIEW的虚拟信号发生器的设计与实现［J］.国外电子测量技术，2014，33（1）：82－85.作者简介：张达（1994-），山西原平人，本科，通信工程专业，电子信箱：seemenn@163.com；通讯作者：王冠男.责任编辑：武伟民收稿日期：2015－02－05VEE12VVCCVEE12V2.5VR4R110.0kΩR2R510.0kΩ50%差分比例运放器A4211150kΩKey=A50kΩKey=AR6R3LM324ADLM324AD电压跟随器B3-12V-12VVDDVDD10.0kΩ10.0kΩ45671121.81.61.41.210.80.60.40.2010.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1幅值幅值任意波示波器扫频波示波器275