摘 要：介紹了基于LabVIEW的模擬調(diào)制虛擬實(shí)驗(yàn)儀的設(shè)計(jì)，該實(shí)驗(yàn)儀采用層次化、模塊化的設(shè)計(jì)方案，可進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等模擬調(diào)制方式的波形仿真。具有多個(gè)參數(shù)可調(diào)，調(diào)制前后時(shí)域波形及頻譜在四個(gè)波形窗口同時(shí)顯示等功能。仿真結(jié)果表明各種調(diào)制特點(diǎn)明顯、直觀。 關(guān)鍵詞：LabVIEW;虛擬儀器;模擬調(diào)制 [b][align=center]Design of analog modulation experiment instrument based on LabVIEW Yu,Bo Liu,Xiang-lou Han,Jian[/align][/b] Abstract：The design of analog modulation experiment instrument based on LabVIEW is introduced. Based on the design thought of module and layer, the instrument can simulate the waveform of amplitude modulation, frequency modulation and phase modulation. Its several parameters can be adjusted and it has four waveform display windows. Simulation results show that the characteristic of each analog modulation is obvious。 Key Words: LabVIEW; Virtual Instrument; analog modulation 1 引 言 　　虛擬儀器技術(shù)是測(cè)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它由計(jì)算機(jī)、相應(yīng)的硬件（如數(shù)據(jù)采集卡、輸入/輸出卡等）和相應(yīng)的軟件開發(fā)平臺(tái)（如LabVIEW）構(gòu)成。虛擬儀器的功能主要由軟件實(shí)現(xiàn)，不僅能執(zhí)行傳統(tǒng)儀器的功能，還能執(zhí)行傳統(tǒng)儀器無法實(shí)現(xiàn)的許多功能。 　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, 實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是美國(guó)國(guó)家儀器公司開發(fā)的最具影響力的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)之一，是一種基于圖形編程（G語言）的開發(fā)環(huán)境。主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域，利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器。其圖形化的界面，眾多的函數(shù)庫和高級(jí)的分析程序使得編程和使用過程都更加直觀、簡(jiǎn)便。 　　本文介紹以LabVIEW為軟件平臺(tái)，基于層次化、模塊化編程方法的模擬調(diào)制虛擬實(shí)驗(yàn)儀的設(shè)計(jì)。 2 模擬調(diào)制虛擬實(shí)驗(yàn)儀的設(shè)計(jì) 　　調(diào)制通常分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩大類。在模擬調(diào)制中，調(diào)制信號(hào)是模擬信號(hào)，主要可分為普通調(diào)幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）、單邊帶調(diào)幅（SSB）、頻率調(diào)制（FM）、相位調(diào)制（PM）等。LabVIEW程序由前面板程序和框圖程序兩部分組成。LabVIEW的前面板，就像是一臺(tái)電子儀器的操作面板;而框圖程序就是安裝在儀器內(nèi)部的功能電路。 　　2.1 前面板設(shè)計(jì) 　　本實(shí)驗(yàn)儀的前面板設(shè)計(jì)如圖1所示。該設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了LabVIEW的特長(zhǎng)，把5種模擬調(diào)制方式集成到一個(gè)統(tǒng)一的交互操作界面中，構(gòu)成了一臺(tái)模擬調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)儀。前面板可分為兩大部分，即顯示部分和控制部分。顯示部分放置了4個(gè)顯示器，可實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)和已調(diào)信號(hào)的波形及頻譜的同時(shí)顯示，從而給出了調(diào)制前后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜結(jié)構(gòu)的直觀對(duì)比，這是一般普通電子儀器無法實(shí)現(xiàn)的�？刂撇糠职垂δ芊譃轭愋瓦x擇、頻率選擇、顯示控制、調(diào)制指數(shù)調(diào)整及停止按鈕等。通過類型選擇，不僅可實(shí)現(xiàn)5種調(diào)制方式的切換，還可從正弦、三角波、方波、鋸齒波中選定調(diào)制信號(hào)波形。需要說明的是，在顯示控制部分，為了觀察方便、波形特征明顯，用戶可很容易地改變時(shí)域信號(hào)顯示的周期數(shù)、頻域顯示范圍等參數(shù)。另外，前面板采用邊框修飾，按功能進(jìn)行了分類指示，使得前面板美觀大方、可操作性強(qiáng)。 [align=center] 圖1 模擬調(diào)制實(shí)驗(yàn)儀前面板[/align] 　　2.2 程序框圖設(shè)計(jì) 　　（1） 主程序設(shè)計(jì) 　　程序框圖與前面板的聯(lián)系是十分緊密的，前面板的控制、顯示等部件分別作為控制模塊和輸出顯示模塊出現(xiàn)在程序框圖中，這同樣與真實(shí)儀器的面板與內(nèi)部功能電路的關(guān)系是相類似的。為了使在實(shí)驗(yàn)儀在運(yùn)行中可以動(dòng)態(tài)地改變各參數(shù)而獲得實(shí)時(shí)的結(jié)果，運(yùn)行后程序處于不斷循環(huán)之中，直至用戶停止，即全部程序都處于一個(gè)While Loop（Function>>Structures>>While Loop）結(jié)構(gòu)之中，程序總框圖如圖2所示。循環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)部是case（Function>>Structures>>Case）結(jié)構(gòu)，把Enum（對(duì)應(yīng)于前面板Control>>Ring & Enum>>Enum所選擇的控制量）按調(diào)制類型賦予AM、DSB、SSB、FM、PM等5個(gè)備選值，從而可選擇其一進(jìn)入不同的調(diào)制類型模塊。 　　各種調(diào)制類型常常有一些相同的控制參數(shù)，比如5種調(diào)制類型中均有載波頻率這一控制量，若在前面板設(shè)置5個(gè)控制量顯然不便操作，也不夠簡(jiǎn)潔。本設(shè)計(jì)采用了創(chuàng)建Local Variable（本地變量）的方法來解決這一問題。例如首先設(shè)定“載波頻率（kHz）”數(shù)值控制模塊，用其來控制AM調(diào)制的載波頻率。當(dāng)其它調(diào)制類型需要用相同控制量時(shí)，首先用鼠標(biāo)右擊該控制模塊，選擇Create>>Local Variable得到本地變量;然后再右鍵擊此本地變量選擇Change To Read，最后把此本地變量與需控制的端口相連接，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)控制量同時(shí)控制兩種調(diào)制類型的載波頻率。按此方法類推，便可達(dá)到用一個(gè)控制量同時(shí)控制更多端口的目的。 [align=center] 圖2 模擬調(diào)制實(shí)驗(yàn)儀程序框圖[/align] 　�。�2） 子程序設(shè)計(jì) 　　為了使主框圖程序看起來更加清晰和整潔，對(duì)每種調(diào)制類型都編寫了具有類似輸入和輸出端口的調(diào)制子程序。本虛擬儀器可實(shí)現(xiàn)5種模擬調(diào)制的仿真實(shí)驗(yàn)，從而需要5個(gè)對(duì)應(yīng)的子程序模塊，現(xiàn)以DSB調(diào)制為例對(duì)子程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 [align=center] 圖3 DSB子程序結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　圖3中載波信號(hào)是以Sine Waveform.Vi （Function模板-Signal Processing子模板）為核心模塊，結(jié)合屬性設(shè)置而產(chǎn)生。而調(diào)制信號(hào)則采用Basic Function Generator.vi（Function模板-Waveform Generator子模板）為核心模塊產(chǎn)生，該模塊可選擇調(diào)制信號(hào)為正弦波（Sine Wave）、三角波（Triangle Wave）、方波（Square Wave）和鋸齒波（Sawtooth Wave），這使得波形仿真結(jié)果更豐富。FFT變換模塊是以Amplitude and Phase Spectrum.vi （Function模板- Signal Processing子模板）為核心模塊產(chǎn)生。為更加方便地控制時(shí)域和頻域顯示，還分別設(shè)計(jì)了的顯示控制模塊，其目的是使波形顯示更為清晰地反映該調(diào)制方式的波形特點(diǎn)。 　　DSB子程序（此處命名為DSB_sub_new.vi）設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行子程序模塊封裝。封裝過程是，首先在前面板放置需要對(duì)外連接的輸入控制量或輸出量;然后在其前面板右上角右擊圖標(biāo)，選擇Show Connector，并可再次右擊連接器（Connector），選擇Remove Terminal或Add Terminal對(duì)端口進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h除或增加;最后用鼠標(biāo)點(diǎn)擊連接器上的某一端口，再點(diǎn)擊前面板上相應(yīng)的某一輸入量或輸出量，實(shí)現(xiàn)該量的端口連接，以此類推。實(shí)際上該過程就像把具有某一功能電路板的輸入、輸出線引出來。封裝后的DSB子程序模塊如圖4所示。 [align=center] 圖4 DSB子程序模塊[/align] 　　2.3 仿真實(shí)例 　　實(shí)例1： DSB仿真波形如圖5所示。參數(shù)設(shè)定為：調(diào)制類型選為DSB，調(diào)制信號(hào)為Sine Wave（正弦波）;調(diào)制信號(hào)頻率為1kHz，載波頻率為40kHz;基帶頻譜范圍為2kHz，顯示調(diào)制信號(hào)周期個(gè)數(shù)為2，已調(diào)頻譜細(xì)化倍數(shù)為4。 [align=center] 圖5 DSB調(diào)制仿真實(shí)例圖[/align] 　　實(shí)例2：FM仿真波形如圖6所示。參數(shù)設(shè)定為：當(dāng)調(diào)制類型選為FM，調(diào)制信號(hào)為Triangle Wave（三角波）;調(diào)制信號(hào)頻率為2kHz，載波頻率為60kHz;基帶頻譜范圍為20kHz，顯示調(diào)制信號(hào)周期個(gè)數(shù)為1，已調(diào)頻譜細(xì)化倍數(shù)為1。 [align=center] 圖6 FM調(diào)制仿真實(shí)例圖[/align] 3 結(jié)束語 　　LabVIEW作為一種G語言，廣泛應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域的虛擬儀器開發(fā)。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，充分利用了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算、調(diào)用和顯示能力。利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的模擬調(diào)制虛擬實(shí)驗(yàn)儀，發(fā)揮了虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)，具有改變參數(shù)容易、可操作性強(qiáng)、仿真結(jié)果特征明顯等特點(diǎn)。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 周井玲, 吳國(guó)慶. 基于LabVIEW的振動(dòng)采集系統(tǒng)開發(fā)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息. 2004, 20（9）:37-38. 　　[2] 韓郁, 蔣宇中, 晏裕春. 基于LabVIEW的DQPSK調(diào)制解調(diào)電路的虛擬實(shí)現(xiàn)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2005, 21（12）: 43-45. 　　[3] 洪煥鳳,林明星. 基于虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2005, 24（12）: 84-86. 　　[4] 雷振山. LabVIEW7 Express 實(shí)用技術(shù)教程[M]. 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 2004. 　　[5] LabVIEW使用指南[M]. 美國(guó)國(guó)家儀器有限公司.