【正文】 在本次系統(tǒng)的開發(fā)過程中我充分感到了它的上述優(yōu)勢(shì)，圖形化界面，使我 可以發(fā)揮自己的想象設(shè)計(jì)界面； 利用 PC聲卡進(jìn)行采樣和輸出 可以不受實(shí)驗(yàn)場所的限制，隨時(shí)開始投入工作， 且 節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備 經(jīng)費(fèi) ； 這些都 使我對(duì)自主學(xué)習(xí)，自主 創(chuàng)新 設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)產(chǎn)生了濃厚的興趣。 而且 給 我印象深刻的 還有 它的 圖形化、 層次化、模塊化的編程特點(diǎn) ， 使得編程變得簡單 且 層次清晰， 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)高效且 控制性 強(qiáng) 的測(cè)試 系統(tǒng)。 PC 聲卡相對(duì) 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(duì)應(yīng)于音頻域的信號(hào)（即處于 20Hz~20KHz 頻率范圍內(nèi)的信號(hào)） 發(fā)生器 ，但很多情況下已能滿足指標(biāo)要求，而且這樣所需的 硬件 很少， 便于攜帶和移植， 所以 研究 基于 聲卡 和 LabVIEW 的音頻信號(hào)發(fā)生器具有一定的實(shí)際意義，還可在使用中通過軟件升級(jí)來不斷 加強(qiáng) 和完善其功能。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率大于 22100 Hz（左、右聲道輸入頻率分別為 500 Hz、 22500 Hz）時(shí)，會(huì)出現(xiàn)如圖417 的錯(cuò)誤提示框。工程上的采樣頻率一般為奈奎斯特采樣頻率的 2—3 倍。圖 6 1， 62， 63 展示了不同頻率，不同幅值，不同相位的信號(hào)波形圖，可以看到頻率改變對(duì)波形影響較大，頻率越大，波形越易失真。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(hào) 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(hào)時(shí)的結(jié)果。 圖 410 單聲道音頻信號(hào)發(fā)生器四種波形顯示 (2) 不同 輸入 參數(shù)的波形運(yùn)行結(jié)果顯示 按照表 41 中的所給的值設(shè)置發(fā)生器的各輸入?yún)?shù)，其結(jié)果顯示如圖 411。 圖 48， 49 分別為 雙通道，單通道 音頻信號(hào)發(fā)生器流程圖設(shè)計(jì)。 仿真信號(hào)發(fā)生器Simulate Signal. vi 輸出的是動(dòng)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。 圖 47 信號(hào)發(fā)生模塊 及 case 結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的四種波形 30 (4) 音頻信號(hào)發(fā)生器流程圖綜合設(shè)計(jì) 單通道音頻信號(hào)發(fā)生器聲卡設(shè)置為“ mono 16stero” 形式。 由于16 位為聲卡把音頻信號(hào)的大小分為 65536（ 216） 個(gè)等級(jí)，程序中為了當(dāng)幅值設(shè)置為1V 時(shí) ,達(dá)到 16 位樣本最大值在幅值前乘以 32767（ 65536/21）。 圖 46 聲 音 輸出模塊及有關(guān)控件端口參數(shù) 29 (3) 信號(hào)發(fā)生模塊 信號(hào)產(chǎn)生部分采用上面分析的 Express Ⅵ仿真信號(hào)發(fā)生器 Simulate Signal. vi，其中參數(shù)設(shè)置框中的采樣頻率應(yīng)設(shè)為 ,與聲卡保持一致。 (1) 電 源及聲道控制 為 使信號(hào)能夠連續(xù)產(chǎn)生，主程序采用 while 循環(huán)結(jié)構(gòu)，電源開關(guān)狀態(tài)做為循環(huán) 的控制條件 ，如圖 45。 下面的圖 43， 44 分別為 單通道，雙通道 音頻信號(hào)發(fā)生器 的 前面板設(shè)計(jì)。 圖 42 圖形顯示 模塊 power 27 (5) 上面只說明了音頻信號(hào)發(fā)生器單通道前面板的設(shè)計(jì)，雙通道與其方法一致， 只是多了聲音通道選擇控件。 圖 41 波形選擇控件設(shè)置 (4) 一個(gè)輸出圖形顯示控件，用來顯示輸出的四種波形 如圖 42。調(diào)用途徑 ControlsNumeric Controlsknob。 調(diào)用途徑 ControlsClassic Controls Classic Boolean。調(diào)用途徑 ControlsNumericDigital Control。 圖 321 前面板和后面板 比較三種圖形顯示方式后，本設(shè)計(jì)采用 Waveform Graph 控件顯示圖形。 XY Graph XY Graph 不要求橫坐標(biāo)等間隔分布，而且允許繪制一對(duì)多的映射關(guān)系 ， 輸入數(shù)據(jù)需要包含兩個(gè)一維數(shù)組，包括數(shù)據(jù)點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)值 。 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 25 具可以用來讀取 Waveform Graph 上某一點(diǎn)的確切坐標(biāo)值。 當(dāng) 繪制單曲線時(shí)，可接受兩種數(shù)據(jù)格式 ： a. 連接一維數(shù)組 ； b. 連接簇?cái)?shù)據(jù)類型 。 23 圖 317 Waveform Chart 參數(shù)設(shè)置對(duì)話框 圖 318 Y 軸刻度顯示格式設(shè)置 圖 319 繪圖圖例設(shè)置 24 圖 320 Waveform Chart 屬性對(duì)話框 Waveform Graph (1) Waveform Graph 一次性等時(shí)間間隔地顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以顯示以前的所有數(shù) 據(jù) ,每一時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)據(jù)值，類似單值函數(shù)。 AutoScaleY 設(shè)置自動(dòng)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(gè)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。 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。右擊 Waveform Chart，選擇 Y Scale → Formatting，可設(shè)置數(shù)據(jù)的格式和精度。 (4) Waveform Chart 包含的 主要 組件和功能 有： a. 標(biāo)簽 (Label):對(duì)象的標(biāo)識(shí)，在程序中通過對(duì)象的標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的訪問 ； b. 標(biāo)題 (Caption):對(duì)象的名稱，默認(rèn)情況下和對(duì)象的標(biāo)簽相同； c. 縱坐標(biāo) (Y Scale):默 認(rèn)標(biāo)簽是 Amplitude，可用標(biāo)簽工具修改。數(shù)組中的元素個(gè)數(shù)決定了繪制 Chart 每次數(shù)據(jù)的長度。 (3) 當(dāng)繪制多曲線時(shí)，也可接受兩種數(shù)據(jù)格式。 (2) 當(dāng) 繪制單曲線時(shí) 可接受兩種數(shù)據(jù)格式，分別是標(biāo)量數(shù)據(jù)和數(shù)組。常用三種圖形控件為 —— Waveform Chart ,Waveform Graph 和 XY Waveform。 SO Write. vi用于將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)傳給聲卡驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行播放輸出。 (3) LabVIEW 中的聲音格式分為 mono 8bit、 mono 16bit、 stereo 8bit 、 stereo16bit四種 。 SO Config. vi 和 SO Start. vi 分別用于配置和開啟聲卡， SO Clear. vi 用于釋放已經(jīng)打開的聲卡。一 般聲音輸出設(shè)備不可共享， 在某個(gè)程序運(yùn)行之前，設(shè)備已被其他應(yīng)用程序占用，則此應(yīng)用程序不能再使用該設(shè)備。Sound/ Sound/ Sound Out put， 如圖 315。 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(hào)發(fā)生 Simulate Signal. vi 產(chǎn)生信號(hào)。這 6 個(gè)自變量含義及其設(shè)定方法如 圖 312 所示。 下面要介 Formula Waveform. vi， 找到這個(gè)Ⅵ的途徑是 All Functions → Analyze → Waveform Generation → Formula Waveform . vi 。 圖 310 多諧信號(hào)附加噪聲的波形發(fā)生器前面板 19 圖 311 多諧信號(hào)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(hào) 用公式節(jié)點(diǎn)可以產(chǎn)生 信號(hào)： a. 能夠用公式進(jìn)行描述的信號(hào)，也就是確 定性信號(hào)，包括周期信號(hào)和非周期信 號(hào)，但不推薦用它來產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)。)()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。需要指出的是本 VI 能夠附加的噪聲信號(hào)只有高斯白噪聲一種。對(duì)于一般的多諧信號(hào)，可以用多諧信號(hào)附加噪聲的波形發(fā)生器 Tones and Noise Waveform. vi 來產(chǎn)生，這是一個(gè)產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的 VI。 多諧信號(hào)附加噪聲的波形發(fā)生器 Tones and Noise Waveform . vi 在測(cè)試工程應(yīng)用中還有這樣一種情形：測(cè)量的信號(hào)是若干個(gè)正弦信號(hào)或余 弦信號(hào)的疊加，每個(gè)正弦信號(hào)或余弦 信號(hào)具有不同的頻率、幅值和相位。其端口圖如圖 38。在實(shí)際應(yīng)用中用其默認(rèn)值 (連續(xù)產(chǎn)生信號(hào) )的機(jī)會(huì)還是比較多，在這種情況下，我們利用循環(huán)就能夠產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的波形，而不至于在每次循環(huán)的開始時(shí)間點(diǎn)上出現(xiàn)一個(gè)波形跳變。 (3) 信號(hào)重置 信號(hào)重置的改變?cè)陬A(yù)覽 窗口看不到效果，這個(gè)選項(xiàng)在該Ⅵ被放在循環(huán)等結(jié)構(gòu)中重復(fù)運(yùn)行時(shí)起作用。 圖 36 產(chǎn)生仿真周期信號(hào) 圖 37 附加隨機(jī)信號(hào)的類型 (2) 采樣時(shí)間特性和時(shí)間戳 采樣時(shí)間特性選擇：以 Hz 為單位的采樣頻率 → 自動(dòng)采樣時(shí)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(hào)頻率的兩倍，一般取 3 到 5 倍 ） 。 16 圖 35 Simulate Signal. vi 參數(shù)設(shè)定對(duì)話框 (1) 信號(hào)特性 首先選擇周期信號(hào)類型和能夠附加噪聲信號(hào)的類型，分別見圖 36 和圖 37。 圖 34 信號(hào)類型和信號(hào)發(fā)生器 VI 對(duì)應(yīng)表 仿真信號(hào)發(fā)生器 Simulate Signal. vi 仿真信號(hào)發(fā)生器 Simulate Signal. vi 能夠產(chǎn)生單一的周期信號(hào)和單一的隨機(jī)信號(hào)(噪聲 )信號(hào)相加的波形。 正弦波 頻率、幅值的設(shè)置 聲卡初始化 波形選擇 程序終止 釋放聲卡占用資源 聲卡輸出 波形輸入聲卡 三角波 方 波 鋸齒 波 POWER 14 表 31 數(shù)據(jù)類型對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器 圖 31 Express VI 仿真信號(hào)發(fā)生器 圖 32 波形發(fā)生器子 VI 模板 圖 33 普通信號(hào)發(fā)生器子 VI 模板 3 種信號(hào)發(fā)生器 功能相同 ， 都能產(chǎn)生基本信號(hào) ，主要區(qū)別 是 使用的難易程度和靈活性不同 , Express Ⅵ 仿真信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類型的信號(hào)，使用起來最簡單；普通信號(hào)發(fā)生器 VI 產(chǎn)生數(shù)組類型的信號(hào)，使用起來比較復(fù)雜；波形發(fā)生器 VI 產(chǎn)生波數(shù)據(jù)形式 信號(hào)發(fā)生器 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù) Express VI 仿真信號(hào)發(fā)生器 波形數(shù)據(jù) 波形發(fā)生器 VI 數(shù) 組 普通信號(hào)發(fā)生器 VI 15 形數(shù)據(jù)，使用的復(fù)雜程度介于兩者之間。針對(duì)不同的數(shù)據(jù)形式， LabVIEW 中有 3 個(gè)不同層次的信號(hào)發(fā)生器，如表 31。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。聲卡輸出信號(hào)的頻率范圍與聲卡的型號(hào)有關(guān)，其頻率一般在 1Hz20KHz之間。 (3) 聲道數(shù) ：聲道數(shù)是衡量聲卡檔次的重要指標(biāo)之一，可以分為單聲道、準(zhǔn)立體聲、立體聲和 。對(duì)于20Hz～ 20KHz范圍內(nèi)的音頻信號(hào)，采用 ，但可能會(huì)出現(xiàn)失真。 (2) 采樣頻率：