摘 要：介紹了基于LabVIEW的模擬調制虛擬實驗儀的設計，該實驗儀采用層次化、模塊化的設計方案，可進行調幅、調頻、調相等模擬調制方式的波形仿真。具有多個參數可調，調制前后時域波形及頻譜在四個波形窗口同時顯示等功能。仿真結果表明各種調制特點明顯、直觀。 關鍵詞：LabVIEW;虛擬儀器;模擬調制 [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 　　虛擬儀器技術是測控技術和計算機技術相結合的產物，它由計算機、相應的硬件（如數據采集卡、輸入/輸出卡等）和相應的軟件開發平臺（如LabVIEW）構成。虛擬儀器的功能主要由軟件實現，不僅能執行傳統儀器的功能，還能執行傳統儀器無法實現的許多功能。 　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, 實驗室虛擬儀器工程平臺）是美國國家儀器公司開發的最具影響力的虛擬儀器開發平臺之一，是一種基于圖形編程（G語言）的開發環境。主要應用于儀器控制、數據采集、數據分析和數據顯示等領域，利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器。其圖形化的界面，眾多的函數庫和高級的分析程序使得編程和使用過程都更加直觀、簡便。 　　本文介紹以LabVIEW為軟件平臺，基于層次化、模塊化編程方法的模擬調制虛擬實驗儀的設計。 2 模擬調制虛擬實驗儀的設計 　　調制通常分為模擬調制和數字調制兩大類。在模擬調制中，調制信號是模擬信號，主要可分為普通調幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調幅（DSB）、單邊帶調幅（SSB）、頻率調制（FM）、相位調制（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，就像是一臺電子儀器的操作面板;而框圖程序就是安裝在儀器內部的功能電路。 　　2.1 前面板設計 　　本實驗儀的前面板設計如圖1所示。該設計充分發揮了LabVIEW的特長，把5種模擬調制方式集成到一個統一的交互操作界面中，構成了一臺模擬調制的綜合實驗儀。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個顯示器，可實現調制信號和已調信號的波形及頻譜的同時顯示，從而給出了調制前后信號的時域波形和頻譜結構的直觀對比，這是一般普通電子儀器無法實現的。控制部分按功能分為類型選擇、頻率選擇、顯示控制、調制指數調整及停止按鈕等。通過類型選擇，不僅可實現5種調制方式的切換，還可從正弦、三角波、方波、鋸齒波中選定調制信號波形。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域信號顯示的周期數、頻域顯示范圍等參數。另外，前面板采用邊框修飾，按功能進行了分類指示，使得前面板美觀大方、可操作性強。 [align=center] 圖1 模擬調制實驗儀前面板[/align] 　　2.2 程序框圖設計 　　（1） 主程序設計 　　程序框圖與前面板的聯系是十分緊密的，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在程序框圖中，這同樣與真實儀器的面板與內部功能電路的關系是相類似的。為了使在實驗儀在運行中可以動態地改變各參數而獲得實時的結果，運行后程序處于不斷循環之中，直至用戶停止，即全部程序都處于一個While Loop（Function>>Structures>>While Loop）結構之中，程序總框圖如圖2所示。循環結構內部是case（Function>>Structures>>Case）結構，把Enum（對應于前面板Control>>Ring & Enum>>Enum所選擇的控制量）按調制類型賦予AM、DSB、SSB、FM、PM等5個備選值，從而可選擇其一進入不同的調制類型模塊。 　　各種調制類型常常有一些相同的控制參數，比如5種調制類型中均有載波頻率這一控制量，若在前面板設置5個控制量顯然不便操作，也不夠簡潔。本設計采用了創建Local Variable（本地變量）的方法來解決這一問題。例如首先設定“載波頻率（kHz）”數值控制模塊，用其來控制AM調制的載波頻率。當其它調制類型需要用相同控制量時，首先用鼠標右擊該控制模塊，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，實現了一個控制量同時控制兩種調制類型的載波頻率。按此方法類推，便可達到用一個控制量同時控制更多端口的目的。 [align=center] 圖2 模擬調制實驗儀程序框圖[/align] 　　（2） 子程序設計 　　為了使主框圖程序看起來更加清晰和整潔，對每種調制類型都編寫了具有類似輸入和輸出端口的調制子程序。本虛擬儀器可實現5種模擬調制的仿真實驗，從而需要5個對應的子程序模塊，現以DSB調制為例對子程序的設計進行簡要介紹。 [align=center] 圖3 DSB子程序結構圖[/align] 　　圖3中載波信號是以Sine Waveform.Vi （Function模板-Signal Processing子模板）為核心模塊，結合屬性設置而產生。而調制信號則采用Basic Function Generator.vi（Function模板-Waveform Generator子模板）為核心模塊產生，該模塊可選擇調制信號為正弦波（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）為核心模塊產生。為更加方便地控制時域和頻域顯示，還分別設計了的顯示控制模塊，其目的是使波形顯示更為清晰地反映該調制方式的波形特點。 　　DSB子程序（此處命名為DSB_sub_new.vi）設計完成后，對其進行子程序模塊封裝。封裝過程是，首先在前面板放置需要對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，選擇Show Connector，并可再次右擊連接器（Connector），選擇Remove Terminal或Add Terminal對端口進行適當的刪除或增加;最后用鼠標點擊連接器上的某一端口，再點擊前面板上相應的某一輸入量或輸出量，實現該量的端口連接，以此類推。實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 仿真實例 　　實例1： DSB仿真波形如圖5所示。參數設定為：調制類型選為DSB，調制信號為Sine Wave（正弦波）;調制信號頻率為1kHz，載波頻率為40kHz;基帶頻譜范圍為2kHz，顯示調制信號周期個數為2，已調頻譜細化倍數為4。 [align=center] 圖5 DSB調制仿真實例圖[/align] 　　實例2：FM仿真波形如圖6所示。參數設定為：當調制類型選為FM，調制信號為Triangle Wave（三角波）;調制信號頻率為2kHz，載波頻率為60kHz;基帶頻譜范圍為20kHz，顯示調制信號周期個數為1，已調頻譜細化倍數為1。 [align=center] 圖6 FM調制仿真實例圖[/align] 3 結束語 　　LabVIEW作為一種G語言，廣泛應用于儀器控制、數據處理等領域的虛擬儀器開發。虛擬儀器與傳統儀器相比，充分利用了現代計算機技術強大的數據運算、調用和顯示能力。利用虛擬儀器技術開發的模擬調制虛擬實驗儀，發揮了虛擬儀器的優點，具有改變參數容易、可操作性強、仿真結果特征明顯等特點。 參考文獻： 　　[1] 周井玲, 吳國慶. 基于LabVIEW的振動采集系統開發[J]. 微計算機信息. 2004, 20（9）:37-38. 　　[2] 韓郁, 蔣宇中, 晏裕春. 基于LabVIEW的DQPSK調制解調電路的虛擬實現[J]. 微計算機信息, 2005, 21（12）: 43-45. 　　[3] 洪煥鳳,林明星. 基于虛擬儀器的實驗教學[J]. 實驗室研究與探索, 2005, 24（12）: 84-86. 　　[4] 雷振山. LabVIEW7 Express 實用技術教程[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2004. 　　[5] LabVIEW使用指南[M]. 美國國家儀器有限公司.