傅少琪 宣鑫璐 郦泱泱 冯家龙 龙春晓
绍兴文理学院 浙江 绍兴 312000
摘 要：虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。本设计将虚拟仪器技术用于信号发生器的设计。该系统具有产生正弦波、方波、三角波、锯齿波及PWM波的功能，能够调节一定范围内的频率、周期、占空比等参数。本文介绍了信号发生器的相关理论，给出了信号发生器的基本原理框图，在分析本系统功能需求的基础上，介绍了Labview、STM32的编程模式中所涉及到的技术问题。本设计是虚拟仪器模拟真实仪器的尝试，实践证明虚拟仪器是一种优秀的解决方案，能够实现各种硬件可以完成的任务。
关键词：Labview上位机；stm32下位机；串口通讯；信号发生器
本设计是虚拟仪器模拟真实仪器的尝试，实践证明虚拟仪器是一种优秀的解决方案，能够实现各种硬件可以完成的任务。如果运用虚拟仪器技术构建系统，代替常规仪器、仪表，不但可以满足实验教学的需要、节约大量的经费、降低实验室建设成本，而且能够提高教学科研的质量与效率。
1 总体设计结构
首先完成上位机与下位机实现各自基础功能的程序，上位机实现基础波形的输出，频率等参数可调，并配置好串口，利用串口助手模拟下位机，实现与下位机的通信；下位机利用串口接收上位机数据，通过DA输出。
2 系统模块设计
2.1 Labview上位机
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首先在Labview程序框图中找到基本函数发生器，在我们需要的参数的端口点击右键创建输入控件，如图2-1所示，需要注意的是显示波形的波形图需要在前面板中得到。
不过这只是信号发生器的雏形，想要将波形信号输出到下位机还需要用到VISA串口，在此次设计中使用到VISA串口配置：用来配置串口的波特率等参数；VISA写入：将波形数据写入串口输出；VISA关闭：关闭串口。但是波形信号是一个动态信号，我们需要将动态信号转化成为数组，再将数组转换成字符串输入到VISA写入的写入缓冲区，因为在Labview的程序框图中正好有将动态信号转换成数组，将数组转换成字符串的函数，而且VISA写入只能写入字符串，因此我们将动态的波形数据进行如上的处理。
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2.2 STM32下位机
要实现下位机DA输出波形，首先要接收上位机输出的字符串数据，将字符串数据通过串口接收，存储到一个变量中，再将变量存储到数组中，这样就可以将输入的字符串存储到数组中，并且可以随时调用，实现了上位机与下位机的通信。定义好数组长度，当接收数据长度等于定义长度时，标志位赋值为1，进入中断，然后开始处理数据。对得到的数据进行处理，用公式对频率等参数进行赋值，并通过DA输出选择的波形。
3 信号发生器系统调试
3.1 模块调试
(1)Labview上位机调试
Labview的上位机调试主要是输出波形的调试以及与下位机串口通信的调试，我们暂时使用虚拟串口和串口助手来进行相关的调试。首先打开虚拟串口，设置COM1与COM2相连，然后串口助手选择COM1端口，Labview前面板操作界面的VISA资源名选择COM2端口，设置波特率为115200，这样就能够让串口助手与Labview实现通信，模拟实现了上位机与下位机的通信。
(2)STM32下位机调试
连接好串口及ST-LINK仿真器，打开keil程序进行调试，同时打开Labview上位机，选择正确串口并运行，在keil中选择msg及msg_buff两个数组观察是否接收到正确的数据。上位机选择频率为10Hz，幅值为1V的三角波输出，观察数组接收到的数据是否准确。
3.2 整体集成调试
首先连接好上位机与下位机的串口，运行上位机程序，从示波器中观察波形是否与上位机输出的数据一致，下面给出调试结果：
(1)上位机输出频率为100HZ，占空比为50%，幅值为1V的方波，从示波器观察下位机输出的波形，得到的为赋值≈1V，频率=100HZ，占空比=50%的方波，改变占空比=80%，下位机的输出占空也相应改变。成功实现方波。
(2)上位机输出频率为100HZ，占空比为50%，幅值为1V的三角波，在示波器上得到相应的波形，改变频率为2Khz，幅值为2V,下位机输出波形也相应改变，三角波成功实现。
(3)正弦波，在集体调试正弦波时，我们看到正弦波底部有些许失真，可能是偏移量没有控制好，我们将生成正弦波的函数修改成如下图所示的样子，将偏移量由加上2047即二分之一的4095来实现。
4 结论
本设计将虚拟仪器技术用于信号发生器的设计。该系统具有产生正弦波、方波、三角波、及PWM波的功能，能够调节一定范围内的频率、周期、占空比等参数。将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。
参考文献：
[1] 周大鹏，常峰，何光普.基于虚拟仪器的函数信号发生器设计[J].乐山师范学院学报，2009，24（5）：34-35
[2]刘连生，王海兵.基于虚拟仪器信号发生器设计与实现[J].中国明航大学学报，2007，25（7）：122-123
[3]曹会国.基于Labview的虚拟仪器VI（virtual instrument）及应用[J].潍坊学院学报，2005，5（3）：14-15