设计性实验
以下 2 个试验为设计性实验，实验一作为作业完成并上交程序，上交作业的程序只要求
完成实验要求中 2.1要求的内容，实 验要求中 2.2 的内容及实验二可以作为有兴趣的同学练
习。
实验一 超低频信号发生器的设计
1．引言
信号发生器在测量中应用非常广泛，它可以产生不同频率的正弦信号、方波、三角波、
锯齿波等，其输出的幅值和直流偏置也可以根据需进行调节。
信号发生器种类繁多，专用信号发生器是专门为某种特殊的测量而研制的，如电视信
号发生器、编码脉冲信号发生器等；通用信号发生器按输出波形可分为正弦信号发生器、脉
冲信号发生器、函数发生器和噪声发生器等，其中正弦信号发生器最具普遍性和广泛性。
本实验通过编写适当的 LabView 程序，实现一个超低频信号发生器，希望学生学习一
些用虚拟仪器设计软件通过适当的硬件实现虚拟信号发生器的知识。
2．实验要求
2.1 请用 LabVIEW 设计、制作一个超低频信号发生器。该信号发生器可以产生正弦信号、
三角波、方波、锯齿波信号。指标如下：
频率范围：0.001Hz～10Hz
幅值：0～2V，可选
直流偏置：0～2.25V，可选
2.2 请选择合适的数／模转换硬件板卡或者模块，用 LabView 的信号发生函数产生模拟信
号。该信号发生器可以产生正弦信号、三角波、方波、锯齿波信号。指标如下：
频率范围：0.001Hz～100Hz
幅值：0～2V，可选
直流偏置：0～2.25V，可选
3．实验提示
3.1 软件开发环境可采用虚拟仪器开发环境 LabView。
3.2 LabView 的数字信号处理模板也包含信号发生函数进入 Functions 模板 Analyze》Signal
Processing 子模板。其中 Signal Generation（信号发生）用于产生数字特性曲线和波形。
图 91
LabVIEW 信号处理函数子模板
3.3 具有数模转换功能的板卡或者模块可以被用来作为仪器硬件实现模拟信号的输出，如美
国国家仪器公司(NI)以及台湾研华等有多种可选择的基于 PCI 的板卡，国内多家公司开发的
基于 USB 的数据采集和数模转换模块等。这些板卡和模块一般都提供 LabVIEW 的驱动程
序。选择硬件时要选择具有模拟信号输出通道的板卡或模块，重点要考虑的参数有模拟信号
数据通道的信号输出范围、数模转换的精度、模拟信号输出的频率等。有兴趣的同学还可以
查阅资料自己设计数据采集和数模转换模块。
4．注意事项
1． 输出的模拟信号幅度不要超出所选择硬件的输出信号幅度。
5．参考文献
[1]刘君华主编.基于 LabView 的虚拟仪器设计.北京：电子工业出版社，2003。
[2]陆绮荣主编.电子测量技术.北京：电子工业出版社，2003。
[3]LabJack U12 User’s Guide, LabJack Corporation, Version1.03,2002。
[4]李念强等，虚拟双通道任意波形发生器的设计方法，自动化与仪器仪表，
2001,No.4,p2022
[5]王宏，虚拟仪器技术及虚拟示波器和信号源的构建，兰州铁道学院学报，
Vol.19,No.3,2000,6,p5961
[6]陈客松，一种虚拟仪器概念的任意波形发生器的研制，仪表技术，2000，No.6,p1113
6．附录
6.1 信号发生器面板设计示例
面板设计要求具有开关、频率选择旋钮、频段选择按钮、波形选择按钮、直流偏置电
压选择旋钮、波形幅度旋钮等，同时还要有产生波形的频率显示以及波形显示。如下图。
进一步的设计还可以包括占空比选择旋钮、初始相位选择旋钮等。
如果选择的硬件具有两路模拟信号输出通道，有兴趣的同学可以设计两路信号发生器。
图 9－2 用 LabVIEW 设计的信号发生器面板示例
7．思考题
① 如何改进该信号发生器的设计使输出信号幅度不受选定数模转换硬件能输出信号幅度
的限制？
② 如果要求信号发生器可以输出任意波形，如何改进信号发生器的设计？
实验二 网络化虚拟远程开关控制器的设计
1．引言
随着网络带宽的不断提高，网络化虚拟测控系统将是自动测控系统的发展方向。将因
特网和计算机软硬件产品相结合，把网络技术和虚拟仪器相结合，构 成网络化虚拟仪器系统
是虚拟仪器的发展方向之一。
Internet 的出现和爆炸式的增长、网络技术更新之快令人目不暇接。基 于 TCP/IP 的网络
化智能仪器通过嵌入式 TCP/IP 软件，使现场变送器或仪器直接具有 Intranet/Internet 功能。
他们与计算机一样，成为了网络中的独立节点，很方便地就能与最近的网络通信电缆直接连
接，直接将现场测试数据上网。这样测试数据就可以通过网络实现数据共享。
网络化虚拟仪器改变了以往测试技术的面貌，可以使用户远程监控测控过程和试验数
据，实时性非常好；通过网络，一个用户可以远程监控多个过程，而多个用户也能同时对一
个过程监控；通过网络，我们能够有效地远程控制仪器设备，在任何地方采集，在任何地方
分析，在任何地方显示。网络化虚拟仪器将随着网络技术的发展而进一步发展。
本实验通过网络化虚拟远程开关控制器的制作，希望学生学习一些对网络化虚拟仪器
的设计的知识。
2．实验要求
2.1 请设计、制作一个远程电灯开关控制器。远程客户通过 TCP/IP 协议遥控服务器端
所连接开关状态（闭合或断开）来控制电灯的亮灭。
3．实验提示
3.1 可以基于 TCP/IP 协议采用 Client/Server 模式（客户／服务器模式）来进行设计，
通常集散控制系统多采用这种结构。它一般有多个客户端来采集数据，而通常有一个服务器
充当数据库的角色，客户端通过通信协议把测试数据写入到远程服务器数据库。需要分两部
分设计，一个是客户端数据采集程序和数据远程发布程序的设计，一 个是客户端数据接收程
序的设计。
3.2 服务器端编程时需要监听 TCP 连接请求的到来，并不断扫描指定的 TCP 端口，查
看客户端的写入命令，根 据这个命令是断开开关还是闭合开关而执行相应的操作，程序结束
时关闭连接。
4．注意事项
1、必须首先运行服务器端的程序，后运行客户端的程序。
5．参考文献
[1]刘君华主编.基于 LabView 的虚拟仪器设计.北京：电子工业出版社，2003。
[2]陆绮荣主编.电子测量技术.北京：电子工业出版社，2003。
[3]姜志玲等，虚拟仪器的网络化，微计算机应用，Vol.24,No.1,2003,1,p1618
[4]龚海燕等，网络化虚拟仪器，实用测试技术，2003，No.3，p3739
[5]杨春燕等，网络测量系统及组建，电测技术，Vol.37,No.414,2000,p2729
[6] 朱孝勇等 ， 基于网络的远程虚拟仪器及其应用 ， 江苏大学学报 ，
Vol.24,No.3,2003,p7983
[7] 何岭松等， 基于 WEB 的网络化虚拟仪器技术及应用， 中国机械工程，
Vol.13,No.9,2002,p759761
6．思考题
① 通过浏览器／服务器模式(B/S 模式) 是否可以实现相同的虚拟开关控制器？
② 如何用 DataSocket 技术实现功能相同的虚拟开关控制器？
