【正文】 即是儀器” 。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點之一，有了這一點，儀器的開發(fā)和換代時間將大大縮短。這樣，當用戶從一個項目轉(zhuǎn)向另一個項目時，就能簡單地構(gòu)造出新的 VI系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。 (1）傳統(tǒng)儀器的面板只有一個，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。同時，還可以根據(jù)要求和操作需要來設計儀器面板。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 9 (5）虛擬儀器開放、靈活，與計算機同步發(fā)展，與網(wǎng)絡及其他周邊設備互聯(lián)。 表 11 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器 開發(fā)維護費用低 開發(fā)維護費用高 技術(shù)更新周期短（ ～ 1 年） 技術(shù)更新周期短（ 5～ 10 年） 軟件是關(guān)鍵 硬件是關(guān)鍵 價格低 價格昂貴 開放、靈活與計算機同步，可重復用和重配置 固定 可用網(wǎng)絡聯(lián)絡周邊各儀器 只可連有限的設備 自動化、智能化、多功能、遠距離傳輸 功能單一，操作不便 虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成 虛擬儀器是基于計算機的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 10 采 集 與 控 制插 入 式 數(shù) 據(jù) 采 集 板G P I B 儀 器V X I / P X I 儀 器R S 2 3 2 儀 器數(shù) 據(jù) 分 析 和 處 理數(shù) 字 信 號 處 理數(shù) 字 濾 波統(tǒng) 計 分 析數(shù) 值 分 析結(jié) 果 顯 示網(wǎng) 絡 通 信硬 盤 拷 貝 輸 出文 件 I / O圖 形 用 戶 接 口 圖 12 虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分 對于傳統(tǒng)儀 器，這三個部分幾乎均由硬件完成；對于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實現(xiàn)。以美國 NI 公司的軟件產(chǎn)品 LabVIEW 和 LabWindows/CVI 為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺是當前流行的集成化開發(fā)工具。但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當難度的。 LabVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。 傳統(tǒng)的文本式編程是一種順序的設計思路，必須寫出執(zhí)行的語句。 基于 LabVIEW 平臺的虛擬儀器程序設計 所有的 LabVIEW應用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖 (Block Diagram)以及圖標 /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分。在 流程圖中對 VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。 (3）圖標 /連接設計：這部分的設計突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設計的思想。 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 12 數(shù)據(jù)采集卡 在當今高速發(fā)展的時代，人們對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求也越來越高，數(shù)據(jù)采集領域正在發(fā)生著重要的發(fā)展與變化。 數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標 (1）采樣頻率 采樣頻率的高低，決定了在一定時間內(nèi)獲取原始信號信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。如果增加到十二位，代碼數(shù)從 8 增加到 212=4096，這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號數(shù)字化表示。電壓取值范圍從 0 到 10V，增益為 50， 則理想分辯電壓是： 1210 V50 * 2V ? μ (5） I/O 通道數(shù) 該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號路數(shù)。將切換進入采集卡的信號放大至需要的量程內(nèi)。 (4） A/D 轉(zhuǎn)換器。 數(shù)據(jù)采集 卡 的現(xiàn)狀 目前市場上的數(shù)據(jù)采集 卡 大致有以下幾個類別 ： USB 數(shù)據(jù) 采集卡、 PCI 數(shù)據(jù)采集卡、 PCI 高速數(shù)據(jù)采集卡、無線數(shù)據(jù)采集卡、 PXI 數(shù)據(jù)采集卡、 PXI 高速數(shù)據(jù)采集卡 、 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡 等。 PXI增加了用于多個板卡 同步的觸發(fā)總線和 10MHz 參考時鐘、用于精確定時的星形觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等。 聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 采集系統(tǒng)的硬件 結(jié)構(gòu) 聲卡 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成如圖 21 所示 。 圖 21 聲卡 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成 采集系統(tǒng)的軟件 采集系統(tǒng)軟件分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析兩大部分，利用 LabVIEW 編制。 相關(guān)配置： 處理器： Intel (R) Pentium (R) Dual CPU T3400 內(nèi)存： 1GB 硬盤： 250GB 顯卡： 512M 聲卡 聲卡 (Sound Card)：聲卡是實現(xiàn) 模擬信號和 數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換的一種硬件。主要有：輸入輸出 端口 、 總線連接端口、功率放大芯片 、 DSP 處理 芯片 等。 隨著技術(shù)的進步，為了 盡量減少噪音，一種方法是在功放前端加入濾波器來濾掉一些高頻的噪音信號， 另一種 的解決方法是繞過功放，利用聲卡上線路輸出 (Line Out)端口。一片聲音卡通常會有 Line In/Line Out、 MIC/Speaker Out 兩組輸入輸出插孔及一個 15pin的 MIDI 接口，而各種聲音卡在制作上都有其考慮，所以會有些差異。 幾乎每臺電腦或掌上電腦都有一個內(nèi)置聲 卡。 聲卡支持以連續(xù)數(shù)據(jù)流模式工作，因此 可完全利用電腦自身的內(nèi)存 （從數(shù)百 MB 到數(shù) GB）或電腦的 硬盤（從數(shù)十 GB 到數(shù)百 GB）來進行數(shù)據(jù)的不間斷存儲。對于本課題來說，我們在信號處理時只需要觀測信號的波形和頻譜分布，因此電腦自帶的聲卡可以滿足要求，因為目前的聲卡至少是 16 位的，比一般數(shù)字示波器的 8 位或 12 位的采樣位數(shù)高。 目前市面上基于聲卡的虛擬儀器軟件有不少，在本課題中，我們選用 LabView 這一虛擬儀器軟件，因為 LabVIEW 與其他計算機語言 不同，它們之間的 顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而 LabVIEW 使用的是圖形化編輯語言 G 編寫程序，產(chǎn)生的 程序是框圖的形式 ，因此在設計過程中我們可以更加直觀、更加便捷地找出設計中的問題，并方便地進行直觀的修改 。也就是說，信號調(diào)理裝置可以將低壓信號放大，加以隔離使前端和后端不會相互干擾，濾除各種噪音，以便進行更加精確的測量。按照以上標準設計或購買信號調(diào)理系統(tǒng)后，還要注意要使調(diào)理電路接線標準與數(shù)據(jù) 采集板卡匹配。使用隔離的原因：是從安全的角度考慮；二是隔離可使從數(shù)據(jù)采集卡讀出來的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響。通常還需要抗混疊濾波器，濾除信號中感興趣的最高頻率以上的所有頻率的信號。 (5）線性化 許多傳感器對被測量的響應是非線性的，因而需要對 其輸出信號進行線性化，以補償傳感器帶來的誤差。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 19 面向聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 信號調(diào)理 對于基于聲卡的系統(tǒng)，由于聲卡是十分脆弱的 ，為了避免信號源電壓過大而燒壞電路，因此 從傳感器得到的信號大多要經(jīng)過調(diào)理才能進入數(shù) 據(jù)采集設備，信號調(diào)理功能包括放大、隔離、濾波、激勵、線性化等。 在通常情況下，聲卡話筒輸入口的輸入阻抗在 600 歐～ 50 千歐之間（取決于聲卡），它的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換滿程電壓在 ?1mV～ ?500mV 之間（取決于聲卡），可通過 Windows 控制面板中的錄音控制進行調(diào)節(jié)。若聲卡帶有外部硬件增益調(diào)節(jié)旋鈕，也可由該旋鈕進行調(diào)節(jié)。 聲卡揚聲器輸出口的輸出阻抗在 4 歐～ 8 歐之間（取決于聲卡），能輸出大約 2W 的功率。否則可能會燒壞聲卡甚至電腦。如果聲卡的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換滿程范圍因此受到限幅影響，則可多串聯(lián)一個硅二極管以將輸入 聲卡的 電壓鉗制在 3=(V) 左右。 圖 32 具有簡單過壓保護的輸入連接方式 聲卡的輸出連接如下圖 33 所示。 圖 41 系統(tǒng)整體編程圖 聲音初始化模塊 關(guān)于 聲卡初始 化 模塊， LabVIEW 環(huán)境下的功能模板中提供了聲卡的相關(guān) VI 子函數(shù)： SI Config、SI Start。在圖 43 中，顯示了本文中聲音數(shù)據(jù)采集的格式 的具體設置 ： 單 聲 道 、 44100Hz 的采樣率， 16位的 采樣位數(shù) 。隨著時間的推移，前次緩存里的數(shù)據(jù)會被清空，新的數(shù)據(jù)會進來。 此外，聲音格式中設置的 音頻采集參數(shù)簇 除 輸送給 SI config 值 外 ，還有一路要經(jīng)過一個解簇函數(shù)（ unbundle），將采樣率分解出來，輸送給一個 case 函數(shù)。那么當解簇函數(shù)輸出一個采樣率的枚舉時，例如 44100，它對應 case 中的字符串 ”44100” ，如圖 45 所示，而這是 case 結(jié)構(gòu)中的子函數(shù)為數(shù)值型的 44100控件，這樣就把采樣率轉(zhuǎn)換為數(shù)值型參與到后面的運算中了。 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊主要進行對采集到的數(shù)據(jù)進行波形建立，將信號轉(zhuǎn)化為可直觀觀測的波形，主要通過 建立波形函數(shù) ， 隨后再對其進行頻譜分析， 如圖 47 所示 。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 25 dt 則 來自采樣率的大小，采樣率越大，經(jīng)過倒數(shù)運算，輸出越小，而 dt 越小，采樣生成的波形就越細膩。 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 26 圖 49 原始信號 圖 410 頻譜分析后的信號波形 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 27 圖 411 加 hanning 窗后的信號波形 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 28 結(jié) 論 利用電腦及聲卡，配上適當?shù)亩喙δ芴摂M儀器軟件，即可將電腦變?yōu)榈囊慌_在音頻甚至略超音頻的范圍內(nèi)工作的多功能測試儀器。其實大多數(shù)情況下的波形觀察、頻譜分析等 都是相對測量，并不要求對聲卡先進行幅度標定。 龔老師治學嚴謹、工作熱情負責、待人真誠、關(guān)心學生，龔老師豐富的專業(yè)知識、求真務實的科學研究作風都深深地影響了我，讓我有一個良好的心態(tài)對待畢業(yè)設計，并從中學到了許多課本上學不到的知識，這些都將成為我人生中一筆寶貴的財富。淳靜 。1984， 04. [5] 肖忠祥 。王學偉 。劉舉平 。夏志忠 。冶金企業(yè)自動化、信息化與創(chuàng)新 —— 全國冶金自動化信息網(wǎng)建網(wǎng) 30 周年論文集 [C]。20xx 年 03 期 . [10] 蔣帥鋒 。第七屆青年學術(shù)會議論文集 [C]。第十六屆全國煤炭自動化學術(shù)年會、中國煤炭學會自動化專業(yè)委員會學術(shù)會議論文集 [C]。20xx —— 全國第 18 屆計算機技術(shù)與應用（ CACIS）學術(shù)會議論文集 [C]。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 33 致 謝 時間飛逝，大學的學習生活很快就要過去，在這四年的學習生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。經(jīng)過這次畢業(yè)設計，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問題的能力、合作精神、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L等方方面面都有很大的進步。郭謙功老師淵博的知識、嚴謹?shù)淖黠L和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。 另外，我還要感謝大學四年和我一起走過的同學朋友對我的關(guān)心與支持，與他們一起學習、生活，讓我在大學期間生活的很充實，給我留下了很多難忘的回憶。 回首四年，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。 在我的十幾年求學歷程里，離不開父母的鼓勵和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學習條件，我才能順利完成完成學業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。 他無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學習都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導。是他們在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵，給了我很多解決問題的思路，在此表示衷心的感激。 學友情深，情同兄妹。 四年的大學生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，心中是無盡的難舍與眷戀。再次對周巍老師表示衷心的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利 完成這次設計。本次畢業(yè)設計大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 畢業(yè)設計（論文）使用授權(quán)聲明 本人完全了解 濱州學院 關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定。 論文密級： □ 公開 □ 保密 （ ___年 __月至 __年 __月） (保密的學位論文在解密后應遵守此協(xié)議 ) 作者簽名： _______ 導師簽名： _______ _______年 _____月 _____日 _______年 _____月 _____日 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 32 獨 創(chuàng)