【正文】 頻率 (Hz) 振幅（ V） 相位 正弦 100 2 5 三角 1000 2 5 方波 1000 20 5 鋸齒 1000 20 50 圖 411 輸入 不同 參數(shù)波形運行結(jié) 果 雙通道音頻信號發(fā)生器 運行結(jié)果顯示 雙通道音頻信號發(fā)生器可以左右聲道一起運行，同時發(fā)出信號，同時發(fā)出聲音如圖 412。 為了前面板波形顯示的美觀，將的 Waveform Graph 橫軸統(tǒng)一限制為每次顯示四個周期的波形，用倒數(shù)器求出波形輸入?yún)?shù)頻率的倒數(shù)，得到周期后乘常數(shù) 4 作為 Waveform Graph 橫軸的最大值，如圖 47。選擇布爾開關(guān)控件表示，標(biāo)記為 “ ON”。 (2) 一個布爾型開關(guān)控件， 用作總開關(guān)，標(biāo)記為 “ power”。 當(dāng)繪制多條曲線時，可接受如下數(shù)據(jù)格式： a. 連接二維數(shù)組 ； b. 連接一個簇 ； c. 把數(shù)組打包成簇，然后以簇作為元素組成簇數(shù)組 ； d. 在由數(shù)值類型元素 Xo， dX 以及以簇為元素的數(shù)組這 3 個元素組成的簇中 數(shù)組元素的每一個簇元素都由一個數(shù)組打包而成，每個數(shù)組都是一條曲線 ； e. 連接由簇作為元素的二維簇數(shù)組 。例如設(shè)置是以浮點數(shù)還是以科學(xué)計數(shù)法顯示數(shù)據(jù)，小數(shù)點位數(shù)是幾位等 ,如圖 317。 a. 當(dāng)輸 入標(biāo)量，每次推進(jìn)一個點； b. 當(dāng)輸入數(shù)組，每次推進(jìn)的點數(shù)等于數(shù)組長度。其中， SO Config. vi 可以設(shè)置設(shè)備 ID， 采樣率，通道數(shù) ，采樣數(shù)， 采樣比特率 ， 如圖 316。 圖 312 Formula Waveform . vi 的自變量含義及其設(shè)定方法 20 例 32：利用 Formula Waveform． vi 產(chǎn)生測試信號分析處理中常見的 sinc 函數(shù)， 其請按面板和后面板 如圖 313 和 314。 18 圖 39 Tones and Noise Waveform. vi 的端口含義及設(shè)置 例 31：用多諧信號附加噪聲的波形發(fā)生器 Tones and Noise Waveform. vi 產(chǎn)生表達(dá)下式 的信號。除了在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置參數(shù)，也允許通過傳統(tǒng)的端口方式設(shè)置參數(shù)，這給在前面板上放置控件提供了機會。 它的參數(shù)設(shè)定對話框如圖 35。 13 3 系統(tǒng)整體方案 和各組成部分方案設(shè) 計 系統(tǒng)整體方案設(shè) 計 虛擬音頻信號發(fā)生器的總流程如下圖所示，使用時先按下電源 power按鈕，運行程序，然后 設(shè)置聲卡 以及通過波形選擇開關(guān)選擇波形，并設(shè)定 其幅度、頻率、相位、占空比 (方波 )，波形信號就可在顯示屏上顯示并通過聲卡發(fā)聲。如今市面上所有的主流產(chǎn)品都是 16位的聲卡，而一般的數(shù)據(jù)采集卡大多也才有 12位，因此，聲卡相較于常用的數(shù)據(jù)采集卡毫不遜色 。 編制軟件時通過對控制和功能模 塊中子模塊的靈活調(diào)用，選取相應(yīng)的功能子模塊，分別置于前后面板內(nèi)，使用連線工具即可完成虛擬儀器設(shè)計。 比較子模板：包括各種比較運算函數(shù)，如大于、小于、等于。 ) 功能模板如圖 25 所示。 數(shù)組和群子模板：復(fù)合型數(shù)據(jù)類型的控制和顯示。用鼠標(biāo)點擊頂層子模板圖標(biāo)就可以展開對應(yīng)的控制或功能子模板，只需按下控制或功能子模板左上角的大頭針就可以把對這個子模板變成浮動板留在屏幕上。 探針工具：可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線上設(shè)置探針。當(dāng)它用于改變對象的連框大小時，會變成相應(yīng)形狀。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動，并可以放置在屏幕的任意位置。前面板是 LabVIEW VI 的圖形用戶接口， 集成了用戶輸入和顯示輸出功能。 (4) 支持 多種儀器和數(shù)采硬件的驅(qū)動。被連接的對象之間的數(shù)據(jù)流控制著執(zhí)行程序，并允許有多個數(shù)據(jù)通路同步運行。順應(yīng)形勢的發(fā)展，一些專業(yè)測試開發(fā)平臺紛紛推向市場，如 HPVEE、組態(tài)軟件平臺、 TPS 平臺等，但這些平臺的專用性太強，可擴展性、通用性比較差。 第四章 介紹音頻信號發(fā)生器系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計過程 ，包括系統(tǒng)的 前面板設(shè)計和流程框圖的設(shè)計 ,并對整個系統(tǒng)的 運行 結(jié)果進(jìn)行 顯示 。 課題內(nèi)容 本課題以計算機強大的信息處理能力為依托，充分利用聲卡 DSP技術(shù)、 LabVIEW多線程技術(shù)及其圖形化、結(jié)構(gòu)化的特征，實現(xiàn)了音頻信號發(fā)生器的軟件化設(shè)計，能夠完成對多種常用信號的生成及模擬輸出。硬件解決信號的輸入和輸出，軟件可以很方便地進(jìn)行修改，改變儀器系統(tǒng)的功能，以適應(yīng)不同使用者的需要 ，其中信號的輸入、輸出部分一般使用數(shù)據(jù)采集卡 ，但商用的采集卡價格昂貴，用商用采集卡來開發(fā) 系統(tǒng) 成本較大。在這種傳統(tǒng)信號發(fā)生器 已嚴(yán)重滯后于信息時代和工程實際需要的背景下，人們開始致力于開發(fā)虛擬信號發(fā)生器。其主要產(chǎn)品有數(shù)字存儲示波器系列、任意波形發(fā)生器及頻率計系列、多通道大容量波形記錄系列。當(dāng)今虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的 RS232 串行總線、 GPIB 通用接口總線、 VXI 總線，以及已經(jīng)被 PC 機廣泛采用的 USB 串行總線和 IEEE1394 總線。 (4) 性價比高。虛擬儀器主要是指 后面 這種方式 。傳統(tǒng)儀器在實現(xiàn)這三大功能時，是以固化的電路結(jié)構(gòu)來完成的，其專業(yè)性很強，用戶難以改變儀器的測量功能，因此測量功能單一或有限，使用范圍狹窄，從采樣、分析到數(shù)據(jù)處理全部由人工操作 ，效率低，可靠性差。任何測量與控制都離不開儀器儀表，傳統(tǒng)儀器以專一、固定的形式存在，測量功能及應(yīng)用范圍只能由生產(chǎn)廠家定義并制造。在這方面，傳統(tǒng)儀器表現(xiàn)出操作復(fù)雜、不易協(xié)調(diào)等缺陷， 微電子技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)的 進(jìn)一步發(fā)展為 許多新的測試技術(shù)和測試方法 提供了平臺，新的 測試技術(shù)和測試方 法 在許多方面 已經(jīng)沖破了傳統(tǒng)測試儀器的局限性 。論文在簡要介紹了虛擬儀器概念、研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及編程軟件 LabVIEW 特點的基礎(chǔ)上，概述了音頻信號發(fā)生器的基本原理 ,分析了聲卡的功能及相關(guān)設(shè)置，并對構(gòu)成系統(tǒng)的各模塊做了詳細(xì)敘述。虛擬儀器開創(chuàng)了儀器使用者可以成為設(shè)計者的新時代，代表了儀器發(fā)展的方向，它已成為 21 世紀(jì)測試技術(shù)和儀器技術(shù)發(fā)展的主要方向。 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 38 致謝 ...................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。由于計算機的性能價格比不斷改進(jìn)， 這將 使 虛擬儀器的價格更為大眾化，用戶不必再受限于 傳統(tǒng)儀器的使用 范圍 和昂貴的價格 限制 ，進(jìn)一步降低 使用成本，減少 系統(tǒng)的開發(fā)費用和系統(tǒng)的維護(hù)費用。由于計算機強大功 能的支撐使得各種微機化的新型儀器應(yīng)運而生，特別是 80年代后期，國外提出了一種全新的儀器儀表概念 —— 虛擬儀器。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。周期短，見效快，能充分地滿足用戶不同場合的需求。近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，使用者利用這些公司提供的開發(fā)平臺軟件組建自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)，并編制測試軟件。清華大學(xué)利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車發(fā)動檢測系統(tǒng)，用于汽車發(fā)動機的出場檢驗，主要檢測發(fā)動機的功率特征、負(fù)荷特性等。虛擬儀器技術(shù)的提出和發(fā)展，標(biāo)志著二十一世紀(jì)自動測試與電子測試儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。此外由于缺乏相應(yīng)的計算機接口，配合數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理比較困難且體積相對龐大，制造成本比較高，這就增加了系統(tǒng)的開發(fā)成本。并且 ISA（ Industry Standard Architecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）總線向 PCI總線的過渡，解決了以往聲卡與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的瓶頸問題， 更加 充分發(fā)揮了 DSP芯片的性能。 詳細(xì)介紹 了軟件編程平臺 LabVIEW語言，重點分析了 LabVIEW的三種模板 。 可以在音頻范圍內(nèi) 調(diào)節(jié)輸出波形的頻率 、 幅值 和相位 的大小，當(dāng)用到方波時可以調(diào)節(jié)占空比。 概括的說， LabVIEW 作為測試軟件開發(fā)平臺有如下特點和優(yōu)點： (1) 圖 形化編程環(huán)境。 (3) 開發(fā)功能高效、通用。 LabVIEW 具有很強的開放性，是一個開放的開發(fā)環(huán)境，能和第三方軟件輕松連接，通過 LabVIEW 可以把現(xiàn)有的應(yīng)用程序和 NET 組件、 ActiveX、DLL 等相連，可以和 MATLAB 混合編程，也可以在 LabVIEW 中創(chuàng)建能在其他軟件環(huán)境中調(diào)用的獨立執(zhí)行程序或動態(tài)鏈接庫。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù) 據(jù)，節(jié)點被用來實現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向。 操作工具：使用該工具來操作前面板的控制和顯示。 對象彈出菜單工具：用左鼠標(biāo)鍵可以彈出對象的彈出式菜單 。 與上述工具模板不同，控制和功能模板只顯示頂層子模板的圖標(biāo)。 控制 模板如 圖 24 所示。該模板上的每一個頂層圖標(biāo)都表示一個子模板。 字符串 子模板 ： 用于連接兩個或更多字符串，抽取字符串子集，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖 25 功能模板 11 為字符串以及格式化字符串，以便進(jìn)行文字處理或電子表格應(yīng)用。 應(yīng)用程序控制子模板 ： 通過本地計算機或網(wǎng)絡(luò)控制 VI，可同時控制多個 VI。 聲卡的工作流程 輸入時，麥克風(fēng)或線路輸入 (Line In)獲取的音頻信號通過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送到計算機進(jìn)行播放、錄音等各種處理；輸出時，計算機通過總線將數(shù)字化的聲音信號以 PCM(Pulse Code Modulation，脈沖編碼調(diào)制 )方式送到 D/A轉(zhuǎn)換器，變成模擬的音頻信號，通過功放或線路輸出 (Line Out)送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波。 (3) 聲道數(shù) ：聲道數(shù)是衡量聲卡檔次的重要指標(biāo)之一，可以分為單聲道、準(zhǔn)立體聲、立體聲和 。 正弦波 頻率、幅值的設(shè)置 聲卡初始化 波形選擇 程序終止 釋放聲卡占用資源 聲卡輸出 波形輸入聲卡 三角波 方 波 鋸齒 波 POWER 14 表 31 數(shù)據(jù)類型對應(yīng)的信號發(fā)生器 圖 31 Express VI 仿真信號發(fā)生器 圖 32 波形發(fā)生器子 VI 模板 圖 33 普通信號發(fā)生器子 VI 模板 3 種信號發(fā)生器 功能相同 ， 都能產(chǎn)生基本信號 ，主要區(qū)別 是 使用的難易程度和靈活性不同 , Express Ⅵ 仿真信號發(fā)生器產(chǎn)生動態(tài)數(shù)據(jù)類型的信號，使用起來最簡單；普通信號發(fā)生器 VI 產(chǎn)生數(shù)組類型的信號，使用起來比較復(fù)雜；波形發(fā)生器 VI 產(chǎn)生波數(shù)據(jù)形式 信號發(fā)生器 動態(tài)數(shù)據(jù) Express VI 仿真信號發(fā)生器 波形數(shù)據(jù) 波形發(fā)生器 VI 數(shù) 組 普通信號發(fā)生器 VI 15 形數(shù)據(jù)，使用的復(fù)雜程度介于兩者之間。 (3) 信號重置 信號重置的改變在預(yù)覽 窗口看不到效果，這個選項在該Ⅵ被放在循環(huán)等結(jié)構(gòu)中重復(fù)運行時起作用。對于一般的多諧信號，可以用多諧信號附加噪聲的波形發(fā)生器 Tones and Noise Waveform. vi 來產(chǎn)生，這是一個產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的 VI。 下面要介 Formula Waveform. vi， 找到這個Ⅵ的途徑是 All Functions → Analyze → Waveform Generation → Formula Waveform . vi 。一 般聲音輸出設(shè)備不可共享， 在某個程序運行之前，設(shè)備已被其他應(yīng)用程序占用，則此應(yīng)用程序不能再使用該設(shè)備。常用三種圖形控件為 —— Waveform Chart ,Waveform Graph 和 XY Waveform。 (4) Waveform Chart 包含的 主要 組件和功能 有： a. 標(biāo)簽 (Label):對象的標(biāo)識，在程序中通過對象的標(biāo)簽實現(xiàn)對對象的訪問 ； b. 標(biāo)題 (Caption):對象的名稱，默認(rèn)情況下和對象的標(biāo)簽相同； c. 縱坐標(biāo) (Y Scale):默 認(rèn)標(biāo)簽是 Amplitude，可用標(biāo)簽工具修改。 23 圖 317 Waveform Chart 參數(shù)設(shè)置對話框 圖 318 Y 軸刻度顯示格式設(shè)置 圖 319 繪圖圖例設(shè)置 24 圖 320 Waveform Chart 屬性對話框 Waveform Graph (1