【正文】 ...........................................................................12 虛擬示波器的工作原理 .......................................................................12 虛擬示波器的工作流程 .......................................................................12 虛擬示波器軟件模塊設(shè)計(jì) ..............................................................................14 數(shù)據(jù)采集模塊 .......................................................................................14 測(cè)量模塊 ...............................................................................................18 第 4 章 系統(tǒng)的調(diào)試和程序顯示 ...................................................................................21 虛擬示波器的性能 ..........................................................................................21 虛擬示波器的操作界面 .......................................................................21 虛擬示波器總程序框圖 .......................................................................22 虛擬示波器波形顯示 ......................................................................................24 第 5 章 總結(jié)與展望 .......................................................................................................26 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................27 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致謝 .................................................................................................................................28 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 虛擬儀器概述 所謂的虛擬儀器，就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助用戶創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。 虛擬儀器的“虛擬”二字主要包含以下兩個(gè)方面的含義： 第一， 虛擬儀器的面板是虛擬的。 虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成 的功能是相同的。如由各種開關(guān)、按鍵、顯示器等實(shí)現(xiàn)儀器電源的：“通” 、 “斷”；被測(cè)信號(hào)的“輸入通道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)的設(shè)置；測(cè)量結(jié)果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是“實(shí)物”，而且是由“手動(dòng)”、“觸摸”、來(lái)進(jìn)行操作的，而虛擬儀器面板控件是外形與實(shí)物相象的“圖標(biāo)”，每個(gè)圖標(biāo)的“通”、“斷”、“放大”等，對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的軟件程序。這些軟件已經(jīng)設(shè)計(jì)好，我們只需選用代表該種軟件程序的圖形“控件”即可。因此，設(shè)計(jì)虛擬儀器前面板 ,就是在前面板設(shè)計(jì)窗口中擺放所需的圖標(biāo)，然后對(duì)圖標(biāo)的屬性進(jìn)行設(shè)置。 第二 ,虛擬儀器測(cè)量功能是通過(guò)對(duì)圖形化軟件流程圖的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 以 PC 計(jì)算機(jī)為核心組成的硬件平臺(tái)支持下，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的功能的。因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)不同測(cè)試功能軟件模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能，所以，在硬件平臺(tái)確定后，就有“軟件就是儀器”的說(shuō)法 [1]。 與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、易用、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性好等優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為： (1) 智能化程度高，處理能力強(qiáng)。虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器的軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于 儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 (2) 復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低。采用虛擬儀器技術(shù)，可以用相同的基本硬件構(gòu)建多種不同功能的測(cè)量系統(tǒng)。這樣形成的測(cè)量系統(tǒng)更靈活、更高效、更開放、更便宜。 (3) 可操作性強(qiáng)，靈活易用。虛擬儀器面板可由用戶定義，針對(duì)不同的應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作界面。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的多媒體處理能力使儀器操作變得更加直觀、簡(jiǎn)便、易于理解。此外，測(cè)量完成后可以顯示和打印所需的報(bào)表（或曲線），可以把測(cè)量數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享 [2]。 虛擬示波器研究的背景和意義 傳統(tǒng)臺(tái)式示波器是由儀器廠家設(shè)計(jì)并定義好功能的一個(gè)封閉結(jié)構(gòu)，它有特定的輸入 /輸出接口和儀器操作面板，具有波形顯示、參數(shù)測(cè)量等功能。當(dāng)要實(shí)現(xiàn)更多的測(cè)量功能時(shí)，就要配置更多的儀器，這給用戶的使用帶來(lái)諸多不便，并且傳統(tǒng)示波器的測(cè)量精度比較低，無(wú)法滿足高精度的測(cè)量要求。而且，傳統(tǒng)示波器缺乏相應(yīng)的計(jì)算機(jī)接口，配合數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理比較困難。 此外，傳統(tǒng)示波器體積相對(duì)龐大，制造成本比較高，這就增加了測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)成本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)得到飛快發(fā)展，虛擬示波器系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生。虛擬示波器系統(tǒng)由用 戶定義儀器功能，桌面整潔，操作條理，不但使測(cè)量人員從繁復(fù)的儀器堆中解放出來(lái)，而且具有測(cè)量精度高、測(cè)量速度快、系統(tǒng)組建時(shí)間短、可擴(kuò)展性強(qiáng)、技術(shù)更新快和儀器智能化等優(yōu)點(diǎn)。此外，虛擬示波器系統(tǒng)開發(fā)成本低，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理。 示波器、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀是科研機(jī)關(guān)、企業(yè)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室、大專院所的必備測(cè)量設(shè)備，而虛擬示波器系統(tǒng)集成了示波器、信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析模塊，具有很大的應(yīng)用價(jià)值，主要 有 ： (1) 可以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)基礎(chǔ)建設(shè)。虛擬示波器系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的完美結(jié)合 ，不僅提高實(shí)驗(yàn)儀器的技術(shù)含量，還符合實(shí)驗(yàn)室儀器儀表現(xiàn)代化的教學(xué)要求。 (2) 縮短測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。虛擬示波器系統(tǒng)提供良好的性能擴(kuò)展能力，用武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 戶可以通過(guò)自定義模塊快速開發(fā)出一整套測(cè)量系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的開發(fā)效率。 (3) 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)測(cè)量。有的測(cè)量環(huán)境十分惡劣，用傳統(tǒng)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)可能會(huì)使測(cè)量人員的人身安全受到威脅，用虛擬示波器系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)測(cè)量，使測(cè)量人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)環(huán)境。 (4) 儀器智能化。虛擬示波器系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量技術(shù)的完美結(jié)合，利用它可以實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)無(wú)人值守的參數(shù)測(cè)量、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存盤等功能，為數(shù) 據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量提供保障 [3]。 論文主要 工作 論文的目的是利用 LabVIEW 軟件設(shè)計(jì)一虛擬示波器，通過(guò)聲卡作為音頻信號(hào)的采集硬件，利用虛擬示波器顯示采集波形并完成波形分析等功能。具體設(shè)計(jì)要求如下： (1) 具有聲卡采集參數(shù)設(shè)定功能；具有錄音和重放功能；可以實(shí)現(xiàn)聲音數(shù)據(jù)的采集；能夠完成功率譜信號(hào)的顯示； (2) 聲音采集數(shù)據(jù)能夠儲(chǔ)存并根據(jù)需要調(diào)用 ； (3) 具有聲音信號(hào)濾波及處理功能 ； (4) 基于 LABVIEW 的聲卡虛擬示波器應(yīng)具有美觀實(shí)用的用戶界面。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 系統(tǒng) 的信號(hào)采集 聲卡的配置與連接 計(jì)算機(jī)的聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡，其 A/D 轉(zhuǎn)換功能已經(jīng)成熟，而且計(jì)算機(jī)無(wú)需添加額外配件便能完成所有音頻信號(hào)的采集功能，具有價(jià)格低廉、采樣精度高，與 LabVIEW 結(jié)合編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此，利用聲卡可以構(gòu)成一個(gè)較高采樣精度、中等采樣頻率、靈活性好的信號(hào)采集系統(tǒng)。 聲卡主要技術(shù)指標(biāo)有采樣位數(shù)、采樣頻率、頻率范圍和頻率響應(yīng)、基準(zhǔn)電壓等。 (1) 采樣位數(shù) 。 采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度。這個(gè)數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音就越真實(shí)。如今市面上所有的主流產(chǎn)品 都是16 位的聲卡，而一般的 數(shù)據(jù)采集卡大多也才有 12 位，因此，聲卡相較于常用的數(shù)據(jù)采集卡毫不遜色 [4]。 (2) 采樣頻率 。 采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對(duì)聲音信號(hào)的采樣次數(shù)，采樣頻率越高聲音的還原就越真實(shí)越自然。在當(dāng)今的主流民用聲卡上，采樣頻率一般共分 為 8 KHz 、 、 和 四個(gè)等級(jí)，少數(shù)可以達(dá)到 48 KHz 。對(duì)于 20Hz～ 20KHz 范圍內(nèi)的音頻信號(hào)，