【正文】 該生在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，各方面均表現(xiàn)較出色，在同學(xué)的幫助下完成通虛擬儀 器設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 電子科技大學(xué)中山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄 學(xué)生姓名 陳建文 專業(yè)班級 20xx通信工程 A班 學(xué)號 2520xx05081 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 虛擬儀器設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 指導(dǎo)教師 孟慶元 評閱教師 答辯時(shí)間 答辯地點(diǎn) 答辯小組提問及學(xué)生回答問題情況記錄 答辯組提問一： 學(xué)生回答情況（請打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問二： 學(xué)生回答情況（請打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問三： 學(xué)生回答情況（請打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問四： 學(xué)生回答情況（請打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問五： 學(xué)生回答情況（請打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯小組成員 ： 答辯小組組長（簽名）： 答辯小組秘書（簽名）： 年 月 日 35 電子科技大學(xué)中山學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績評定表 學(xué)生姓名： 陳建文 班級、學(xué)號： 20xx 通信工程 A 班 .2520xx05081 題 目： 虛擬儀器設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 綜合成績： 指導(dǎo)者評語： 該生領(lǐng)悟能力較強(qiáng)， 能夠通過自己觀察發(fā)現(xiàn)解決問題的新方法，并且能夠?qū)⑵鋵?shí)現(xiàn)。也要感謝跟我一組的同學(xué)，許多次在我設(shè)計(jì) 不知如何下手時(shí)，他都給了我許多的建議，使我大大加快了設(shè)計(jì)的進(jìn)程 。首先謝謝我的指導(dǎo)老師： 孟慶元 。 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。 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 00 00 ? ，分辨率約為 %。 （二）主要技術(shù)指標(biāo)： 1 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。 （ 2）充分利用了計(jì)算機(jī)的外設(shè)連接能力，測試結(jié)果和波形顯示。 如圖 51 圖 61 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)。經(jīng)過長時(shí)間的反復(fù)熟悉之后，對這些 VI 的點(diǎn)選路徑都熟悉了。 圖 44 模擬波形 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，對一些應(yīng)用領(lǐng)域是一種很好的選擇。 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 說明：波形分為直接聲卡采集到的波形和經(jīng)過低通濾波后的波形，同時(shí)可以通過右側(cè)控件，改變波形的顏色和設(shè)置低通濾波的截止頻率。 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，可以用來測量音頻范圍的信號（如聲音、脈搏、心電、腦電和電話等）。 當(dāng)信號切換的控件位真時(shí) ，波 形 瀏覽器直接 把 聲卡讀出的 波形顯示出來； 當(dāng)信號切換的控件為假時(shí)，波形瀏覽器顯示模擬數(shù)據(jù) ； 然后經(jīng)過低通濾波送給波形瀏覽器顯示 。 程序的 總框 圖 程序的總框圖如圖 52 所示 ： 圖 42 程序總框圖 總框圖說明： 信號通過聲卡采集進(jìn)虛擬器中， 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。 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 00 00 ? ，分辨率約為 %。 圖 41 程序前面板 聲卡配置 1 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。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。 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)境下編寫的，用高版本可以查看此程序，低版本是打不開的。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(gè)完整的 程序 。 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 : 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 程序說明： 波形顯示控件可以手動調(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。因此在測量信號時(shí)希望把高頻噪聲信號去掉。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)波形代替通過聲卡采集到的波形。 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。 1=x2 輸入 f[x_]:=f[x2] /。 三角波： 三角波函數(shù)： 輸入 f[x_]:=x /。 方波不一定是交流波。 電流的波形為矩形的電流即為方波電流。 正弦波 ： 公式為 y=Asin(ωx+φ ） A 為振幅， ω 周期， φ 相位。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。 Sound → Sound → Input → Clear 選擇 clear 函數(shù)。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）。 Sound → Sound → Input → Read 選擇 read 函數(shù)。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)。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。 Sound Input Read .VI 的前面板為聲卡采集時(shí)的參數(shù)設(shè)置。 Sound → Sound → Input → Configure 選擇 configure函數(shù)。緩沖區(qū)長度可選默認(rèn)值。 圖 35 Sound Input Configure .Vi 的后面板 程序說明： Sound Input 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。 參數(shù)設(shè)置 如圖 34所示。 6)聲卡參數(shù)設(shè)置如如圖 331 圖 331 數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置 虛擬儀器 Sound Input Configure .Vi 的前面板如圖 34所示。對輸入簇 Cluster 進(jìn)行解包。 4） 右鍵點(diǎn)擊 SI Config 函數(shù)的 Buffer Size 輸入，選擇 create control，自動生成無符號長整數(shù)類型的控鍵。 3） 右鍵點(diǎn)擊 SI Config 函數(shù)的 Sound Format 輸入，選擇 create control，自動生成 Sound Format 簇類型控鍵。 1） Functions → Structures → While Loop 選擇 While 循環(huán)。 主要操作說明； 在 block diagram： Functions → Graphics amp。而在采樣率的選擇方面，我采用了一個(gè) case 循環(huán)，目的是在采樣率為 44100Hz 的條件下，在循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)。所以在設(shè)計(jì)中我采用 stereo 16bit 進(jìn)行雙聲道采樣。另外，用單聲道采樣，左右聲道信號都相同，而且每個(gè)聲道的幅值只有原信號幅值的 1/2；采用立體聲采樣，左右聲道互不干擾，可以采兩路不同的信號，而且采樣的信號幅值與原幅值相同。 圖 33 數(shù)據(jù)采集和處理模塊 程序說明： 在 LABVIEW 軟件中，對于聲卡的聲道可以分為 mono 8bit（單聲道 8位）， mono 16bit（單聲道 16 位）， stereo 8bit（立體聲 8 位）和 stereo 16bit（立體聲 16 位）。 數(shù)據(jù)采集和處理模塊 數(shù)據(jù)采集模塊是虛擬軟件的硬件驅(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)。圖標(biāo)連接端口可以把 VI 變成一個(gè) 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(yùn)行時(shí)，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(diǎn)之間傳輸?shù)慕涌?。?jié)點(diǎn)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(diǎn)（ Node）、數(shù)據(jù)連線（ Wire）構(gòu)成。 一個(gè)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(gè)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(gè) 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 語言聲卡 參數(shù)設(shè)置 數(shù)據(jù)采集 波形顯示 低通濾波 低通濾波后波形 函數(shù)信號發(fā)生器 設(shè)計(jì)的，它是一種編程語言而不僅僅是一個(gè)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。 LABVIEW 專業(yè)版開發(fā)系統(tǒng)包括應(yīng)用程序生成器（ Application Builder），可以創(chuàng)建并發(fā)布獨(dú)立的可執(zhí)行程序、共享庫或動態(tài)連接庫（ DLL）。 LABVIEW 具有許多特性，能使測量和自動化應(yīng)用方案完成適用于用戶企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，能將應(yīng)用方案以網(wǎng)頁的形式發(fā)表，或在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。數(shù)據(jù)采集卡是進(jìn)行高速直接控制以及低速控制的理想設(shè)備。無論是使用基于計(jì)算機(jī)的插入式儀器設(shè)備，還是使用 GPIB， VXI， Ether 接口或是串口的獨(dú)立儀器設(shè)備， LABVIEW 內(nèi)置的驅(qū)動程序庫和具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動軟件都可以對儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制。但是 LABVIEW 的特點(diǎn)在于：它使用圖形化編程語言 G 在流程圖中創(chuàng)建源程序，而沒有使用基于的文本語言來產(chǎn)生源程序代碼。 初始化 聲卡 信號采集 波形顯示 低通濾波 LABVIEW 模塊 程序的結(jié)構(gòu)圖 程序的 結(jié)構(gòu)圖如圖 32 所示： 圖 32 程序的結(jié)構(gòu)圖 LABVIEW 簡介 LABVIEW 是（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺）是一個(gè)程序開發(fā)環(huán)境。 程序的流程圖 程序流程框圖 如圖 31 所示 ： 圖 31 數(shù)據(jù)采集 程序流程圖 流程圖簡介： 首先對設(shè)計(jì)中 運(yùn) 用到的模塊進(jìn)行初始化， 然后通過聲卡對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，把采集到的信號送入 LABVIEW 模塊 中， 通過 LABVIEW 模塊 的程序運(yùn)行下 ，把采集到的信號通過圖 形 的形式，把波形顯示出來。如果測試輸入信號，則使用測試線 1 把信號源連接到聲卡輸入端 Line In 口；如果測試輸出信號，就把該測試線連接到聲卡輸出端 Line Out 口。為測試聲卡的頻響特性，可使用測試線 2 將聲卡的輸入端與輸出端連接起