【正文】 Read .VI 的后面板如圖 37 所示 ： 圖 37 Sound Input Read .VI 的后面板 程序說明： 該函數(shù)用于等待采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿的消息。 圖 34 Sound Input Configure .Vi 的前面板 Sound Input Configure .Vi 的后面板如圖 35 所示。其中包含 三項(xiàng)數(shù)據(jù)，分別為： sound quality； rate； bits persample。 聲卡的采樣頻率（ rate）有 4種選擇，即 8000Hz， 11025Hz， 22050Hz 和 44100Hz，采樣頻率不同，采到的波形的質(zhì)量也不同，應(yīng)視具體情況采用合適的頻率，在設(shè)計(jì)中，為了得到良好的演示效果，我采用了 44100Hz 的采樣頻率。圖標(biāo)是Sub VI 的直觀標(biāo)記，是 Sub VI 在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式，而連接端口則表示該 Sub VI 與調(diào)用它的 VI 之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的輸入 /輸出口，就象傳統(tǒng)編程語(yǔ)言子程序的參數(shù)。 LABVIEW 中有三種類型的數(shù)據(jù)端口：控制端口和指示端口以及節(jié)點(diǎn)端口。控制和顯示是以各種圖標(biāo)形 式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂。它除了編程方式不同外，具有編程語(yǔ)言的所有特點(diǎn)，稱之為圖形化編程語(yǔ)言（簡(jiǎn)稱 G 語(yǔ)言）。它能夠?yàn)榧墒綔y(cè)量方案提供功能強(qiáng)大且完備的測(cè)量分析庫(kù)，這些軟件庫(kù)可以完成 極限測(cè)試、頻率分析、濾波及信號(hào)生成等任務(wù)。通過波形的顯示， 最后 把波形的其他參數(shù)以數(shù)字的形式都顯示出來。注意圖 32 中的相關(guān)功能都不能處于靜音狀態(tài)。 （ 4）沒有基準(zhǔn)電壓 聲卡不提供基準(zhǔn)電壓，因此無論是 D/A 還是 A/D 在使用時(shí)，都需要用戶自己參照基準(zhǔn)電壓進(jìn)行標(biāo)定。在這種工作方式下，聲卡的 A/D、 D/A 都對(duì)某一緩沖區(qū)進(jìn)行操作。 只能達(dá)到 FM廣播的聲音品質(zhì)； 是理論上的 CD音質(zhì)界限， 48kHz 則更好一些。另外這兩個(gè)通道是共地的。 聲卡的硬件結(jié)構(gòu) 圖 21 是一個(gè)聲卡的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。 聲卡的作用 從數(shù)據(jù)采集的角度看，聲卡是一種音頻范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡， 是計(jì)算機(jī)與外部的模擬量 間 環(huán)境聯(lián)系的重要途徑。 LABVIEW 作為開發(fā)環(huán)境具有的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下所述： （ 1）圖形編程化，降低了對(duì)使用者編程經(jīng)驗(yàn)的要求，易于工程師使用 ； （ 2）采用面向?qū)ο蟮?方法和概念，有利于軟件的開發(fā)和再利用 ； （ 3）對(duì)象、框圖及其構(gòu)成的虛擬儀器在 Windows， Windows NT、 UNIX 等多平臺(tái)之間和各種 PC 機(jī)及工作站間兼容，便于軟件移植 ； （ 4） 支持 550 多種標(biāo)準(zhǔn)總線設(shè)備及數(shù)據(jù)采集卡，如串行接口、 GPIB、 VXI 等； （ 5）具有豐富的庫(kù)函數(shù)和例子，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用程序，用戶可以從例子中取得程序框架，便于提高開發(fā)速度； （ 6）具有比較完備的代碼接口，可調(diào)用 Windows 中的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（ DLL）中的函數(shù)以及 C 語(yǔ)言程序，以彌補(bǔ)自身的某些不足； （ 7）直接支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（ DDE）、對(duì)象聯(lián)接與嵌入（ OLE）、結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（ SQL） 、便于與其他 Windows 應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序接口； （ 8）支持 TCP， UDP 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，可遙控分布在其他微機(jī)上的虛擬儀器設(shè)備； （ 9）為加強(qiáng) LABVIEW 的功能，適應(yīng)各種工業(yè)應(yīng)用的需要， NI 公司又開發(fā)了一系列與LABVIEW 配合使用的軟件包，如自動(dòng)測(cè)試工具、可連接 25 種數(shù)據(jù)庫(kù)的 SQL 工具、 SPC 分析函數(shù)工具、信號(hào)處理套件、 PID 控制工具、圖形控制工具等。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ，在設(shè)計(jì)中必須考慮以下因素：開發(fā)成本 低、執(zhí)行效率佳、程序彈性大、開放性架構(gòu)易于擴(kuò)充。美國(guó)國(guó)家儀器公司提出的“軟件即儀器”（ The Software is the Instrument）形象的概況了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。 （ 5）程序測(cè)試。 （ 3）設(shè)計(jì)用戶界面。 在創(chuàng)建開發(fā)原型的過程中，開發(fā)人員要與程序的最終使用 人員進(jìn)行充分的交流。 第二章， 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ：首先講述 Labview 軟件創(chuàng)建過程 ，過度到 設(shè)計(jì)方案的比較 ，進(jìn)而講述了 聲卡采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn) 。硬件平臺(tái)主要完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的進(jìn)行調(diào)理和采集。 圖形化編程平臺(tái)的進(jìn)一步發(fā)展和完善是虛擬儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。虛擬儀器還可以廣泛用于電力工程、物礦 勘探 、醫(yī)療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、 故障診斷及 教學(xué)科研等多個(gè)方面。 虛擬儀器的概念 虛擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⒂?jì)算機(jī)、軟件的功能模塊和儀器硬件結(jié)合起來，用 戶可以通過友好的圖形界面（通常叫做虛擬前面板，簡(jiǎn)稱前面板）來操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)就像在操作自己定義、自己設(shè)計(jì)的一臺(tái)個(gè)人儀器一樣，從而完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)字存儲(chǔ)等。第三代智能儀器，這類儀器內(nèi)置微 處理器，可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試和數(shù)據(jù)處理功能，可能代替部分腦力 工作 ，習(xí)慣上稱為智能儀器。 關(guān)鍵詞：虛擬儀 器 ；數(shù)據(jù)采集；聲卡 Virtual Instrument Design Data Acquisition System Abstract Virtual Instrument by the General Instrument hardware platform (the hardware platform) and consisted of two major applications. The main hardware platform to plete the conduct of the measured signal conditioning and acquisition. Hardware equipment can be a plugin data acquisition card and the necessary peripheral circuits (including the signal conditioning circuits, A / D converter, digital I / O, timer, D / A converters, etc.), or with the standard bus interface equipment, such as GPIB, VXI, PXI, STD, PCI bus devices and work equipment and so on. Currently on the market A / D acquisition card and data acquisition cards, as well as the standard bus interface with the equipment, their prices are expensive to design for the purposes of graduation, as well as the usefulness of the significant cost of not very high. To take into account the puter39。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 IV 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、論 文、圖表、實(shí)物樣品等〕： 1．一套完整的虛擬 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ； 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 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。電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展至今，大體上可以分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能 儀器 和虛擬儀器。隨著現(xiàn)在硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器的智能化和虛擬化成為各級(jí)實(shí)驗(yàn)室以及研究機(jī)構(gòu)發(fā)展的方向。用戶可以根據(jù)自己的需要，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用要求。 虛擬儀器在組成和改變儀器的功能和技術(shù)性能方面具有靈活性和經(jīng)濟(jì)性，因而特別適應(yīng)于當(dāng)代科學(xué)顯示器 信號(hào)分析及處理器 入機(jī)接口 各類接口 A/D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)據(jù)發(fā)生器 信號(hào)調(diào)理器 信號(hào)調(diào)理器 輸入 信號(hào) D/A轉(zhuǎn)換器 信號(hào)調(diào)理器 信號(hào) 輸出 技術(shù)迅速發(fā)展和科學(xué)研究不斷深化所提出的更高跟新的測(cè)量課題和測(cè)量需要。 VXI 總線將成為未來虛擬儀器的理想硬件平臺(tái)，這是由 VXI 總線的性能決定的；另一方面，基于 PCIDAQ 的虛擬儀器系統(tǒng)由于性價(jià)比高、靈活性好而受到 大多數(shù)用戶的青睞，將得到高速的發(fā)展。 利用聲卡實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集，制作成一個(gè)簡(jiǎn)易的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ，能夠 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、 模擬采集 數(shù)據(jù)、波形顯示、 進(jìn)行低頻濾波 四大功能。本章將詳細(xì)討論對(duì) 數(shù)據(jù)采集 時(shí)幾種方案的比較。選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ甙鼘?huì)達(dá)到事半功倍的效果。鮮明就是說：需要強(qiáng)調(diào)的部分一 定要用顏色加以突出，體現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)程序的特點(diǎn)，減少用戶操作過程中犯錯(cuò)誤 機(jī)會(huì)。對(duì)于高級(jí)程序員來說，還要考慮程序的性能如何，能否滿足速度與響應(yīng)的要求以及內(nèi)存的使用情況。 （ 2）用專業(yè)圖形化編程軟件開發(fā)。這就大大縮短了虛擬儀器的開發(fā)周期、消除了虛擬儀器編程的復(fù)雜過程。普通聲卡，具有 16位的量化精度、數(shù)據(jù)采集頻率是 ，完全可以滿足特定應(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)采集卡的十幾分之一甚至幾十分之一。 （ 2）編輯和合成處理 通過對(duì)聲音文件進(jìn)行多種特技效果的處理，包括加入回聲，倒放，淡入淡出，往返放音以及左右兩個(gè)聲道交叉放音等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種聲源音量的控制和混合。 圖 21 聲卡的硬件結(jié)構(gòu)示意圖 輸入接口 Line In 和 Mic In 的區(qū)別在于，后者可以接入較弱的信號(hào)， 幅值大約為，顯然這個(gè)信號(hào)較易受干擾，因而常使用 Line In，它可以接入幅值約為不超過 的信號(hào)。比較之下，一段相同的音樂信息， 16位聲卡能把它分為 64000 個(gè)精度單位進(jìn)行處理，而 8 位聲卡只能處理 256 個(gè)精度單位，最終采樣效果當(dāng)然是無法相提并論的。 （ 3）緩沖區(qū) 與一般數(shù)據(jù)采樣卡不同，聲卡面臨的 D/A 和 A/D 任務(wù)通常是連續(xù)狀態(tài)的。 一般聲卡使用的緩沖區(qū)長(zhǎng)度的默認(rèn)值是 8KB（ 8192 字節(jié)）。一般來說，這里的設(shè)置有兩層含義，首先是要配置所需的功能，其次是要保證已經(jīng)配置的功能不處于關(guān)閉（靜音）狀態(tài)。如果測(cè)試輸入信號(hào)，則使用測(cè)試線 1 把信號(hào)源連接到聲卡輸入端 Line In 口；如果測(cè)試輸出信號(hào)，就把該測(cè)試線連接到聲卡輸出端 Line Out 口。無論是使用基于計(jì)算機(jī)的插入式儀器設(shè)備，還是使用 GPIB， VXI， Ether 接口或是串口的獨(dú)立儀器設(shè)備， LABVIEW 內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)和具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件都可以對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制。 DLL 提供最大的靈活性，可以將 LABVIEW 與其他開發(fā)工具如 VB， VC 和 NI 的 Measurement Studio 結(jié)合起來。 LABVIEW 程序組成 該環(huán)境包括三個(gè)部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo) /連接端口。節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)連線按照一定的邏輯關(guān)系相互連接，可定義框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向?？刂屏鲌?zhí)行的是指令驅(qū)動(dòng)，而數(shù)據(jù)流執(zhí)行的是數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)或依賴數(shù)據(jù)的 。另外，用單聲道采樣，左右聲道信號(hào)都相同，而且每個(gè)聲道的幅值只有原信號(hào)幅值的 1/2；采用立體聲采樣，左右聲道互不干擾，可以采兩路不同的信號(hào)，而且采樣的信號(hào)幅值與原幅值相同。 1） Functions → Structures → While Loop 選擇 While 循環(huán)。 6)聲卡參數(shù)設(shè)置如如圖 331 圖 331 數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置 虛擬儀器 Sound Input Configure .Vi 的前面板如圖 34所示。 Sound → Sound → Input → Configure 選擇 configure函數(shù)。 Sound → Sound → Input → Read 選擇 read 函數(shù)。 正弦波 ： 公式為 y=Asin(ωx+φ ） A 為振幅， ω 周期， φ 相位。 1=x2 輸入 f[x_]:=f[x2] /。 后面板實(shí)現(xiàn)模塊如圖： 前面板演示如圖 313，可以設(shè)定截止頻率： 圖 313 前面板演示圖 低頻濾波 器配置方法 如圖 314 所示 : 314 頻譜分析模塊 的前面板 波形 顯示模塊 波形 顯示模塊如圖 315 所示 ： 圖 315 波形 顯示模塊 程序說明： 波形顯示控件可以手動(dòng)調(diào)整 X、 Y軸的最大值和最小值，這樣可以更準(zhǔn)確的分析波形。 圖 41 程序前面板 聲卡配置 1 采樣頻率 系統(tǒng)能測(cè)試到的最高頻率與電路所選器