【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(yùn)行結(jié) 果 雙通道音頻信號(hào)發(fā)生器 運(yùn)行結(jié)果顯示 雙通道音頻信號(hào)發(fā)生器可以左右聲道一起運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出信號(hào)，同時(shí)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(gè)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(kāi)關(guān)控件表示，標(biāo)記為 “ ON”。 (2) 一個(gè)布爾型開(kāi)關(guān)控件， 用作總開(kāi)關(guān)，標(biāo)記為 “ power”。 當(dāng)繪制多條曲線時(shí)，可接受如下數(shù)據(jù)格式： a. 連接二維數(shù)組 ； b. 連接一個(gè)簇 ； c. 把數(shù)組打包成簇，然后以簇作為元素組成簇?cái)?shù)組 ； d. 在由數(shù)值類(lèi)型元素 Xo， dX 以及以簇為元素的數(shù)組這 3 個(gè)元素組成的簇中 數(shù)組元素的每一個(gè)簇元素都由一個(gè)數(shù)組打包而成，每個(gè)數(shù)組都是一條曲線 ； e. 連接由簇作為元素的二維簇?cái)?shù)組 。例如設(shè)置是以浮點(diǎn)數(shù)還是以科學(xué)計(jì)數(shù)法顯示數(shù)據(jù)，小數(shù)點(diǎn)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(gè)點(diǎn)； b. 當(dāng)輸入數(shù)組，每次推進(jìn)的點(diǎn)數(shù)等于數(shù)組長(zhǎng)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(cè)試信號(hào)分析處理中常見(jiàn)的 sinc 函數(shù)， 其請(qǐng)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(hào)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(hào)。除了在參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框中設(shè)置參數(shù)，也允許通過(guò)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(jī)會(huì)。 它的參數(shù)設(shè)定對(duì)話(huà)框如圖 35。 13 3 系統(tǒng)整體方案 和各組成部分方案設(shè) 計(jì) 系統(tǒng)整體方案設(shè) 計(jì) 虛擬音頻信號(hào)發(fā)生器的總流程如下圖所示，使用時(shí)先按下電源 power按鈕，運(yùn)行程序，然后 設(shè)置聲卡 以及通過(guò)波形選擇開(kāi)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(hào)就可在顯示屏上顯示并通過(guò)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(shí)通過(guò)對(duì)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(jì)。 比較子模板：包括各種比較運(yùn)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(lèi)型的控制和顯示。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊頂層子模板圖標(biāo)就可以展開(kāi)對(duì)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(duì)這個(gè)子模板變成浮動(dòng)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(duì)象的連框大小時(shí)，會(huì)變成相應(yīng)形狀。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動(dòng)，并可以放置在屏幕的任意位置。前面板是 LabVIEW VI 的圖形用戶(hù)接口， 集成了用戶(hù)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(dòng)。被連接的對(duì)象之間的數(shù)據(jù)流控制著執(zhí)行程序，并允許有多個(gè)數(shù)據(jù)通路同步運(yùn)行。順應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展，一些專(zhuān)業(yè)測(cè)試開(kāi)發(fā)平臺(tái)紛紛推向市場(chǎng)，如 HPVEE、組態(tài)軟件平臺(tái)、 TPS 平臺(tái)等，但這些平臺(tái)的專(zhuān)用性太強(qiáng)，可擴(kuò)展性、通用性比較差。 第四章 介紹音頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程 ，包括系統(tǒng)的 前面板設(shè)計(jì)和流程框圖的設(shè)計(jì) ,并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的 運(yùn)行 結(jié)果進(jìn)行 顯示 。 課題內(nèi)容 本課題以計(jì)算機(jī)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了音頻信號(hào)發(fā)生器的軟件化設(shè)計(jì)，能夠完成對(duì)多種常用信號(hào)的生成及模擬輸出。硬件解決信號(hào)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(hào)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(jià)格昂貴，用商用采集卡來(lái)開(kāi)發(fā) 系統(tǒng) 成本較大。在這種傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器 已嚴(yán)重滯后于信息時(shí)代和工程實(shí)際需要的背景下，人們開(kāi)始致力于開(kāi)發(fā)虛擬信號(hào)發(fā)生器。其主要產(chǎn)品有數(shù)字存儲(chǔ)示波器系列、任意波形發(fā)生器及頻率計(jì)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(kāi)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(jī)廣泛采用的 USB 串行總線和 IEEE1394 總線。 (4) 性?xún)r(jià)比高。虛擬儀器主要是指 后面 這種方式 。傳統(tǒng)儀器在實(shí)現(xiàn)這三大功能時(shí)，是以固化的電路結(jié)構(gòu)來(lái)完成的，其專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，用戶(hù)難以改變儀器的測(cè)量功能，因此測(cè)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(cè)量與控制都離不開(kāi)儀器儀表，傳統(tǒng)儀器以專(zhuān)一、固定的形式存在，測(cè)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的 進(jìn)一步發(fā)展為 許多新的測(cè)試技術(shù)和測(cè)試方法 提供了平臺(tái)，新的 測(cè)試技術(shù)和測(cè)試方 法 在許多方面 已經(jīng)沖破了傳統(tǒng)測(cè)試儀器的局限性 。論文在簡(jiǎn)要介紹了虛擬儀器概念、研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及編程軟件 LabVIEW 特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，概述了音頻信號(hào)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(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各模塊做了詳細(xì)敘述。虛擬儀器開(kāi)創(chuàng)了儀器使用者可以成為設(shè)計(jì)者的新時(shí)代，代表了儀器發(fā)展的方向，它已成為 21 世紀(jì)測(cè)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(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。由于計(jì)算機(jī)的性能價(jià)格比不斷改進(jìn)， 這將 使 虛擬儀器的價(jià)格更為大眾化，用戶(hù)不必再受限于 傳統(tǒng)儀器的使用 范圍 和昂貴的價(jià)格 限制 ，進(jìn)一步降低 使用成本，減少 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用和系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。由于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大功 能的支撐使得各種微機(jī)化的新型儀器應(yīng)運(yùn)而生，特別是 80年代后期，國(guó)外提出了一種全新的儀器儀表概念 —— 虛擬儀器。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。周期短，見(jiàn)效快，能充分地滿(mǎn)足用戶(hù)不同場(chǎng)合的需求。近年來(lái)，世界各國(guó)的虛擬儀器公司開(kāi)發(fā)了不少虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件，使用者利用這些公司提供的開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件組建自己的虛擬儀器或測(cè)試系統(tǒng)，并編制測(cè)試軟件。清華大學(xué)利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車(chē)發(fā)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的出場(chǎng)檢驗(yàn)，主要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)測(cè)試與電子測(cè)試儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。此外由于缺乏相應(yīng)的計(jì)算機(jī)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(duì)龐大，制造成本比較高，這就增加了系統(tǒng)的開(kāi)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(guò)渡，解決了以往聲卡與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的瓶頸問(wèn)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(tái) LabVIEW語(yǔ)言，重點(diǎn)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(shí)可以調(diào)節(jié)占空比。 概括的說(shuō)， LabVIEW 作為測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)有如下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)： (1) 圖 形化編程環(huán)境。 (3) 開(kāi)發(fā)功能高效、通用。 LabVIEW 具有很強(qiáng)的開(kāi)放性，是一個(gè)開(kāi)放的開(kāi)發(fā)環(huán)境，能和第三方軟件輕松連接，通過(guò) 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(dú)立執(zhí)行程序或動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。其中端口被用來(lái)同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù) 據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。 操作工具：使用該工具來(lái)操作前面板的控制和顯示。 對(duì)象彈出菜單工具：用左鼠標(biāo)鍵可以彈出對(duì)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(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。 字符串 子模板 ： 用于連接兩個(gè)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(guò)本地計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)控制 VI，可同時(shí)控制多個(gè) VI。 聲卡的工作流程 輸入時(shí)，麥克風(fēng)或線路輸入 (Line In)獲取的音頻信號(hào)通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行播放、錄音等各種處理；輸出時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)總線將數(shù)字化的聲音信號(hào)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(hào)，通過(guò)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(lèi)型對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器 圖 31 Express VI 仿真信號(hào)發(fā)生器 圖 32 波形發(fā)生器子 VI 模板 圖 33 普通信號(hào)發(fā)生器子 VI 模板 3 種信號(hào)發(fā)生器 功能相同 ， 都能產(chǎn)生基本信號(hào) ，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(hào)發(fā)生器產(chǎn)生動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類(lèi)型的信號(hào)，使用起來(lái)最簡(jiǎn)單；普通信號(hào)發(fā)生器 VI 產(chǎn)生數(shù)組類(lèi)型的信號(hào)，使用起來(lái)比較復(fù)雜；波形發(fā)生器 VI 產(chǎn)生波數(shù)據(jù)形式 信號(hào)發(fā)生器 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù) Express VI 仿真信號(hào)發(fā)生器 波形數(shù)據(jù) 波形發(fā)生器 VI 數(shù) 組 普通信號(hào)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(hào)重置 信號(hào)重置的改變?cè)陬A(yù)覽 窗口看不到效果，這個(gè)選項(xiàng)在該Ⅵ被放在循環(huán)等結(jié)構(gòu)中重復(fù)運(yùn)行時(shí)起作用。對(duì)于一般的多諧信號(hào)，可以用多諧信號(hào)附加噪聲的波形發(fā)生器 Tones and Noise Waveform. vi 來(lái)產(chǎn)生，這是一個(gè)產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的 VI。 下面要介 Formula Waveform. vi， 找到這個(gè)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(gè)程序運(yùn)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(duì)象的標(biāo)識(shí)，在程序中通過(guò)對(duì)象的標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的訪問(wèn) ； b. 標(biāo)題 (Caption):對(duì)象的名稱(chēng)，默認(rèn)情況下和對(duì)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(duì)話(huà)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(duì)話(huà)框 Waveform Graph (1