【正文】 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)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。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。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。 采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度。 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。 對(duì)于高于 48KHz 的采樣頻率人耳已無(wú)法辨別出來(lái)了，因此沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。本系統(tǒng)所用計(jì)算機(jī)主板集成聲卡是 Reaktek 的 ALC880 Codec，根據(jù)其性能指標(biāo)，設(shè)置采樣率為 ，采樣位數(shù)為雙通道，采樣比特?cái)?shù)為 16 位，以保證 采樣時(shí)的干擾較小、波形 穩(wěn)定。若由 Mic In 輸入，由于有前置放大器，容易引入噪聲且會(huì)導(dǎo)致信號(hào)過(guò)負(fù)荷，故推薦使用 Line In，其噪聲干擾小且動(dòng)態(tài)特性良好。 LabVIEW 對(duì)聲音采集的設(shè)置默認(rèn)于其所處的操作系統(tǒng)，本文使用的是最普通的聲卡，對(duì)于高級(jí)的聲卡采集信號(hào)時(shí)，要注意關(guān)閉如混響之類的一些特效，避免影響測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性 。下面介 紹對(duì) Line In 和 Mic In 的檢查和設(shè)置。 為了測(cè)試聲卡的頻響特性，可以使用測(cè)試線將聲卡的輸入與輸出端連接起來(lái)，形成一個(gè)閉 合的環(huán)路。 聲卡信號(hào)采集方法 聲卡采集 系統(tǒng)原理框圖如下圖 所示。聲卡的麥克風(fēng) (mic in)輸入端具有高增益放大器，會(huì)使得信號(hào)產(chǎn)生較大失真，所以選擇線路 (line in)輸入信號(hào)時(shí)，其輸入電壓應(yīng)為 1～ +1V[6]。 圖 聲卡數(shù)據(jù)采集流程圖 聲卡信號(hào)采集 的 實(shí)現(xiàn) LabVIEW 軟件是一種基于圖形語(yǔ)言編程的可視化軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，與 VC，VB 等其他可視化編程語(yǔ)言相比，其函數(shù)庫(kù)豐富、編程簡(jiǎn)單直觀、調(diào)試方便，而且界面開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，界面風(fēng)格與傳統(tǒng)儀器相似。內(nèi)置了便于 TCP/IP、Active X 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。本設(shè)計(jì)對(duì)于信號(hào)采集如此多的功能采用了分模塊顯示設(shè)置，這樣使得主程序前面板簡(jiǎn)單明了，且功能齊全，方便了用戶的操作。 絡(luò)評(píng)估作為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的第一步，工作范圍包括通過(guò)對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)檢查，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)合理性、業(yè)務(wù)發(fā)展需求進(jìn)行掌握和分析，同時(shí)和客戶保持雙向溝通，良性互動(dòng)，提出適合客戶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的優(yōu)化建議。圖標(biāo) /接線端口用于把LabVIEW程序定義成一個(gè)子程序，以便在其它程序中加以調(diào)用 [7]。聲卡的采樣率由內(nèi)部時(shí)鐘控制，只有 3~4 種固定頻率可選，一般將采樣率設(shè)置為 44100Hz 數(shù)據(jù)格式設(shè)置為 16 位字長(zhǎng)。 (2) SI Start 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） 10 該函數(shù)用于通知聲卡開(kāi)始采集外部數(shù)據(jù)。 (3) SI Read 該函數(shù)用于等待采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿的消息。 從聲音輸入驅(qū)動(dòng)中讀取數(shù)據(jù)。命令聲音輸入驅(qū)動(dòng)停止堆積采集進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)。關(guān)閉聲音輸入驅(qū)動(dòng)聯(lián)合 task ID in和釋放驅(qū)動(dòng)使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得所有資源。如果這個(gè)設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行，則數(shù)據(jù)會(huì)立刻轉(zhuǎn)移到緩沖器中。當(dāng)你用這個(gè) VI 時(shí)，將沒(méi)有數(shù)據(jù)丟失，并且這個(gè)正確的位置將會(huì)被保存。 3. 分析函數(shù) (1) Butterworth Filter 通過(guò)利用 Butterworth Coefficients VI 來(lái)生成 數(shù)字濾波功能。 Frequency 計(jì)算一個(gè)時(shí)域信號(hào)頻譜中估計(jì)的頻率峰值。 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） 12 虛擬示波器總體設(shè)計(jì) 虛擬示波器的工作原理 模擬信號(hào)經(jīng)同軸電纜進(jìn)入采集卡的輸入通道，經(jīng)過(guò)前置濾波電路、衰減電路、可變?cè)鲆娴姆糯箅娐罚瑢⑿盘?hào)處理成 A/D 轉(zhuǎn)換器可以處理的標(biāo)準(zhǔn)電平，經(jīng)過(guò) A/D采樣量化轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)并緩存到卡上的存儲(chǔ)器。 對(duì)聲卡中與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的一些硬件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置； (2) 聲卡開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)暫存在先進(jìn)先出的緩沖區(qū)中； (3) 當(dāng)緩沖區(qū)存滿數(shù)據(jù)后，一方面將數(shù)據(jù)讀取到用戶程序的數(shù)組中，產(chǎn)生一個(gè)采集數(shù)據(jù)集合，并在程序中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理； (4) 另一方面，得到緩沖區(qū)滿的消息后，通知聲卡暫時(shí)停止采集外部數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步清空緩存里的內(nèi)容。虛擬示波器也是由這三大部分組成，但是除了信號(hào)采集部分是由硬件實(shí)現(xiàn)之外，其它兩部分都是由軟件實(shí)現(xiàn)。 該試驗(yàn)設(shè)計(jì)的虛擬示波器中，信號(hào)的傳送，處理，顯示是相當(dāng)清晰的，先是信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生聲卡所能識(shí)別的信號(hào) （ 信號(hào)的幅值不能超過(guò) ，超過(guò) 的信號(hào)應(yīng)該先經(jīng)過(guò)前置放大器進(jìn)行幅值變化 ） [10]。 “ Sound Input ”: 圖標(biāo)如 所示 。 主要操作說(shuō)明： 在 block diagram： Functions → Graphics amp。 圖 Sound Input 后面板 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） 16 “ Sound Input Read .VI”：如圖 所示 。這時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)緩沖區(qū)的大小，在采樣時(shí)間和數(shù)據(jù)讀取之間找到一個(gè)理想的平衡點(diǎn)。 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） 17 圖 Sound Input read .VI 后版面 “ Sound Input clear .VI”：如圖 所示 。 Sound → Sound → Input → Clear 選擇 clear 函數(shù)。 圖 采樣點(diǎn)數(shù)測(cè)量模塊 程序說(shuō)明： 采樣點(diǎn)數(shù)測(cè)量模塊主要用于獲得波形的采樣點(diǎn)數(shù)，其中采用的 Statistics 函數(shù)，它是用來(lái)確定波形運(yùn)行時(shí)的采樣點(diǎn)數(shù)，取決于輸入的程序中設(shè)定的值。 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） 19 圖 頻率測(cè)量模塊前面板 頻率測(cè)量模塊的后面板如圖 所示。 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） 20 主要操作說(shuō)明： 在 block diagram： Functions → Signal Processing → Wfm Measure → Extract Single Tone Information 選擇 Extract Single Tone Information 函數(shù) [12]。 虛擬示波器的操作界面 虛擬示波器前面板如圖 所示 ,前版面說(shuō)明：在該虛擬示波器前版面中，運(yùn)用 3 個(gè)波形顯示 vi 來(lái)分別顯示輸入信號(hào)的波形，相位，幅度，用數(shù)字控件來(lái)設(shè)置對(duì)聲音格式，采樣數(shù)和設(shè)備 ID 分別進(jìn)行設(shè)置，用數(shù)字顯示 vi 來(lái)對(duì)具體測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，開(kāi)關(guān)控制程序的進(jìn)行。同時(shí)，實(shí)時(shí)顯示界面的示波器屬性設(shè)置為 X、 Y 軸均設(shè)置為 “ 自動(dòng)調(diào)整標(biāo)尺 ” ，從而保證無(wú)論信號(hào)幅值如何改變，總可以在縱坐標(biāo)上是清晰顯示，這樣不僅方便用戶操作，而且觀察方便 [15]。 虛擬示波器后面板程序框圖 如圖 所示 。 圖 正弦波信號(hào) 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） 25 方波信號(hào) 顯示如圖 所示 。 聲卡雖能較好地實(shí)現(xiàn)示波器的功能，但在實(shí)際應(yīng)用中，它也存在不少缺陷。在本設(shè)計(jì)中，比例運(yùn)算放大電路作為中間級(jí)解決了部分波形較小的問(wèn)題。 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） 27 參考文獻(xiàn) [1] 劉君華等 .虛擬儀器圖形化編程語(yǔ)言 LABVIEW 教程 [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，～ 8. 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