【正文】 2020 [8] 陳敏 ,湯曉安 ,等 .虛擬儀器軟件 LABVEIW 與數(shù)據(jù)采集 .小型微型計算機(jī)系統(tǒng) ,2020:501— 503 [9] 種蘭祥 ,張首軍 ,閻麗 .基于計算機(jī)聲卡的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) .西北大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版 ) .2020,32(6):629— 632 [10] 楊樂平 ,李海濤 ,宵相生 ,等 .LABVIEW 程序設(shè)計與應(yīng)用 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,2020:239245 [11] 管士亮 .虛擬儀器總線技術(shù)的發(fā)展以及前景 .中國現(xiàn)代教育設(shè)備 .2020:16— 17 [12] 嚴(yán)加法 .虛擬儀器的發(fā)展前景 .航空電子技術(shù) .2020:31— 36 [13] 徐云峰 ,張世慶 .基于聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 .機(jī)械設(shè)計與制造 .2020:46— 47 [14] 計算機(jī)虛擬儀器圖形化編程 LABVIEW 實驗教材 .北京 :中科泛華測控技術(shù)有限公司 .4— 14 [15] 王美剛．基于聲卡的虛擬示波器 [D]太原理工大學(xué)碩士學(xué) 位論文， 2020 [16] 楊樂平 ,李海濤 ,趙勇 ,等 .LABVIEW 高級程序設(shè)計 .北京：電子工業(yè)出版社 .2020：348— 35西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 。藉此完成之際，謹(jǐn)向尊敬的老師和同學(xué)致以最衷心的感謝 ! 感謝論文中參考的參考文獻(xiàn)的作者；對于提供 論文中隱含的上述提及的支持者以及研究思想和設(shè)想的支持者表示感謝。 本次畢業(yè)設(shè)計是在導(dǎo)師謝檬親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，老師工作認(rèn)真，即使在有身孕的情況下依然堅持給我們指導(dǎo)，給我們這一組的同學(xué)都留下了深刻的印象，也更加激勵我們必須把畢業(yè)設(shè)計做好。要畢業(yè)了，花園般的校園、尊敬的老師、可愛的同學(xué)都給我留下了最美好的回憶。 5 總結(jié)與展望 37 致謝 美麗的古城西安，四年的大學(xué)生活就要結(jié)束了，回想起美好的大學(xué)時光不禁嘴角露出會心的微笑。計算機(jī)虛擬示波器的成本低，功能全，可擴(kuò)充性強(qiáng)，較適合應(yīng)用于工業(yè)測試和工業(yè)自動化及汽車、輪船、水力和醫(yī)療等領(lǐng)域。虛擬儀器設(shè)計已經(jīng)成為測試與儀器技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。 PC 技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)融合發(fā)展， 使 虛擬儀器的功能得到進(jìn)一步的發(fā)展，例如更多的嵌入式和實時功能。 （ 2） 本文 所 設(shè)計的虛擬示波器 不 具有網(wǎng)絡(luò)功能。設(shè)計中選用的聲卡的采樣速率較低，帶寬較窄。 展望 由于本人的水平有限和設(shè)計的條件有限，設(shè)計中尚存在許多未盡人意的地方?？紤]到聲卡本身采集質(zhì)量問題，實際測試的模擬信號的最高頻率為 。 （ 2）充分利用了計算機(jī)的外設(shè)連接能力， 聲卡的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換能力， 測試結(jié)果和波形顯示。采用硬件聲卡進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 經(jīng)過測試，本文設(shè)計的示波器能對波形和參數(shù)正確的顯示 ，達(dá)到了虛擬示波器的設(shè)計要求。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 5 總結(jié)與展望 35 5 總結(jié) 與展望 結(jié)論 本文 設(shè)計的虛擬示波器不僅具有臺式數(shù)字示波器的功能，而且充分發(fā)揮了計算機(jī)強(qiáng)大的功能和軟件設(shè)計的靈活性。 小結(jié) 由 調(diào)試結(jié)果可知，設(shè)計用普通低廉的聲卡代替 了數(shù)據(jù)采集卡，在 LABVIEW圖形編程語言環(huán)境下設(shè)計實現(xiàn)了一種方便、靈活性強(qiáng)的虛擬示波器，對一些應(yīng)用領(lǐng)域是一種很好的選擇。 方波的波形顯示如圖 43 所示。 三角波的波形顯示如圖 42 所示。正弦波波形顯示如圖 41。 打開程序后 ， LABVIEW 聲卡 函數(shù) 的通道數(shù) 設(shè)置為 2，采樣數(shù) 設(shè)置為 5000，采樣頻率設(shè)置為 22050Hz，聲卡的位數(shù)設(shè)置為 16， 。 波形顯示調(diào)試結(jié)果 本設(shè)計系統(tǒng)由于受聲卡硬件條件的限制，頻率范圍比較窄，可以用來測量音頻范圍的信號（如聲音、脈搏、心電、腦電和電話等）。 程序的調(diào)試結(jié)果 在系統(tǒng) 設(shè)計 完成之后 ， 接下來的任務(wù)即是檢驗此虛擬示波 器是否可以正常工作并正確的反映波形的特性 。 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)計中選用 16 位采樣的聲卡，采樣精度為 00 00 ? ，分辨率約為 %。 采樣頻率 系統(tǒng)能測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，所能測試模擬信號的最高頻率為 22KHz。主要由采樣頻率和采樣精度決定的。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，就形成了一個完整的虛擬 示波器。 參數(shù)顯示是以數(shù) 字 的方式顯示。 圖 319 參數(shù)顯示模塊 程序說明： 參數(shù)顯示模塊，它的作用是對信號的參數(shù)顯示出來。 3 虛擬示波器軟件設(shè)計 29 主要操作說明： 在 block diagram： Functions → Signal Processing → Wfm Measure → FFT Spectrum 選擇 FFT Spectrum 函數(shù)。 FFT Spectrum 函數(shù)的功能為 計 算一個時間信號的平均 FFT Spectrum 。實現(xiàn)一個 FFT 運算。 317 頻譜分析模塊 的前面板 頻譜分析模塊的后面板如圖 318 所示。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 頻譜分析模塊 頻譜分析模塊的前面板是設(shè)置頻譜分析模塊的參數(shù)。它是用來獲取一個信號的，求出音頻信號的最高幅度或者一個指定的頻率范圍，并返回一個單一的頻率、幅度、相位值。 圖 316 頻率測量模塊的后面板 程序說明： 頻率測試模塊，主要用于測量信號波形的頻率。 頻率測量模塊 前面板 如圖 315 所示 。 主要操作說明： 在 block diagram： Functions → Mathematics → Prob amp。 測量模塊 采樣點數(shù)測量模塊如圖 314 所示。 主要操作說明： 在 block diagram： Functions → Graphics amp。 圖 313 聲音輸入清除 的后面板 程序說明： 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 該函數(shù) 用于完成最終的清理工作。 聲音輸入清除 聲音輸入清除 的前面板如圖 312 所示。 主要操作說明： 在 block diagram： Functions → Graphics amp。若計算機(jī)的速度不夠快，使得緩沖區(qū)內(nèi)容被覆蓋，則會產(chǎn)生一個錯誤信息。 圖 311 聲音輸入讀取 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。 聲音輸入讀取的前面板如圖 310 所 示。 Sound → Sound → Input → Configure 選擇 configure函數(shù)。緩沖區(qū)長度可選默認(rèn)值。 圖 39 聲音輸入設(shè)置 的后面板 程序說明： 聲音輸入設(shè)置 該函數(shù)的主要功能是 設(shè)置聲卡中與數(shù)據(jù)采集有關(guān)的一些硬件參數(shù)，如采樣率，數(shù)據(jù)格式，緩沖區(qū)長度等。 參數(shù)設(shè)置 如圖 38 所示。當(dāng)接入 cluster 輸入?yún)?shù)后，輸出端子數(shù)自動調(diào)整為與 cluster 元素數(shù)目相同。 5） Functions → Cluster → Unbundle 選擇 Unbundle 函數(shù)。其中包含三項數(shù)據(jù)，分別為： sound quality； rate；bits persample。 2） Functions → Structure → Case 選擇 Case 循環(huán)。 Sound → Sound → Sound Input 選擇 Sound Input 函數(shù)。這個在后面波形產(chǎn)生模塊中進(jìn)行詳細(xì)解釋。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)計中，為了得到良好的演示效果，我采用了 44100Hz 的采樣頻率。當(dāng)然，還有一個重要的原因是，如果選擇 mono（單聲道）， SI 出來的數(shù)據(jù)是標(biāo)量，不能組成數(shù)組，進(jìn)而不便于數(shù)據(jù)的各種處理。其中， 16 位聲道比 8 位聲道采樣信號的質(zhì)量好，立體聲（ stereo）比單聲道（ mono）采樣信號好，最好的采 樣通道形式是 stereo 16bit，這樣采樣的波形穩(wěn)定，而且干擾小。 如圖 37 所示，為數(shù)據(jù)采集和處理模塊。 數(shù)據(jù)采集和處理模塊 數(shù)據(jù)采集模塊是虛擬示波器軟件的硬件驅(qū)動部分，在這里主要是利用LABVIEW 里面的聲卡函數(shù)完成聲卡的硬件參數(shù)設(shè)置、啟動聲卡采集數(shù)據(jù)、等待3 虛擬示波器軟件設(shè)計 21 采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿的消息、通知聲卡停止采集等任務(wù)。讀取過程完后，經(jīng)過聲卡的清理后，再進(jìn)行下一次的讀取過程。在讀區(qū)過程中，還能把虛擬示波器的周期平均、峰峰值、負(fù)峰值、正峰值、周期均方根、直流、均方根的數(shù)值也顯示出來。 總程序的設(shè)計 最終設(shè)計出的 程序的總框圖 如圖 35： 圖 35 程序總框圖 總框圖說明： 信號通過聲卡采集進(jìn)入虛擬儀器中，通過聲卡的基本設(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，采集過程中，不能連續(xù)的采集，示波器的輸出就會中斷。 LABVIEW 虛擬示波器的程序設(shè)計 前面板的設(shè)計 本論文設(shè)計的虛擬示波器控制面板如圖 34 所示 ： 圖 34 示波器的控制面板 控制前面板說明： 本文的前面板可以顯示信號的波形、幅頻特性、相頻特性。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。例如關(guān)閉聲卡采樣通道，釋放請求的一系列系統(tǒng)資源（包括 MDA，緩沖區(qū)內(nèi)存，聲卡端口等） 。已采集而未被讀出的數(shù)據(jù)會留在緩沖區(qū)中，可以使用 read函數(shù)一次讀完。這時應(yīng)調(diào)節(jié)緩沖區(qū)的大小，在采樣時間和數(shù)據(jù)讀取之間找到一個理想的平衡點。當(dāng)產(chǎn)生這一消息時，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)生一個數(shù)據(jù)采樣集合。采集到的數(shù)據(jù)會被暫存在緩沖區(qū)中，這一過程無需程序干預(yù)，由聲卡硬件使用 MDA直接完成，保證了采集過程的連續(xù)性。緩沖區(qū)長度可選默認(rèn)值。 表 31 Input 函數(shù)簡介 函數(shù)名稱 功能說明 configure 該函數(shù)的主要功能是設(shè)置聲卡中與數(shù)據(jù)采集有關(guān)的一些硬件參數(shù)，如采樣率，數(shù)據(jù)格式，緩沖區(qū)長度等。 表 31 是 LABVIEW 中 Graphics amp。 圖 31 LABVIEW 中的 sound 函數(shù)的 Input 函數(shù) 在本設(shè)計中主要運用到 LABVIEW中 Graphics amp。 Sound 的函數(shù)中3 虛擬示波器軟件設(shè)計 17 Sound 函數(shù)中的 Input 函數(shù)。 LABVIEW 中有關(guān)聲卡函數(shù)介紹 LABVIEW 中提供了一系列使用 Windows 底層函數(shù)編寫的與聲卡有關(guān)的函數(shù)。圖標(biāo)連接端口可以把 VI 變成一個 Sub VI，然后象 子程序一樣在其他程序中調(diào)用?？刂屏鲌?zhí)行的是指令驅(qū)動，而數(shù)據(jù)流執(zhí)行的是數(shù)據(jù)流驅(qū)動或依賴數(shù)據(jù)的。 LABVIEW 采用的一種獲得專利的數(shù)據(jù)流編程模式。控制端口和指示端口用于 前面板對象，當(dāng) VI 程序運行時，從控制輸入的數(shù)據(jù)通過控制端傳遞到框圖程序，供其中的程序使用，產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)再通過指示端口傳輸?shù)角懊姘鍖?yīng)的指示中顯示。數(shù)據(jù)端口是數(shù)據(jù)在前面板對象和框圖程序之間傳輸?shù)耐ǖ?，是?shù)據(jù)在框圖程序內(nèi)節(jié)點之間傳輸?shù)慕涌?[13]。節(jié)點之間數(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)流動方向?？驁D程序由節(jié)點（ Node）、數(shù)據(jù)連線（ Wire）構(gòu)成。 一個程序前面板都對應(yīng)著一段框圖程序。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（ Controls），為虛擬儀器的框圖程序提供數(shù)據(jù)；輸出量被稱為顯示（ Indicators），顯示虛擬儀器流程圖中產(chǎn)生或獲得的數(shù)據(jù)。 LABVIEW 程序組成 該環(huán)境包括三個部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)連接端口。 G 語言與傳統(tǒng)高級編程語言最大的差別在于編程方式一般高級語言采用文本編程，而 G 語言西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 采用圖形化編程語言。 G 語言是一種適合應(yīng)用于編程任務(wù)，具有擴(kuò)展函數(shù)庫的通用編程環(huán)境。 G 語言簡介 LABVIEW 是一個功能比較完整的軟件開發(fā)環(huán)境，但它是為代替常規(guī)的BASIC 和 C 語言設(shè)計的，它是一種編程語言而不僅僅是一個軟件開發(fā)環(huán)境。 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。 LA