【導(dǎo)讀】虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。主要完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的進(jìn)行調(diào)理和采集。儀器硬件可以是插入式數(shù)據(jù)采集卡及必要的外圍?？偩€接口的儀器，如GPIB、VXI、PXI、STD、PCI總線儀器和網(wǎng)絡(luò)化儀器等。目前市場(chǎng)上的A/D采集卡和數(shù)據(jù)采集卡以及帶標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器等，其價(jià)格均不菲，以畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的來(lái)說(shuō)，性價(jià)比以及實(shí)用程度顯的不高。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中完全可以滿足要求。因此在本設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集裝置主要基于聲卡和labview模擬數(shù)據(jù)采集。波形顯示、進(jìn)行低頻濾波四大功能。

　　

【正文】 s amp。 Sound → Sound → Input → Configure 選擇configure 函數(shù)。 聲音輸入讀取 虛擬儀器 Sound Input Read .VI 的前面板如圖 36所示。 Sound Input Read .VI 的前面板為聲卡采集時(shí)的參數(shù)設(shè)置。 25 圖 36 Sound Input Read .VI 的前面板 Sound Input Read .VI 的后面板如圖 37 所示 ： 26 圖 37 Sound Input Read .VI 的后面板 程序說(shuō)明： 該函數(shù)用于等待采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿的消息。當(dāng)產(chǎn)生這一消息時(shí)，它將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容讀取到用戶程序的數(shù)組中，產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)采樣集合。若計(jì)算機(jī)的速度不夠快，使得緩沖區(qū)內(nèi)容被覆蓋，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息。這時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)緩沖區(qū)的大小，在采樣時(shí)間和數(shù)據(jù)讀取之間找到一個(gè)理想的平衡點(diǎn)。 主要操作說(shuō)明： 在 block diagram： Functions → Graphics amp。 Sound → Sound → Input → Read 選擇 read 函數(shù)。 27 聲音輸入清除 虛擬儀器 Sound Input Clear .VI 的前面板如圖 38 所示 ： 圖 38 Sound Input Clear .VI 的前面板 Sound Input Clear .VI 的后面板 如圖 39 所示 ： 28 圖 39 Sound Input Clear .VI 的后面板 程序說(shuō)明： 該函數(shù)用于完成最終的清理工作。例如關(guān)閉聲卡采樣通道，釋放請(qǐng)求的一系列系統(tǒng)資源（包括 MDA，緩沖區(qū)內(nèi)存，聲卡端口等）。 主要操作說(shuō)明： 在 block diagram： Functions → Graphics amp。 Sound → Sound → Input → Clear 選擇 clear 函數(shù)。 數(shù)據(jù)模擬模塊 數(shù)據(jù)模擬模塊是用 labview 自己模塊模擬發(fā)出波形模擬采集的數(shù)據(jù)波形，主要為分析波形等使用，模擬的波形主要分為兩個(gè)通道或?qū)蓚€(gè)通道的疊加成一個(gè)波形。發(fā)出的波形主要有：正弦波、方波、三角波、鋸齒波、 高斯 白噪聲 、 Gamma。 主要方法是在 labview 中用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，實(shí)際上相當(dāng)于通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了一個(gè)信號(hào)發(fā)生器的功能。 29 正弦波 ： 公 式為 y=Asin(ωx+φ ） A為振幅， ω 周期， φ 相位。 方波 ： 公式為 y=flc1hs(sin(2*pi*f*t), eps)頻率為 f 的值為 0～ 1 的方波。 電流的波形為矩形的電流即為方波電流。不論 t 軸上下是不對(duì)稱的，只要是矩形就可叫方波，必要時(shí)，可加 “ 對(duì)稱 ” ， “ 不對(duì)稱 ” 加以說(shuō)明。 方波不一定是交流波。主要看該方波有沒(méi)有正負(fù)交替，要一直是一個(gè)符號(hào)就是直流了，可以全是正的，也可以全是負(fù)的；如果有正有負(fù)就是交流了。 三角波： 三角波函數(shù)： 輸入 f[x_]:=x /。 0=x1 輸入 f[x_]:=2x /。 1=x2 輸入 f[x_]:=f[x2] /。 x=2 鋸齒波： 一般主要由搭建硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，效果如下圖： 30 波形方式對(duì)應(yīng)的 labview 控件如下：有正弦波 、方波 、三角波 、鋸齒波 、高斯白噪聲 。 程序的主要實(shí)現(xiàn)模塊，當(dāng)選擇模擬波形時(shí)，有兩個(gè)通道可以選擇波形，可以調(diào)整幅值、頻率、相位?？梢詫蓚€(gè)不同的波形進(jìn)行疊加，形成各種不同想要的波形。具體實(shí)現(xiàn)如圖 311，控制如圖 312 圖 311 模擬波形實(shí)現(xiàn)模塊后面 板 模擬波形實(shí)現(xiàn)模塊前面板 如圖 312 所示 ： 圖 312 模擬波形實(shí)現(xiàn)模塊前面板 程序說(shuō)明： 兩個(gè)通道的波形疊加成一個(gè)需要的波形，進(jìn)行分析等！當(dāng)聲卡沒(méi)有采集數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以用 labview 模擬的數(shù)據(jù)波形代替通過(guò)聲卡采 集到的波形。 31 低通濾波模塊 在信號(hào)傳輸過(guò)程中，由于外界的干擾，經(jīng)常會(huì)混入高頻噪聲。因此在測(cè)量信號(hào)時(shí)希望把高頻噪聲信號(hào)去掉。通常的做法都是采用低頻濾波器將高頻噪聲濾掉。 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 : 32 314 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(shuō)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。 33 小結(jié) 本章是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，主要介紹了各個(gè)功能模塊具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，包括：數(shù)據(jù)采集和處理模塊、 數(shù)據(jù)模擬模塊 、 低通濾波模塊 、 波形顯示 模塊等 。將這些模塊在主VI 的框圖程序中按照一定的邏輯關(guān)系組合起來(lái)，就形成了一個(gè)完整的 程序 。這將在下一章中具體介紹。 34 4 程序設(shè)計(jì) 顯示 程序的使用方法 程序的環(huán)境 本 程序是在 labview 環(huán)境下編寫(xiě)的，用高版本可以查看此程序，低版本是打不開(kāi)的。程序 打開(kāi)后， 分后面板和前面板， 前面板位控制控件和顯示控件，后面板為程序框圖。最終使用的時(shí)候可以生成應(yīng)用程序，直接在別的電腦上安裝使用即可。 打開(kāi)程序后，界面如圖 51，點(diǎn)擊左上角的小箭頭，程序開(kāi)始運(yùn)行。 35 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件的性能有關(guān)，本論文選用聲卡的最高采樣頻率為 ，根據(jù)采樣定理，所能測(cè)試模擬信號(hào)的最高頻率為 22KHz?？紤]到聲卡本身采集質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)際測(cè)試的模擬信號(hào)的最高頻率為 。 2 采樣精度 系統(tǒng)采樣精度與電路所選器件的位數(shù)有關(guān)， 設(shè)計(jì)中選用 16 位采樣的聲卡，采樣精度為 ? ，分辨率約為 %。 3 實(shí)時(shí)帶寬： 2KHz。 程序的 總框 圖 程序的總框圖如圖 52所示 ： 圖 42 程序總框圖 總框圖說(shuō)明： 信號(hào)通過(guò)聲卡采集進(jìn)虛擬器中， 通過(guò)聲卡的基本設(shè)置，設(shè)置聲卡的一些基本參數(shù)，聲卡的采樣頻率不能太低，如果頻率太低，采集過(guò)程中，不能連續(xù)的采集。聲卡采集 36 完信號(hào)數(shù)據(jù)后，聲卡開(kāi)始讀取數(shù)據(jù) 。 當(dāng)信號(hào)切換的控件位真時(shí) ，波 形 瀏覽器直接 把 聲卡讀出的 波形顯示出來(lái)； 當(dāng)信號(hào)切換的控件為假時(shí)，波形瀏覽器顯示 模擬數(shù)據(jù) ； 然后經(jīng)過(guò)低通濾波送給波形瀏覽器顯示 。 主要用到了 while 循環(huán)、 case 選擇 等 模塊 。 程序的調(diào)試結(jié)果 受聲卡硬件條件的限制，頻率范圍比較窄，可以用來(lái)測(cè)量音頻范圍的信號(hào)（如聲音、脈搏、心電、腦電和電話等）。 聲卡采集 數(shù)據(jù)的結(jié)果 通過(guò)聲卡可以采集波形，采集方法可以直接在電腦聲卡接麥克，對(duì)著麥克說(shuō)話，可以發(fā)現(xiàn)采集到的波形根據(jù)輸入的聲音變化而變化。 聲卡采集到的波形 如圖 43所示 ： 圖 43 聲卡采集到的 波形顯示 說(shuō)明：波形分為直接聲卡采集到的波形和經(jīng)過(guò)低通濾波后的波形，同時(shí)可以通過(guò)右 側(cè)控件，改變波形的顏色和設(shè)置低通濾波的截止頻率。 37 模擬采集數(shù)據(jù)的結(jié)果 當(dāng)點(diǎn)擊模擬采集數(shù)據(jù)控件，進(jìn)入模擬數(shù)據(jù)采集模塊，模擬數(shù)據(jù)分兩個(gè)通道，兩個(gè)通道分別可以選擇不同的波形，可以調(diào)節(jié)波形的幅值、 頻率、相位 ，如圖 44，也可以通過(guò)疊加波形把兩個(gè)通道的波形疊加成一個(gè)波形，如圖 45。 圖 44 模擬波形 38 圖 45 疊加后的波形 小結(jié) 由 調(diào)試結(jié)果可知，設(shè)計(jì)用普通低廉的聲卡代替 了數(shù)據(jù)采集卡，在 LABVIEW 圖形編程語(yǔ)言環(huán)境下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種方便、靈活性強(qiáng)的虛擬示波器，對(duì)一些應(yīng)用領(lǐng)域是一種很好的選擇。 39 5 設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題 40 ? 在制作的一開(kāi)始，由于對(duì) LABVIEW 軟件的各個(gè)模塊還不太熟悉，一些設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器要用到的 VI 未能找到，如 While 循環(huán) VI 等等。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)熟悉之后，對(duì)這些 VI的點(diǎn)選路徑都熟悉了。 While 循環(huán) VI的存放路徑為：在函數(shù)模板中點(diǎn)選 編程子 模板，再點(diǎn)選 結(jié)構(gòu) 子模板中的 While 循環(huán) ，最后找到 While 循環(huán) VI。 如圖 51 圖 61 41 6 總結(jié)與展望 設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅具有聲卡采集的功能，而且充分發(fā)揮了計(jì) 算機(jī)強(qiáng)大的功能和軟件設(shè)計(jì)的靈活性，模擬采集數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)的研究工作和主要研究結(jié)果總結(jié)如下： （一）主要的優(yōu)點(diǎn)為： （ 1）用圖形化編程語(yǔ)言 LABVIEW 和面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，軟件開(kāi)發(fā)效率高，可操作性和維護(hù)性好。 （ 2）充分利用了計(jì)算機(jī)的外設(shè)連接能力，測(cè)試結(jié)果和波形顯示。 （ 3）在相同的硬件條件下，可以通過(guò)修改和增加軟件模塊，形成新的儀器功能。 （二）主要技術(shù)指標(biāo)： 1 采樣頻率 系統(tǒng)能測(cè)試到的最高頻率與電路所選器件的性能有關(guān)，本論文選用聲卡的最高采樣頻率為 ，根據(jù)采樣定理，所能測(cè)試模擬信號(hào)的最高頻率為 22KHz。考慮到聲卡本身采集質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)際測(cè)試的模擬信號(hào)的最高頻率為 。 2 采樣精度 系統(tǒng)采樣精度與電路所選器件的位數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)中選用 16 位采樣的聲卡，采樣精度為 ? ，分辨率約為 %。 3 實(shí)時(shí)帶寬： 2KHz。 4 低通濾波器的應(yīng)用 應(yīng)用低通濾波器的主要目的是去除外界干擾，去掉高頻噪聲信號(hào)。 42 參考文獻(xiàn) [1].吳成東 ， 孫秋野 ， 盛科 .《 LabVIEW 虛擬儀器程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用 》 .人民郵電出版社 . 2021 年 12月 ： 23~52 [2].江建軍 ， 劉繼光 .《 LabVIEW程序設(shè)計(jì)教程 》 .電子工業(yè)出版社 .2021年 3月 :75~80 [3].王磊， 陶梅 .《精通 》 .電子工業(yè)出版社 .2021年 5月 :43~50