【正文】 質(zhì)是充分利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。 圖 11 虛擬儀器的結(jié)構(gòu) 虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì) 虛擬儀器正在繼續(xù)迅速發(fā)展。結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，我們必須走引進(jìn)與自行開(kāi)發(fā)相結(jié)合的道路。 進(jìn)而考慮到計(jì)算機(jī)中的聲卡本身就是一個(gè) A/D， D/A 的轉(zhuǎn)化裝置，具有 16 位的量化精度、數(shù)據(jù)采集頻率是 ，完成可以滿足特定應(yīng)用范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的需要，個(gè)別性能指標(biāo)還優(yōu)于商用數(shù)據(jù)采集卡，而價(jià)格卻為商用數(shù)據(jù)采集卡的十分之一或者幾十分之一，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中完全可以滿足要求。 第五章， 總結(jié)與展望 和 設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題 。程序開(kāi)發(fā)人員不必?fù)?dān)心操作系統(tǒng)的問(wèn)題，目前的 LABVIEW 是一個(gè)支持多個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的軟件， Windows、 Power Macintosh、 Sun SPARCA 工作站、 HP 工作站、 Linux 上都可以運(yùn)行。前面板上使用的顏色方案，要兼顧一致和鮮明。測(cè)試中還要特別關(guān)注全局變量對(duì)程序的影響。 對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫(xiě)，大致可以分為兩種方式： （ 1）通用編程軟件進(jìn)行編寫(xiě)。 LABVIEW 具有模塊化特性，有利于程序的可重用性。因此 用 LABVIEW來(lái)做數(shù)據(jù)采集 設(shè)計(jì) 是很好的選擇 。 （ 1）錄制與播放 通過(guò)聲卡，人們可將來(lái)自話筒、收錄機(jī)等外部音源的聲音錄入計(jì)算機(jī)，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字文件進(jìn)行存儲(chǔ)和編輯等操作；人們也可以將數(shù)字文件還原成 聲音信號(hào)，通過(guò)揚(yáng)聲器回放，例如為電子游戲配音，以及播放 CD、 VCD、 DVD、 MP3 和卡拉 OK 等。 Ware Out（或 Line Out）給出的信號(hào)沒(méi)有經(jīng)過(guò)放大，需要外接功率放大器，例如可以接到有源音箱； SPK Out 給出的信號(hào)是通過(guò)功率放大的信號(hào)，可以直接接到喇叭上。聲卡的位是指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)所使用的數(shù)字聲音信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)，它客觀的反映了數(shù)字聲音信號(hào)對(duì)輸入聲音信號(hào)描述的準(zhǔn)確度。這樣雖然可使制造成本降低，但卻不便于使用。緩沖區(qū)的工作方式大大降低 了 CPU 響應(yīng)中斷頻度，節(jié)省了系統(tǒng)資源。建議首先使用耳機(jī)和 MIC 檢查聲卡的功能，特別是輸 入功能（錄音功能） 是否正常。為測(cè)試聲卡的頻響特性，可使用測(cè)試線 2 將聲卡的輸入端與輸出端連接起來(lái)，形成一個(gè)閉合的環(huán)路。但是 LABVIEW 的特點(diǎn)在于：它使用圖形化編程語(yǔ)言 G 在流程圖中創(chuàng)建源程序，而沒(méi)有使用基于的文本語(yǔ)言來(lái)產(chǎn)生源程序代碼。 LABVIEW 專(zhuān)業(yè)版開(kāi)發(fā)系統(tǒng)包括應(yīng)用程序生成器（ Application Builder），可以創(chuàng)建并發(fā)布獨(dú)立的可執(zhí)行程序、共享庫(kù)或動(dòng)態(tài)連接庫(kù)（ DLL）。 G 語(yǔ)言與傳統(tǒng)高級(jí)編程語(yǔ)言最大的差別在于編程方式一般高級(jí)語(yǔ)言采用文本編程，而 G 語(yǔ)言采用圖形化編程語(yǔ)言?？驁D程序由節(jié)點(diǎn)（ Node）、數(shù)據(jù)連線（ Wire）構(gòu)成。 LABVIEW 采用的一種獲得專(zhuān)利的數(shù)據(jù)流編程模式。 圖 33 數(shù)據(jù)采集和處理模塊 程序說(shuō)明： 在 LABVIEW 軟件中，對(duì)于聲卡的聲道可以分為 mono 8bit（單聲道 8位）， mono 16bit（單聲道 16 位）， stereo 8bit（立體聲 8 位）和 stereo 16bit（立體聲 16 位）。 主要操作說(shuō)明； 在 block diagram： Functions → Graphics amp。對(duì)輸入簇 Cluster 進(jìn)行解包。緩沖區(qū)長(zhǎng)度可選默認(rèn)值。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)。發(fā)出的波形主要有：正弦波、方波、三角波、鋸齒波、 高斯 白噪聲 、 Gamma。 三角波： 三角波函數(shù)： 輸入 f[x_]:=x /。因此在測(cè)量信號(hào)時(shí)希望把高頻噪聲信號(hào)去掉。最終使用的時(shí)候可以生成應(yīng)用程序，直接在別的電腦上安裝使用即可。 當(dāng)信號(hào)切換的控件位真時(shí) ，波 形 瀏覽器直接 把 聲卡讀出的 波形顯示出來(lái)； 當(dāng)信號(hào)切換的控件為假時(shí)，波形瀏覽器顯示模擬數(shù)據(jù) ； 然后經(jīng)過(guò)低通濾波送給波形瀏覽器顯示 。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)熟悉之后，對(duì)這些 VI 的點(diǎn)選路徑都熟悉了。 2 采樣精度 系統(tǒng)采樣精度與電路所選器件的位數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)中選用 16 位采樣的聲卡，采樣精度為 00 00 ? ，分辨率約為 %。 電子科技大學(xué)中山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄 學(xué)生姓名 陳建文 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 20xx通信工程 A班 學(xué)號(hào) 2520xx05081 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 虛擬儀器設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 指導(dǎo)教師 孟慶元 評(píng)閱教師 答辯時(shí)間 答辯地點(diǎn) 答辯小組提問(wèn)及學(xué)生回答問(wèn)題情況記錄 答辯組提問(wèn)一： 學(xué)生回答情況（請(qǐng)打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問(wèn)二： 學(xué)生回答情況（請(qǐng)打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問(wèn)三： 學(xué)生回答情況（請(qǐng)打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問(wèn)四： 學(xué)生回答情況（請(qǐng)打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問(wèn)五： 學(xué)生回答情況（請(qǐng)打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯小組成員 ： 答辯小組組長(zhǎng)（簽名）： 答辯小組秘書(shū)（簽名）： 年 月 日 35 電子科技大學(xué)中山學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表 學(xué)生姓名： 陳建文 班級(jí)、學(xué)號(hào)： 20xx 通信工程 A 班 .2520xx05081 題 目： 虛擬儀器設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 綜合成績(jī)： 指導(dǎo)者評(píng)語(yǔ)： 該生領(lǐng)悟能力較強(qiáng)， 能夠通過(guò)自己觀察發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的新方法，并且能夠?qū)⑵鋵?shí)現(xiàn)。也要感謝跟我一組的同學(xué)，許多次在我設(shè)計(jì) 不知如何下手時(shí)，他都給了我許多的建議，使我大大加快了設(shè)計(jì)的進(jìn)程 。 （二）主要技術(shù)指標(biāo)： 1 采樣頻率 系統(tǒng)能測(cè)試到的最高頻率與電路所選器件的性能有關(guān)，本論文選用聲卡的最高采樣頻率為 ，根據(jù)采樣定理，所能測(cè)試模擬信號(hào)的最高頻率為 22KHz。 圖 44 模擬波形 圖 45 疊加后的波形 小結(jié) 由 調(diào)試結(jié)果可知，設(shè)計(jì)用普通低廉的聲卡代替 了數(shù)據(jù)采集卡，在 LABVIEW 圖形編程語(yǔ)言環(huán)境下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種方便、靈活性強(qiáng)的虛擬示波器，對(duì)一些應(yīng)用領(lǐng)域是一種很好的選擇。 程序的 總框 圖 程序的總框圖如圖 52 所示 ： 圖 42 程序總框圖 總框圖說(shuō)明： 信號(hào)通過(guò)聲卡采集進(jìn)虛擬器中， 通過(guò)聲卡的基本設(shè)置，設(shè)置 聲卡的一些基本參數(shù)，聲卡的采樣頻率不能太低，如果頻率太低，采集過(guò)程中，不能連續(xù)的采集。 4 程序設(shè)計(jì) 顯示 程序的使用方法 程序的環(huán)境 本 程序是在 labview 環(huán)境下編寫(xiě)的，用高版本可以查看此程序，低版本是打不開(kāi)的。具體實(shí)現(xiàn)如圖311，控制如圖 312 圖 311 模擬波形實(shí)現(xiàn)模 塊后面 板 模擬波形實(shí)現(xiàn)模塊前面板 如圖 312 所示 ： 圖 312 模擬波形實(shí)現(xiàn)模塊前面板 程序說(shuō)明： 兩個(gè)通道的波形疊加成一個(gè)需要的波形，進(jìn)行分析等！當(dāng)聲卡沒(méi)有采集數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以用 labview 模擬的數(shù)據(jù)波形代替通過(guò)聲卡采集到的波形。 方波不一定是交流波。 Sound → Sound → Input → Clear 選擇 clear 函數(shù)。當(dāng)產(chǎn)生這一消息時(shí)，它將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容讀取到用戶程序的數(shù)組中，產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)采樣集合。 圖 35 Sound Input Configure .Vi 的后面板 程序說(shuō)明： Sound Input Configure， 該函數(shù)的主要功能是設(shè)置聲卡中與數(shù)據(jù)采集有關(guān)的一些硬 件參數(shù)，如采樣率，數(shù)據(jù)格式，緩沖區(qū)長(zhǎng)度等。 4） 右鍵點(diǎn)擊 SI Config 函數(shù)的 Buffer Size 輸入，選擇 create control，自動(dòng)生成無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整數(shù)類(lèi)型的控鍵。而在采樣率的選擇方面，我采用了一個(gè) case 循環(huán)，目的是在采樣率為 44100Hz 的條件下，在循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集和處理模塊 數(shù)據(jù)采集模塊是虛擬軟件的硬件驅(qū)動(dòng)部分，在這里主要是利用 LABVIEW 里面的聲卡函數(shù)完成聲卡的硬件參數(shù)設(shè)置、啟動(dòng)聲卡采集數(shù)據(jù)、等待采樣數(shù)據(jù) 緩沖區(qū)滿的消息、通知聲卡停止采集等任務(wù)?？刂贫丝诤椭甘径丝谟糜谇懊姘鍖?duì)象，當(dāng) VI 程序運(yùn)行時(shí)，從控制輸入的數(shù)據(jù)通過(guò)控制端傳遞到框圖程序，供其中的程序使用，產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)再通過(guò)指示端口傳輸?shù)角懊姘鍖?duì)應(yīng)的指示中顯示。 一個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序。 G 語(yǔ)言是一種適合應(yīng)用于編程任務(wù)，具有擴(kuò)展函數(shù)庫(kù)的通用編程環(huán)境。 LABVIEW 具有許多特性，能使測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用方案完成適用于用戶企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，能將應(yīng)用方案以網(wǎng)頁(yè)的形式發(fā)表，或在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。 初始化 聲卡 信號(hào)采集 波形顯示 低通濾波 LABVIEW 模塊 程序的結(jié)構(gòu)圖 程序的 結(jié)構(gòu)圖如圖 32 所示： 圖 32 程序的結(jié)構(gòu)圖 LABVIEW 簡(jiǎn)介 LABVIEW 是（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)）是一個(gè)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。如圖 22（ a）所示。 聲卡的頻率范圍與頻率響應(yīng) 人耳對(duì)頻率的感覺(jué)從 20Hz 到 20kHz 之間，而聲卡的頻率響應(yīng)上限范圍在 20kHz。以輸入聲音的 A/D 變換為例，每次轉(zhuǎn)換完畢后，聲卡控制芯片都將數(shù)據(jù)存放在緩沖區(qū)，待緩沖區(qū)滿時(shí)，發(fā)出中斷給 CPU， CPU 響應(yīng)中斷后一 次性將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)全部讀走。對(duì) 20kHz 范圍內(nèi)的音頻信號(hào)，最高的采樣頻率才 48kHz，雖然理論上沒(méi)有問(wèn)題，但似乎余量不大。 聲卡的主要技術(shù)參數(shù) （ 1）采樣的位 數(shù) 采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度。一般聲卡有 45個(gè)對(duì)外接口。 LABVIEW 提供了操作 聲卡的函數(shù)。 在許多應(yīng)用程序中，運(yùn)行速度是至關(guān)重要的。 LABVIEW 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)國(guó)家儀器公司（ NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。所以正確選擇軟硬件對(duì)程序開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)起著非常重要的作用。測(cè)試過(guò)程是項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的重要組成部分。 用戶界面也稱 GUI，即 graphical user interface。在此基礎(chǔ)上，程序開(kāi)發(fā)人員對(duì)所要解決的問(wèn)題有了大致的了解，甚至可以畫(huà)出一個(gè)系統(tǒng)的框圖，之后還要進(jìn)行程序的可行性分析，考慮選用器件的性價(jià)比、開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等。 第三章， 軟件模塊的設(shè)計(jì) ： 主要介紹了各個(gè)功能模塊具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，包括：數(shù)據(jù)采集和處理模塊、數(shù)據(jù)模擬模塊、低通濾波模塊、波形顯示模塊等 。儀器硬件可以是插入式數(shù)據(jù)采集卡及必要的外圍電路（含信號(hào)調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器 、數(shù)字 I/O、定時(shí)器、 D/A 轉(zhuǎn)換器等 ） ，或者是帶標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器，如 GPIB、 VXI、 PXI、 STD、 PCI 總線儀器和網(wǎng)絡(luò)化儀器等。如何使用戶進(jìn)行少量的學(xué)習(xí)甚至不需要學(xué)習(xí)就可使用功能強(qiáng)大的虛擬儀器，如何使用構(gòu)成簡(jiǎn)單的虛擬儀器系統(tǒng)并完成復(fù)雜的測(cè)試內(nèi)容，如何幫助用戶對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析和判斷等內(nèi)容，是虛擬儀器技術(shù) 努力的方向。 虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器從構(gòu)成要素上講，由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件等構(gòu)成；從構(gòu)成分式上講則由以 DAQ 板和信號(hào)調(diào)理為儀器硬件而組成的 PCDAQ 測(cè)試系統(tǒng)，或已 GPIB， VXI， Serial和 Field bus 等標(biāo)準(zhǔn)總線儀器為硬件組成的 GPIB 系統(tǒng)、 VXI 系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)等多種形式。虛擬儀器以透明的方式，通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理、表達(dá)以及圖形化用戶接口， 把計(jì)算機(jī)資源（如微處理器、顯示器等）和儀器硬件（如 A/D、 D/A、數(shù)字I/O、定時(shí)器、信號(hào)調(diào)理等）的測(cè)試能力和控制能力結(jié)合起來(lái)。它的功能模塊全部都是以硬件或固定軟件的形式 存在，無(wú)論是開(kāi)發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。s sound card itself is an A / D, D / A conversion devices, with 16bit quantization precision, data acquisition frequency is , pleted within the scope of application to meet the specific needs of data collection, individual also better than the mercial performance data acquisition card, and the price of mercial data acquisition card for onetenth or a