【正文】 中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書基于聲卡的虛擬示波器設(shè)計(jì)摘要當(dāng)今的世界正以一種前所未有的速度發(fā)展著，科技的發(fā)展更是日新月異。計(jì)算機(jī)擁有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，故而成為人們生活中必不可少的一部分。本文正是利用計(jì)算機(jī)所具有的不可代替的邏輯運(yùn)算能力，使得實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的開發(fā)變?yōu)榭赡埽碚撋峡梢栽O(shè)計(jì)出基于聲卡的虛擬示波器。雖然傳統(tǒng)儀器得到迅猛的發(fā)展，精度越來越高，功能越來越強(qiáng)，性能越來越好，但傳統(tǒng)儀器仍然是由廠家設(shè)定好的封閉結(jié)構(gòu)，有固定的輸入輸出和儀器操作面板。每種儀器實(shí)現(xiàn)一種特定的功能，并以確定的方式提供給用戶。我國(guó)的高檔儀器主要依賴進(jìn)口，因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)的技術(shù)水平還不夠成熟，沒有達(dá)到世界先進(jìn)水平，所以試圖研究一種簡(jiǎn)單方便、成本低又能夠滿足需求的虛擬示波器是非常有必要的。聲卡的性能指標(biāo)已經(jīng)非常成熟，擁有非常優(yōu)越的A/D轉(zhuǎn)換性能，再加上LabWindows/CVI的強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)和驅(qū)動(dòng)庫(kù)，使得研制虛擬示波器變得更加方便和靈活。本文利用計(jì)算機(jī)聲卡代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)采集卡，設(shè)計(jì)了一種雙通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器。由于聲卡所能承載的最大電壓是1V，通過聲卡的采集的輸入信號(hào)只能限定在1V以內(nèi)。在這個(gè)前提下，量化精度是16位。基于聲卡的虛擬示波器通過計(jì)算機(jī)的I/O接口—聲卡采集到需要測(cè)量的信號(hào)，通過軟件編程對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、分析、顯示，可以通過計(jì)算機(jī)的顯示器觀察到設(shè)計(jì)的面板，并且可以通外接設(shè)備（如鼠標(biāo)或鍵盤）對(duì)事先設(shè)計(jì)好的面板進(jìn)行操作，達(dá)到替代傳統(tǒng)儀器的目的。關(guān)鍵詞：虛擬儀器、虛擬示波器、聲卡、LabWindowsThe Design of a Virtual Oscilloscope Based on Sound CardABSTRACTWe are living in a world developing in a speed never seen before, and the development of technology changes with new day. So far, people cannot live without puters because of their powerful processing capacity. What we use in this paper is the logically puting power of puters which is irreplaceable, so it makes it possible to develop virtual instruments or a virtual oscilloscope at last. Though traditional instruments have reached a new level, and they have got high precision, better function and performance. However, traditional instruments always cannot get rid of close structure, fixed I/O and operation panel. In addition, every instrument offers a fixed function to users in a set way. In our country, we import top grade instruments because we have not grasp this technology which is advanced in the world. So it is necessary to develop a simple and cheap virtual oscilloscope. People have done a lot about PC card which can transform analog signal to digital signal in a unexceptionable mode. Together with powerful function library and drive library, it bees more convenient and versatile. In this paper, we design a twochannel stored digital oscilloscope making use of Sound card instead of traditional data acquisition card. In fact, 1V is the maximum voltage that Sound card can stand, so we must limit the input voltage under 1V. If the instrument works properly, its sample frequency can reach KHz, and its quantification precision is 16 bits. The virtual oscilloscope collect signal from puter input PC card, and calculate, process, display the signals, and users can operate the panel with external device(mouse or keyboard) just like using traditional oscilloscope. Key Words：Virtual Instrument, Virtual Oscilloscope, PC card, LabWindows目 錄1 引言 1 課題研究背景及意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 本文的主要研究?jī)?nèi)容 3 主要章節(jié)安排 4 本章小結(jié) 42 LabWindows/CVI編程環(huán)境的介紹 5 LabWindows/CVI簡(jiǎn)介 5 創(chuàng)建用戶界面 5 添加相應(yīng)代碼 7 本章小結(jié) 73 虛擬示波器的模塊化設(shè)計(jì) 8 信號(hào)采集模塊 8 波形顯示模塊 9 頻譜分析模塊 10 波形調(diào)節(jié)模塊 11 信號(hào)存儲(chǔ)模塊 20 其他功能模塊 21 本章小結(jié) 214 虛擬示波器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 22 光標(biāo)功能驗(yàn)證 22 頻率精度及范圍驗(yàn)證 25 移動(dòng)功能驗(yàn)證 30 32 本章小結(jié) 335 總結(jié) 35參 考 文 獻(xiàn) 36致 謝 381 引言 課題研究背景及意義虛擬儀器技術(shù)是以各專業(yè)學(xué)科知識(shí)為應(yīng)用背景，以計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)為核心，把傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)值分析技術(shù)有效整合在一起的現(xiàn)代測(cè)試技術(shù),是目前自動(dòng)測(cè)試與電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)發(fā)展的重要方向[1,2]。它基于個(gè)人電腦的測(cè)控設(shè)備或系統(tǒng)，通常由計(jì)算機(jī)、測(cè)控電路模塊和專門應(yīng)用軟件組成，通過人機(jī)交互來完成對(duì)信號(hào)的采集、分析、處理和顯示。虛擬儀器具有性能高、功能強(qiáng)、操作方便、自動(dòng)化程度高、開發(fā)周期短以及易于實(shí)現(xiàn)軟硬件的系統(tǒng)集成和構(gòu)建多用途的測(cè)控系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)[3]。其主要任務(wù)是通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件與儀器硬件有機(jī)結(jié)合一起，將以前需硬件實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)通過軟件來實(shí)現(xiàn)，完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的采集、分析、處理、判斷及顯示等一系列功能。由于虛擬示波器擁有了靈活、迅速和低成本等優(yōu)點(diǎn)，使得它逐漸代替了傳統(tǒng)的臺(tái)式儀器[4]。20世紀(jì)70年代，由于個(gè)人電腦技術(shù)的出現(xiàn)，人們開始考慮用電腦來處理傳統(tǒng)儀器測(cè)試的數(shù)據(jù)；20世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，計(jì)算機(jī)主板上有了多個(gè)擴(kuò)展槽，并出現(xiàn)了插在計(jì)算機(jī)里的數(shù)據(jù)采集卡，這樣的系統(tǒng)已經(jīng)可以進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集工作，將采集到的數(shù)據(jù)直接由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理，這就是虛擬儀器技術(shù)的雛形[5]。憑借電腦強(qiáng)大的運(yùn)算及分析能力，配合相關(guān)的硬件及軟件，組合成自己所需的各種儀器，對(duì)一些信號(hào)(如周期信號(hào))進(jìn)行處理，這正是虛擬儀器的興起[6]。虛擬示波器是虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用，它使用下位機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，通過接口電路傳輸數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，再借助強(qiáng)大的監(jiān)控軟件模擬示波器的操作面板，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、分析、處理、存儲(chǔ)、顯示、打印輸出等功能[7,9]。世界上第一塊聲卡——魔音卡，是由創(chuàng)新公司董事長(zhǎng)沈望傅先生發(fā)明的。這只聲卡在當(dāng)時(shí)引起了一場(chǎng)轟動(dòng)。有的人認(rèn)為，這是一個(gè)很好的開端，因?yàn)镻C終于可以“說話”了，并聯(lián)想到將來多媒體PC的模樣；但另有一些人卻認(rèn)為，這只是一場(chǎng)鬧劇(因?yàn)楫?dāng)時(shí)的聲卡根本不能夠發(fā)出很真實(shí)的聲音)。但是，10年過后，正如前者所預(yù)料的，多媒體PC成了現(xiàn)今的標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)人都能利用自己的PC來聽CD、玩有聲游戲、通過Iphone等網(wǎng)絡(luò)電話來交談，幾乎每一樣事情都和PC音頻發(fā)生關(guān)系?，F(xiàn)在看起來，PC如果沒有了聲卡，也就沒有了繽紛多彩的多媒體世界[10]。聲卡是計(jì)算機(jī)與外部環(huán)境聯(lián)系的重要途徑，作為數(shù)據(jù)采集卡來使用，聲卡可以采集音頻范圍內(nèi)的信號(hào)。麥克風(fēng)輸入的信號(hào)和喇叭輸出的信號(hào)都是模擬信號(hào)，而計(jì)算機(jī)所能識(shí)別和處理的信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)，聲卡的作用之一就是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換[11]。聲卡的組成部分主要包括：聲音控制/處理芯片，聲音輸入輸出端口和功放芯片等，其中集成了采樣保持、音效處理、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換等電路的聲音控制/處理芯片是聲卡的核心，它對(duì)聲卡的性能和檔次起到了決定的作用，具有聲波采樣處理MIDI指令和回放控制等基本功能，有些聲音控制/處理芯片還加進(jìn)了合聲、混響、音場(chǎng)調(diào)整等功能[12]。目前，在多數(shù)院校的電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，常用的仍然是功能固定的臺(tái)式示波器。對(duì)于一所高等院校而言，臺(tái)式示波器成本很高，而且對(duì)于剛接觸的學(xué)生來講，既難以調(diào)試，又容易損壞，使用起來極其不方便,而虛擬示波器是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的資源使本來需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化，以便最大限度的降低系統(tǒng)成本，同時(shí)提高系統(tǒng)的靈活性[13]。虛擬示波器具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)由于虛擬示波器的內(nèi)容豐富，人機(jī)界面好，可以減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。(2)提高實(shí)驗(yàn)效率，降低教學(xué)成本，參數(shù)輸入簡(jiǎn)便，結(jié)果顯示明確。(3)借助虛擬示波器把儀器與計(jì)算機(jī)相連接，可以充分利用實(shí)驗(yàn)資源[14]。示波器是科研機(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，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。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