【正文】 飛快發(fā)展，虛擬示波器系統(tǒng)也就應(yīng)運而生。虛擬示波器系統(tǒng)是計算機技術(shù)和測量技術(shù)的完美結(jié)合 ，不僅提高實驗儀器的技術(shù)含量，還符合實驗室儀器儀表現(xiàn)代化的教學要求。有的測量環(huán)境十分惡劣，用傳統(tǒng)儀器測量數(shù)據(jù)可能會使測量人員的人身安全受到威脅，用虛擬示波器系統(tǒng)可以進行遠程數(shù)據(jù)測量，使測量人員遠離危險環(huán)境。具體設(shè)計要求如下： (1) 具有聲卡采集參數(shù)設(shè)定功能；具有錄音和重放功能；可以實現(xiàn)聲音數(shù)據(jù)的采集；能夠完成功率譜信號的顯示； (2) 聲音采集數(shù)據(jù)能夠儲存并根據(jù)需要調(diào)用 ； (3) 具有聲音信號濾波及處理功能 ； (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)對聲音信號的采樣次數(shù)，采樣頻率越高聲音的還原就越真實越自然。 對于高于 48KHz 的采樣頻率人耳已無法辨別出來了，因此沒有實用價值。本系統(tǒng)所用計算機主板集成聲卡是 Reaktek 的 ALC880 Codec，根據(jù)其性能指標，設(shè)置采樣率為 ，采樣位數(shù)為雙通道，采樣比特數(shù)為 16 位，以保證 采樣時的干擾較小、波形 穩(wěn)定。若由 Mic In 輸入，由于有前置放大器，容易引入噪聲且會導致信號過負荷，故推薦使用 Line In，其噪聲干擾小且動態(tài)特性良好。 LabVIEW 對聲音采集的設(shè)置默認于其所處的操作系統(tǒng)，本文使用的是最普通的聲卡，對于高級的聲卡采集信號時，要注意關(guān)閉如混響之類的一些特效，避免影響測量結(jié)果的真實性 。下面介 紹對 Line In 和 Mic In 的檢查和設(shè)置。 為了測試聲卡的頻響特性，可以使用測試線將聲卡的輸入與輸出端連接起來，形成一個閉 合的環(huán)路。 聲卡信號采集方法 聲卡采集 系統(tǒng)原理框圖如下圖 所示。聲卡的麥克風 (mic in)輸入端具有高增益放大器，會使得信號產(chǎn)生較大失真，所以選擇線路 (line in)輸入信號時，其輸入電壓應(yīng)為 1～ +1V[6]。 圖 聲卡數(shù)據(jù)采集流程圖 聲卡信號采集 的 實現(xiàn) LabVIEW 軟件是一種基于圖形語言編程的可視化軟件開發(fā)平臺，與 VC，VB 等其他可視化編程語言相比，其函數(shù)庫豐富、編程簡單直觀、調(diào)試方便，而且界面開發(fā)簡單，界面風格與傳統(tǒng)儀器相似。內(nèi)置了便于 TCP/IP、Active X 等軟件標準的庫函數(shù)。本設(shè)計對于信號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單明了，且功能齊全，方便了用戶的操作。 絡(luò)評估作為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的第一步，工作范圍包括通過對原有網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場檢查，并對網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)合理性、業(yè)務(wù)發(fā)展需求進行掌握和分析，同時和客戶保持雙向溝通，良性互動，提出適合客戶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的優(yōu)化建議。圖標 /接線端口用于把LabVIEW程序定義成一個子程序，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。 (2) SI Start 武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 該函數(shù)用于通知聲卡開始采集外部數(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)動中讀取數(shù)據(jù)。命令聲音輸入驅(qū)動停止堆積采集進來的數(shù)據(jù)。關(guān)閉聲音輸入驅(qū)動聯(lián)合 task ID in和釋放驅(qū)動使用的計算機系統(tǒng)得所有資源。如果這個設(shè)備已經(jīng)開始運行，則數(shù)據(jù)會立刻轉(zhuǎn)移到緩沖器中。當你用這個 VI 時，將沒有數(shù)據(jù)丟失，并且這個正確的位置將會被保存。 3. 分析函數(shù) (1) Butterworth Filter 通過利用 Butterworth Coefficients VI 來生成 數(shù)字濾波功能。 Frequency 計算一個時域信號頻譜中估計的頻率峰值。 武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 虛擬示波器總體設(shè)計 虛擬示波器的工作原理 模擬信號經(jīng)同軸電纜進入采集卡的輸入通道，經(jīng)過前置濾波電路、衰減電路、可變增益的放大電路，將信號處理成 A/D 轉(zhuǎn)換器可以處理的標準電平，經(jīng)過 A/D采樣量化轉(zhuǎn)化成計算機可以處理的數(shù)字信號并緩存到卡上的存儲器。 對聲卡中與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的一些硬件參數(shù)進行設(shè)置； (2) 聲卡開始采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)暫存在先進先出的緩沖區(qū)中； (3) 當緩沖區(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)生一個采集數(shù)據(jù)集合，并在程序中對數(shù)據(jù)進行各種處理； (4) 另一方面，得到緩沖區(qū)滿的消息后，通知聲卡暫時停止采集外部數(shù)據(jù)，并進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，但是除了信號采集部分是由硬件實現(xiàn)之外，其它兩部分都是由軟件實現(xiàn)。 該試驗設(shè)計的虛擬示波器中，信號的傳送，處理，顯示是相當清晰的，先是信號發(fā)生器產(chǎn)生聲卡所能識別的信號 （ 信號的幅值不能超過 ，超過 的信號應(yīng)該先經(jīng)過前置放大器進行幅值變化 ） [10]。 “ Sound Input ”: 圖標如 所示 。 主要操作說明： 在 block diagram： Functions → Graphics amp。 圖 Sound Input 后面板 武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 “ Sound Input Read .VI”：如圖 所示 。這時應(yīng)調(diào)節(jié)緩沖區(qū)的大小，在采樣時間和數(shù)據(jù)讀取之間找到一個理想的平衡點。 武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（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 采樣點數(shù)測量模塊 程序說明： 采樣點數(shù)測量模塊主要用于獲得波形的采樣點數(shù)，其中采用的 Statistics 函數(shù)，它是用來確定波形運行時的采樣點數(shù)，取決于輸入的程序中設(shè)定的值。 武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 頻率測量模塊前面板 頻率測量模塊的后面板如圖 所示。 武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 主要操作說明： 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 ,前版面說明：在該虛擬示波器前版面中，運用 3 個波形顯示 vi 來分別顯示輸入信號的波形，相位，幅度，用數(shù)字控件來設(shè)置對聲音格式，采樣數(shù)和設(shè)備 ID 分別進行設(shè)置，用數(shù)字顯示 vi 來對具體測量出來的數(shù)據(jù)進行顯示，開關(guān)控制程序的進行。同時，實時顯示界面的示波器屬性設(shè)置為 X、 Y 軸均設(shè)置為 “ 自動調(diào)整標尺 ” ，從而保證無論信號幅值如何改變，總可以在縱坐標上是清晰顯示，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 武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 方波信號 顯示如圖 所示 。 聲卡雖能較好地實現(xiàn)示波器的功能，但在實際應(yīng)用中，它也存在不少缺陷。在本設(shè)計中，比例運算放大電路作為中間級解決了部分波形較小的問題。 武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 參考文獻 [1] 劉君華等 .虛擬儀器圖形化編程語言 LABVIEW 教程 [M].西安：西安電子科技大學出版社，～ 8. [2] 范福玲，韓建勛 .基于 LABVIEW 的虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計 [J].中原工學院學報， 2021，17(4):26～ 28. [3] 馬海瑞 ,周愛軍 .基于聲卡的 LABVIEW 數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)設(shè)計 .微計算機信息 .2021,21卷 ,09s 期 [4] 百 度 文 庫 , 基于 LabVIEW 的 聲 卡 信 號 采 集 分 析 系 統(tǒng) 設(shè) 計 [EB/OL]. [5] 候國屏 ,王坤 ,葉齊鑫編著 . 編程與虛擬儀器設(shè)計 .北京 :清華大學 出版社 ,2021 [6] 劉君華主編 .基于 LABVIEW 的虛擬儀器設(shè)計 .北京：電子工業(yè)出版社 .2021 [7] 王劍 .基于 LabVIEW 的數(shù)據(jù)采集 及分析系統(tǒng)的開發(fā) .哈爾濱理工大學碩士論文 . [8] 種蘭祥 ,張首軍 ,閻麗 .基于計算機聲卡的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) .西北大學學報 (自然科學版 ) .2021,32(6):629— 632 [9] Robert 著 .LabVIEW6i 實用教程 .北京：電子工業(yè)出版社 ,2021 [10] LABVIEW Function Manual. USA： National Instruments [11] Gary W Gohson. LABVIEW Graphic Programming . GrawHill, 1998 [12] 陳敏 ,湯曉安等 .虛擬儀器軟件 LABVEIW 與數(shù)據(jù)采集 .小型微型計算機系統(tǒng) ,2021 [13] 李瑩 . 基于 LabVIEW 的多路信號發(fā)生器軟件開發(fā) .華北電力大學碩士學位論文 . [14] 李瑋 . 示波器的使用與檢測技巧 .化學工業(yè)出版社 . [15] 戴鵬飛 ， 王勝開 , 王