【正文】 頻率的兩倍。 由于本設(shè)計(jì)中聲卡采用的的采樣頻率為44100Hz， 所以 理論上 當(dāng) 發(fā)生的信號頻率高于 22100Hz 就會(huì)有失真，但是實(shí)際中不可能實(shí)現(xiàn)理想采樣，故引起波形失真的信號最小頻率會(huì)低于 22100Hz。 圖 48 雙通道音 頻信號 發(fā)生器 流程圖設(shè)計(jì) 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 31 圖 49 單通道 音頻信號發(fā)生器流程圖設(shè)計(jì) 音頻信號發(fā)生器 運(yùn)行結(jié)果 顯示 單聲道音頻信號發(fā)生器 運(yùn)行結(jié)果 顯示 (1) 頻率 200Hz,振幅 1，相位 30，四種波形顯示（矩形波的占空比 50） ，如圖 410。 波形選擇用 case 結(jié)構(gòu)，由數(shù)值型控件“波形選擇”作為控制條件，結(jié)構(gòu)里放置仿真 信號發(fā)生器子程序。本設(shè)計(jì)選用 Waveform Graph 顯示 ， 調(diào)用途徑 ControlsGraph indictorsWaveform Graph。 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 26 4 音頻信號發(fā)生器系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與 結(jié)果顯示 音頻信號發(fā)生器 前面板的設(shè)計(jì) (1) 五個(gè)輸入型數(shù)字控件，五個(gè)輸入型數(shù)字 控件提供使用者鍵入生成 四種 波的頻 率、幅值、相位、占空比。 (2) 可繪制一條或多條曲線，數(shù)據(jù)組織格式不同?？潭韧瑯涌? 用標(biāo)簽工具進(jìn)行修改。 Waveform Chart (1) Waveform Chart 是逐點(diǎn)（或者一次多個(gè)點(diǎn)）顯示 的實(shí)時(shí)趨勢圖控件，它 有 一個(gè)緩沖區(qū) ，長度可設(shè)置 ，有三種更新模式（ Strip Chart、 Scope Chart 、 Sweep Chart ）。所以，在程序中一旦對聲卡使用完畢，應(yīng)立即釋放它。 Formula Waveform. vi 給出了 6個(gè)自變量，用于描述公式。各端口的含義、設(shè)置 如圖 39， 這 和仿真信號發(fā)生器 Simulate Signal. vi 基本類似，只是設(shè)置的途徑略有不同。 它決定了該 VI 每次運(yùn)行的起點(diǎn)是從對話框的設(shè)定值開始 ，還是從該 VI 上一次運(yùn)行結(jié)束點(diǎn)的狀態(tài)開始。 圖 34 表示了信號類型和信號發(fā)生器 VI 對應(yīng)表。 (4) 頻率范圍和頻率響應(yīng)：前者是指音響系統(tǒng)能夠回放的最低有效回放頻率與最高有效回放頻率之間的范圍。 聲卡主要技術(shù)指標(biāo) (1) 采樣位數(shù)：采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度。 圖形與聲音子模板 ： 可顯示自定義圖象，輸入、輸出圖形文件的數(shù)據(jù)，也可播放聲音。 群子模板：包括群的處理函數(shù)，以及群常數(shù)等。若功能模板不出現(xiàn)，則可以用 Windows 菜單下的 Show Functions Palette 功能打開它，也可以在框圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板 。 圖 24 控制 模板 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 10 以下介紹幾個(gè)常用的模板： 數(shù)值子模板：包含數(shù)值的控制和顯示。在這些頂層子模板中包含許多不同的控制或功能子模板。 漫游工具：使用該工具就可以不需要使用滾動(dòng)條而在窗口中漫游。使用它向數(shù)字或字符串控制中鍵入值時(shí)，工具會(huì)變成 標(biāo)簽工具的形狀。 它和文本式 開發(fā)平臺（如 VC++）中的 *.h、 *.cpp 等文件的作用是一樣的，只是 LabVIEW 流程圖的開發(fā)是圖形化的，更簡單、高效、直觀，如圖 22。 由于 LabVIEW 虛擬儀器系統(tǒng)具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)將采用 LabVIEW 作為編程的開發(fā)平臺。 LabVIEW 是一個(gè)帶有擴(kuò)展功能庫和子程序庫的通用程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，提供數(shù)百種功能模塊（類似其他計(jì)算機(jī)語言的子程序或函數(shù)），包括算術(shù)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、信號采集、信號輸出、數(shù)據(jù)存取、信號分析處理、數(shù)據(jù)通 信等功能模塊，涵蓋了測試的各個(gè)環(huán)節(jié)，用戶通過拖放及簡單的連線，就 可以在極短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)好一個(gè)高效而使用的測試軟件，再配以 相 應(yīng)的硬件就可以完成各 種測試任務(wù)。 LabVIEW 的基本編程單元是圖標(biāo)，不同的圖標(biāo)表示不同的功能模塊。 軟件 LabVIEW 概述 當(dāng)今， C/C++、 VC、 VB 和美國國家儀器（ NI）公司的 LabVIEW 都可以作為虛擬儀器的軟件開發(fā)工具。除此之外對系統(tǒng)所用硬件 —— 聲卡的工作原理，工作流程及各項(xiàng)指標(biāo)做了介紹，為后面的編程奠定基礎(chǔ) 。 在聲卡性能越來越好，成本越來越低，普遍率越來越高的情況下，利用聲卡可在 音頻范圍內(nèi)代替專用的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和輸出，不需要增加任何硬件就能使西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 5 計(jì)算機(jī)成為 音頻 信號發(fā)生器。 虛擬儀器技術(shù) 的提出和飛快發(fā)展和傳統(tǒng)臺式音頻信號發(fā)生器表現(xiàn)出的弊端，使得虛擬音頻信號發(fā)生器 應(yīng)運(yùn)而生。 課題的意義 信號發(fā)生器是一種常用的信號源，是電子工程師在進(jìn)行各種測試和診斷時(shí)必備的工具，廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域。一臺發(fā)動(dòng)機(jī)檢測完后，就可打印出完整的檢測報(bào)告。最早和最具有影響力的開發(fā)軟件，是 NI 公司的 LabVIEW 軟件和 LabWindows/CVI 開發(fā)軟件。 (3) 系統(tǒng)的開放性強(qiáng)。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。這種概念的提出為測量與控制領(lǐng)域中 技術(shù)的發(fā)展帶來了空間，在解決 上述 傳統(tǒng)儀器面臨的問題方面輕松自如，同時(shí) 也使進(jìn)入信息時(shí)代的人們在測量觀念上產(chǎn)生了更多的新思想和新概念。此外，新型筆記本電腦又把虛擬儀器的便攜性和強(qiáng)大功 能推向一個(gè)新的水平 ， 所有這些必將加快虛擬儀器的發(fā)展，使它的功能和應(yīng)用領(lǐng)域不斷增強(qiáng)和擴(kuò)大 ， 本文設(shè)計(jì)的虛擬音頻信號發(fā)生器正是在這個(gè)背景下確立的。 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 38 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 1 1 緒論 課題背景 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日新月異，測控儀器正經(jīng)歷著一場翻天覆地的變化。虛擬儀器開創(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)測試技術(shù)和儀器技術(shù)發(fā)展的主要方向。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(diǎn)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。 1986年美國國家儀器公司 (National Instrument)首先提出了虛擬儀器的概念，它有別于傳統(tǒng)的測試儀器， 功能和性能已被 不斷地提高，如今在許多應(yīng)用中 已成為傳統(tǒng)儀器的主要替代方式。由于技術(shù)復(fù)雜，所以功能更新緩慢。如果由計(jì)算機(jī)技術(shù)支撐的虛擬儀器系統(tǒng)來完成上述三大功能，充分利用計(jì)算機(jī)的軟件和硬件優(yōu)勢，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析和處理 ，這種方式突破了傳統(tǒng)儀器在測量速度、測量功能以及適應(yīng)范圍的局限，并且給用戶拓展了想象空間。 虛擬儀器之所以能夠得到迅速的發(fā)展與應(yīng)用和它所表現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)顯然是分不開的，概括說來有如下幾點(diǎn)： (1) 軟件為核心。 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 3 虛擬儀器之所以能達(dá)到一機(jī)多用的功效，是由于它 測量功能的設(shè)置是極為方便的，技術(shù)更新周期短，系統(tǒng)組建時(shí)間少，同時(shí)由于測量時(shí)完全采用數(shù)字化，降低了環(huán)境干擾和系統(tǒng)誤差的影響。世界各國的公司，特別是美國 NI 公司，為使虛擬儀器能夠適應(yīng)上述各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件以及適應(yīng)要求的硬件，可以靈活的組建不同復(fù)雜的虛擬儀器子自動(dòng)檢測系統(tǒng)。LabVIEW 作為虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)的杰出代表，在我國雖然引進(jìn)的時(shí)間不長，但是現(xiàn)在己經(jīng)被認(rèn)識和推廣、應(yīng)用，它促進(jìn)了中國測試領(lǐng)域的技術(shù)革命，在科研及教育領(lǐng)域都得到了迅速推廣。它把計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、軟件技術(shù)很好地結(jié)合起來， 由用戶定義儀器功能，桌面整潔，操做條理，不但使測量人員從繁復(fù)的儀器堆中解放出來，而且具 有精度高、速度快、系統(tǒng)組建時(shí)間短、可擴(kuò)展性強(qiáng)、技術(shù)更新快和儀器智能化等優(yōu)點(diǎn)， 尤其是在需要現(xiàn)場測試的地方發(fā)揮了很大的優(yōu)勢。為了降低開發(fā)成本，本次設(shè)計(jì)的虛擬音頻 信號發(fā)生器就 采用 PC機(jī)聲卡代替價(jià)格昂貴的商用數(shù)據(jù)采集卡做為模數(shù)轉(zhuǎn)換工具輸出模擬的語音信號 。內(nèi)容主要涉及了音頻信號發(fā)生器的軟面板制作，常用信號的生成及顯示，聲卡驅(qū)動(dòng)程序的應(yīng)用。 第五章 介紹對系統(tǒng)進(jìn)行的調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果的分析 。 NI 公司的 LabVIEW 全稱叫 Laboratory Virtual Instrument Engineering Work Bench，它是一個(gè)高效的圖形化程序設(shè)計(jì)語言。其編程過程近似人的思維過程，直觀易學(xué)，編程效率高，無須編寫任何文本格式的代碼，易為多數(shù)工程技術(shù)人員接受。 LabVIEW 提供了數(shù)百種儀器的源碼級驅(qū)動(dòng)程序，包括 DAQ、 GPIB（ IEEE488）、 PXI、 VXI、 RS232，根據(jù)需要還可以在 LabVIEW中自行開發(fā)各種硬件驅(qū)動(dòng)程序，也可以通過動(dòng)態(tài)鏈接庫（ DLL）利用其他語言開發(fā)函數(shù)庫，從而進(jìn)一步擴(kuò)展其功能 。前面板包括旋鈕、按鈕、圖形和其他的控制（ Controls）與顯示 (Indicators)模塊。操縱模板共有三類 : 工具 (Tools) 模板、控制 (Controls) 模板和功能 (Functions)模板或稱函數(shù)模板。 標(biāo)簽工具：用于輸入標(biāo)簽文本或者創(chuàng)建自由標(biāo)簽。程序調(diào)試員可以通過控 制探 針窗口來觀察該數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)變化狀況。 控制模板 (Controls Palette) 用控制模板可以給前面板添加輸入控制和輸出顯示。 圖形子模板：顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的趨勢圖和曲線圖。以下介紹幾個(gè)常用的模板： 結(jié)構(gòu)子模板：包括程序控制結(jié)構(gòu)命令，例如循環(huán) 控制等，以及全局變量和局部變量。 時(shí)間和對話框子模板：包括對話框窗口、時(shí)間和出錯(cuò)處理函數(shù)等。 硬件聲卡 概述 本虛擬 音頻 信號發(fā)生器的硬件部分為一 具有聲卡的通用 PC機(jī) 。 (2) 采樣頻率：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(shí)越自然。程序運(yùn)行過程中，可通過面板上的控件隨時(shí)改變波形的參數(shù)（幅度、頻率、相位、占空比），關(guān)閉電源，程序停止運(yùn)行。 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 16 圖 35 Simulate Signal. vi 參數(shù)設(shè)定對話框 (1) 信號特性 首先選擇周期信號類型和能夠附加噪聲信號的類型，分別見圖 36 和圖 37。其端口圖如圖 38。)()4/3100s i n ()4/32s i n ()2/40s i n ()( tNttttx ???????? ??????式中， N(t)為均方值為 的高斯白噪聲。 圖 313 sinc 函數(shù)發(fā)生器的前面板 圖 314 sinc 函數(shù)發(fā)生器的后面板 由上邊的描述及設(shè)計(jì)的功能要求，本設(shè)計(jì)選擇 Express Ⅵ 仿真信號發(fā)生 Simulate Signal. vi 產(chǎn)生信號。 (3) LabVIEW 中的聲音格式分為 mono 8bit、 mono 16bit、 stereo 8bit 、 stereo16bit四種 。 (3) 當(dāng)繪制多曲線時(shí)，也可接受兩種數(shù)據(jù)格式。 選擇 Y Scale → Style， 可設(shè)置刻度數(shù)據(jù)的顯示格式， style 子菜單給出了 9 種刻度風(fēng)格，可以選擇是否顯示主刻度和副刻度數(shù)字及刻度線，如圖 318。 Waveform Graph 包含的組件 的 大部分功能和 Chart 是相似 ,不同之處在于 Graph沒有提供數(shù)值顯示工具，卻提供了游標(biāo)圖例（ Cursor Legend）工具 ,利用游標(biāo)圖例工西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 25 具可以用來讀取 Waveform Graph 上某一點(diǎn)的確切坐標(biāo)值。 調(diào)用途徑 ControlsClassic Controls Classic Boolean。 下面的圖 43， 44 分別為 單通道，雙通道 音頻信號發(fā)生器 的 前面板設(shè)計(jì)。 圖 47 信號發(fā)生模塊 及 case 結(jié)構(gòu)中對應(yīng) 的四種波形 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 30 (4) 音頻信號發(fā)生器流程圖綜合設(shè)計(jì) 單通道音頻信號發(fā)生器聲卡設(shè)置為“ mono 16stero” 形式。也可以只 選擇 其中一個(gè)聲道發(fā)聲，如圖 413 顯示了只運(yùn)行 左聲道 (LEFT CHANNEL)產(chǎn)生 信號 時(shí)的結(jié)果 ， 圖 414 顯示了只運(yùn)行右聲道（ RIGHT CHANNEL）產(chǎn)生信號時(shí)的結(jié)果。 PC 聲卡相對 一般 市售的 12 位 D/A 卡價(jià)格低廉很多，而且其 所具有的 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換精度高 于后者 ， 當(dāng)然聲卡只 用于 設(shè)計(jì)對應(yīng)于音頻域的信號（即處于 20Hz~2