【正文】 也可以只 選擇 其中一個聲道發(fā)聲，如圖 413 顯示了只運(yùn)行 左聲道 (LEFT CHANNEL)產(chǎn)生 信號 時的結(jié)果 ， 圖 414 顯示了只運(yùn)行右聲道（ RIGHT CHANNEL）產(chǎn)生信號時的結(jié)果。 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。 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 25 具可以用來讀取 Waveform Graph 上某一點(diǎn)的確切坐標(biāo)值。 (3) 當(dāng)繪制多曲線時，也可接受兩種數(shù)據(jù)格式。 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)計的功能要求，本設(shè)計選擇 Express Ⅵ 仿真信號發(fā)生 Simulate Signal. vi 產(chǎn)生信號。其端口圖如圖 38。程序運(yùn)行過程中，可通過面板上的控件隨時改變波形的參數(shù)（幅度、頻率、相位、占空比），關(guān)閉電源，程序停止運(yùn)行。 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) 。以下介紹幾個常用的模板： 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。 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。 標(biāo)簽工具：用于輸入標(biāo)簽文本或者創(chuàng)建自由標(biāo)簽。前面板包括旋鈕、按鈕、圖形和其他的控制（ Controls）與顯示 (Indicators)模塊。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。 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 。為了降低開發(fā)成本，本次設(shè)計的虛擬音頻 信號發(fā)生器就 采用 PC機(jī)聲卡代替價格昂貴的商用數(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 。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。 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計 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)組建時間少，同時由于測量時完全采用數(shù)字化，降低了環(huán)境干擾和系統(tǒng)誤差的影響。如果由計算機(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。 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。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。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)計的虛擬音頻信號發(fā)生器正是在這個背景下確立的。隨著計算機(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。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。 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必備的工具，廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)實(shí)驗、自動控制系統(tǒng)和科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域。 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 5 計算機(jī)成為 音頻 信號發(fā)生器。 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。 LabVIEW 是一個帶有擴(kuò)展功能庫和子程序庫的通用程序設(shè)計系統(tǒng)，提供數(shù)百種功能模塊（類似其他計算機(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，涵蓋了測試的各個環(huán)節(jié)，用戶通過拖放及簡單的連線，就 可以在極短的時間內(nèi)設(shè)計好一個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)。 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。 漫游工具：使用該工具就可以不需要使用滾動條而在窗口中漫游。 圖 24 控制 模板 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計 10 以下介紹幾個常用的模板： 數(shù)值子模板：包含數(shù)值的控制和顯示。 群子模板：包括群的處理函數(shù)，以及群常數(shù)等。 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 34 表示了信號類型和信號發(fā)生器 VI 對應(yīng)表。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。所以，在程序中一旦對聲卡使用完畢，應(yīng)立即釋放它?？潭韧瑯涌? 用標(biāo)簽工具進(jìn)行修改。 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計 26 4 音頻信號發(fā)生器系統(tǒng)的 設(shè)計與 結(jié)果顯示 音頻信號發(fā)生器 前面板的設(shè)計 (1) 五個輸入型數(shù)字控件，五個輸入型數(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。 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。 由于本設(shè)計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低于 22100Hz。當(dāng)程序選擇左聲道時 ，右聲道的聲道選擇 case 結(jié)構(gòu)處于“ FALSE” 狀態(tài)，同理，選擇右聲道，左聲道處于 “ FALSE” 狀態(tài)，當(dāng)然也可以左右聲道一起選擇運(yùn)行。 通過在控件快捷菜單中選擇 Properties， 打開控件的屬性對話窗口對控件進(jìn)行設(shè)置 ，如圖 41?？梢酝ㄟ^ Waveform Chart 的屬性對話框?qū)ζ鋵傩? 進(jìn)行 詳細(xì)的設(shè)置，如圖 320。 圖 315 聲音輸出模塊 圖 316 參數(shù)設(shè)置對話框及聲音輸出子 VI 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計 22 圖形 顯示部分 方案設(shè)計 LabVIEW 的圖形子模塊提供完成各種圖形顯示功能的控件。 b. 經(jīng)過復(fù)雜運(yùn)算生成的信號，這樣可以避免繁瑣的圖標(biāo)擺放和連線。 時間戳的設(shè)置 ：主要調(diào)節(jié)輸出的動態(tài)數(shù)據(jù)類型的時間信息 ,時間戳有兩個選項 ： a. 從測量始點(diǎn)計算的時間 (程序開始運(yùn)行的時間 )； 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計 17 b. 絕對時間 (計算機(jī)時間 ),一般選擇默認(rèn)值 (起始時間 )。 因而使用聲卡的局限性就是不允許用戶在最高采樣率下隨意設(shè)定 信號 頻率。 文件 I/O 子模板 ： 用于打開和關(guān)閉文件，向文件寫入或讀出字符串、數(shù)值、數(shù)組或簇，創(chuàng)建指定文件的地址或文件的地址信息。 功能模板 (Functions Palette) 功能模板是創(chuàng)建框圖程序的工具。它 顯示出對象的前景色和背景色。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會變成該工具相應(yīng)的形狀，它包括了以下工具包。 (6) 開放 性強(qiáng)。現(xiàn)今數(shù)以萬計的工程師、科學(xué)家及技術(shù)人員正在通過 LabVIEW 來構(gòu)建測量與自動化解決方案。 第二章 描述了本課題所開發(fā)系統(tǒng)的基本功能和所用的軟硬件。 它有特定的輸入 /輸出接口和儀器操作面板，具有多種信號發(fā)生功能，當(dāng)要實(shí)現(xiàn)更多的信號發(fā)生功能時，就要配置更多的儀器，這給用戶的使用帶來諸多不便。四川聯(lián)合大學(xué)的教師基于虛擬儀器的設(shè)計思想，研制了“航空電臺二線綜合測試儀”將 8 臺儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)，使用方便、靈活。 虛擬儀器打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法更改的模式，它給用戶一個自由 發(fā)揮才能的天地，用戶可根據(jù)自己不斷變化的需求，方便靈活地重組測量系統(tǒng)，而系 統(tǒng)的擴(kuò)展、升級都可隨時進(jìn)行。 科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新學(xué)科、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這給作為信息技術(shù)源頭和基礎(chǔ) 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計 2 的測量行業(yè)帶來了新的機(jī)遇。 LabVIEW。 audio signal generator。 面對高精度、高速度以及多參數(shù)的場合， 傳統(tǒng)測量儀器 其局限性明顯地表現(xiàn)出來，此外對許多新的測量要求傳統(tǒng)儀器也顯得非常吃力。 (2) 靈活 方便，用戶自己定義。 在國內(nèi)已有部分 院校的實(shí)驗室引入了虛擬儀器系統(tǒng)，近一、兩年來又開發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于教學(xué)和科研。 傳統(tǒng)臺式音頻信號發(fā)生器是由儀器廠家設(shè)計并定義好功能的一個封閉結(jié)構(gòu) 。分析了本課題的研究目的和意義， 介紹了本文的 課題內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)安排 。 LabVIEW 是一個劃時代的圖形化編程系統(tǒng)，它提供了一種全新的程序編寫方法， 可通過交互式圖形 前面板進(jìn)行系統(tǒng)控制和結(jié)果顯示，即設(shè)計虛擬儀器的操作面板， 通過框圖模塊來指示各種功能。 LabVIEW 支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如傳輸控制協(xié)議（ TCO/IP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（ UDP），方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的開發(fā)。該模板可以在 windows 菜單下選擇 Show Tools Palette命令以顯示該模板。 顏色工具：用來給對象定義顏色。 調(diào)用存儲在文件中的控制和顯示的接口。 “選擇? VI 子程序”子模板：包括一個對話框，可以選擇一個 VI 程序作為子程序（ SUB VI）插入當(dāng)前程序中。對于20Hz～ 20KHz范圍內(nèi)的音頻信號，采用 ，但可能會出現(xiàn)失真。 圖 36 產(chǎn)生仿真周期信號 圖 37 附加隨機(jī)信號的類型 (2) 采樣時間特性和時間戳 采樣時間特性選擇：以 Hz 為單位的采樣頻率 → 自動采樣時間或指定采樣點(diǎn) 數(shù) → 采樣周期數(shù)（ 采樣頻率至少是最高信號頻率的兩倍，一般取 3 到 5 倍 ） 。 圖 310 多諧信號附加噪聲的波形發(fā)生器前面板 西安石油大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計 19 圖 311 多諧信號附加噪聲的波形發(fā)生器后面板 公式節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生仿真信號 用公式節(jié)點(diǎn)可以產(chǎn)生 信 號： a. 能夠用公式進(jìn)行描述的信號，也就是確 定性信號，包括周期信號和非周期信 號，但不推薦用它來產(chǎn)生隨機(jī)信號。 SO Write. vi用于將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)傳給聲卡驅(qū)動程序進(jìn)行播放輸出。 AutoScaleY 設(shè)置自動縮放； d. 橫坐標(biāo) X Scale, 默認(rèn)標(biāo)簽是 Time，設(shè)置方法和縱坐標(biāo)類似； e. 刻度圖例 Scale Legend ； f. 數(shù)字顯示 Digital Display,顯示波形數(shù)據(jù)最新的一個數(shù)據(jù)點(diǎn)的幅值 ； g. 繪圖圖例 Plot Legend,顯示繪圖區(qū)中每條曲線的樣式 ,單擊圖標(biāo)，出現(xiàn)快 捷菜單，可設(shè)置、修改曲線的線形、線寬、顏色、顯示方式 ,如圖 319； h. 繪圖區(qū) ,顯示波形的區(qū)域。調(diào)用途徑 ControlsNumeric Controlsknob。 仿真信號發(fā)生器Simulate Signal. vi 輸出的是動態(tài)數(shù)據(jù)類型，故在雙通道發(fā)生器中應(yīng)利用 Build Array函數(shù)構(gòu)成數(shù)組，再經(jīng) Transpose 2D Array 函數(shù)轉(zhuǎn)置后輸入 SO Write 節(jié)點(diǎn)的“ stereo 16bits” 端口。當(dāng)輸入信號的頻率大于 22100 Hz（左、右聲道輸入頻率分別為 500 Hz、 22500 Hz）時，會出現(xiàn)如圖417 的錯誤提示框。 由于16 位為聲卡把音頻信號的大小分為 65536（ 216） 個等級，程序中為了當(dāng)幅值設(shè)置為1V 時 ,達(dá)到 16 位樣本最大值在幅值前乘以 32767（ 65536/21）。調(diào)用途徑 ControlsNumericDigital Control。右擊 Waveform Chart，選擇 Y Scale → Formatting，可設(shè)置數(shù)據(jù)的格式和精度。