【正文】 采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對(duì)聲音信號(hào)的采樣次數(shù)，采樣頻率越高聲音的還原就越真實(shí)越自然。這個(gè)數(shù)值越大，解析度越高，錄制和回放的聲音就越真實(shí)。 聲卡的工作流程 輸入時(shí)，麥克風(fēng)或線路輸入 (Line In)獲取的音頻信號(hào)通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行播放、錄音等各種處理；輸出時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)總線將數(shù)字化的聲音信號(hào)以 PCM(Pulse Code Modulation，脈沖編碼調(diào)制 )方式送到 D/A轉(zhuǎn)換器，變成模擬的音頻信號(hào)，通過(guò)功放或線路輸出 (Line Out)送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波。 聲卡工作原理 麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、耳機(jī)等所用的都是模擬信號(hào)，而電腦所能處理的信號(hào)都是 數(shù)字信號(hào)，聲卡的作用就是實(shí)現(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)換。 硬件聲卡概述 本虛擬 音頻 信號(hào)發(fā)生器的硬件部分為一 具有聲卡的通用 PC機(jī) 。 報(bào)表生成子模板 ： 創(chuàng)建或操作 LabVIEW 報(bào)表文件。 應(yīng)用程序控制子模板 ： 通過(guò)本地計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)控制 VI，可同時(shí)控制多個(gè) VI。 “選擇? VI 子程序”子模板：包括一個(gè)對(duì)話框，可以選擇一個(gè) VI 程序作為子程序（ SUB VI）插入當(dāng)前程序中。 時(shí)間和對(duì)話框子模板：包括對(duì)話框窗口、時(shí)間和出錯(cuò)處理函數(shù)等。這里的群相當(dāng)于 C 語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)。 字符串 子模板 ： 用于連接兩個(gè)或更多字符串，抽取字符串子集，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖 25 功能模板 11 為字符串以及格式化字符串，以便進(jìn)行文字處理或電子表格應(yīng)用。 布爾邏輯子模板：包括各種邏輯運(yùn)算符以及布爾常數(shù)。以下介紹幾個(gè)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。 (注：只有打開(kāi)了框圖程序窗口，才能出現(xiàn)功能模板。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。 調(diào)用存儲(chǔ)在文件中的控制和顯示的接口。 圖形子模板：顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的趨勢(shì)圖和曲線圖。 布爾值子模塊：邏輯數(shù)值的控制和顯示。 控制 模板如 圖 24 所示。如果控制模板不顯示，可以用 Windows菜單的 Show Controls Palette功能打開(kāi)它，也可以在前面板的空白處，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板。 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。通過(guò)這些控制或功能子模板可以找到創(chuàng)建 程序所需的面板對(duì)象和框圖對(duì)象。 與上述工具模板不同，控制和功能模板只顯示頂層子模板的圖標(biāo)。 顏色工具：用來(lái)給對(duì)象定義顏色。程序調(diào)試員可以通過(guò)控 制探 針窗口來(lái)觀察該數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)變化狀況。 斷點(diǎn)工具：使用該工具在 VI 的框圖對(duì)象上設(shè)置斷點(diǎn)。 對(duì)象彈出菜單工具：用左鼠標(biāo)鍵可以彈出對(duì)象的彈出式菜單 。 連線工具：用于在框圖程序上連接對(duì)象。 標(biāo)簽工具：用于輸入標(biāo)簽文本或者創(chuàng)建自由標(biāo)簽。 選擇工具：用于選擇、移動(dòng)或改變對(duì)象的大小。 操作工具：使用該工具來(lái)操作前面板的控制和顯示。該模板可以在 windows 菜單下選擇 Show Tools Palette命令以顯示該模板。操縱模板共有三類(lèi) : 工具 (Tools) 模板、控制 (Controls) 模板和功能 (Functions)模板或稱(chēng)函數(shù)模板。 8 圖 21 LabVIEW 前面板 圖 22 LabVIEW 流程圖 LabVIEW 模板分析 LabVIEW 是一種圖形化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在一 個(gè)虛擬儀器 VI 的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，主要利用模板創(chuàng)建和運(yùn)行程序。其中端口被用來(lái)同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù) 據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。 流程圖是指程序的內(nèi)部運(yùn)行結(jié)構(gòu)，是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理的流程，包含了虛擬儀器的圖形化源代碼。前面板包括旋鈕、按鈕、圖形和其他的控制（ Controls）與顯示 (Indicators)模塊。 LabVIEW 的結(jié)構(gòu) 所有的 LabVIEW 程序，即虛擬儀器 （ VIs） ,都包括前面板（ Front Panel） 和程序流程圖（ Block Diagram） 兩部分。 LabVIEW 具有很強(qiáng)的開(kāi)放性，是一個(gè)開(kāi)放的開(kāi)發(fā)環(huán)境，能和第三方軟件輕松連接，通過(guò) LabVIEW 可以把現(xiàn)有的應(yīng)用程序和 NET 組件、 ActiveX、DLL 等相連，可以和 MATLAB 混合編程，也可以在 LabVIEW 中創(chuàng)建能在其他軟件環(huán)境中調(diào)用的獨(dú)立執(zhí)行程序或動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。 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(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié) 議（ UDP），方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 LabVIEW 提供了數(shù)百種儀器的源碼級(jí)驅(qū)動(dòng)程序，包括 DAQ、 GPIB（ IEEE488）、 PXI、 VXI、 RS232，根據(jù)需要還可以在 LabVIEW中自行開(kāi)發(fā)各種硬件驅(qū)動(dòng)程序，也可以通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（ DLL）利用其他語(yǔ)言開(kāi)發(fā)函數(shù)庫(kù)，從而進(jìn)一步擴(kuò)展其功能 。這樣既節(jié)約了時(shí)間，又可提高測(cè)試的可控制性及測(cè)試速度 。 (3) 開(kāi)發(fā)功能高效、通用。 LabVIEW 繼承并發(fā)展了結(jié)構(gòu)化和模塊化程序設(shè)計(jì)概念，使測(cè)試程序能夠很好地體現(xiàn)分層性、模塊化，即可以把任意一個(gè)測(cè)試程序當(dāng)作頂層程序， 7 也可將其當(dāng) 做其他測(cè)試程序的子程序，這樣用戶(hù)就可以把一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用任務(wù)分解為一系列、多層次的子任務(wù)。其編程過(guò)程近似人的思維過(guò)程，直觀易學(xué)，編程效率高，無(wú)須編寫(xiě)任何文本格式的代碼，易為多數(shù)工程技術(shù)人員接受。用 LabVIEW 編寫(xiě)程序的過(guò)程也就是多個(gè)圖標(biāo)用 線 連起來(lái)的過(guò)程，連線表示功能模塊之間存在數(shù)據(jù)的傳遞。 概括的說(shuō)， LabVIEW 作為測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)有如下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)： (1) 圖 形化編程環(huán)境。 LabVIEW 是一個(gè)劃時(shí)代的圖形化編程系統(tǒng)，它提供了一種全新的程序編寫(xiě)方法， 可通過(guò)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(jì)虛擬儀器的操作面板， 通過(guò)框圖模塊來(lái)指示各種功能。 NI 公司的 LabVIEW 全稱(chēng)叫 Laboratory Virtual Instrument Engineering Work Bench，它是一個(gè)高效的圖形化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 。其中 C/C++、 VC、 VB 等傳統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為眾多編程人員所熟悉， 可以用來(lái)開(kāi)發(fā)測(cè)試軟件，但這種開(kāi)發(fā)方式對(duì)測(cè)試人員要求很高，需要自己將各種數(shù)據(jù)處理方法用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，還要對(duì)用于數(shù)據(jù)通信的各種連接總線（如RS23 GPIB、 USB 等）非常熟悉，絕大多數(shù)測(cè)試工程人員難以做到，或者需要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)研究，而懂得這些編程方法的人員又不一定懂得測(cè)試，因此用這種平臺(tái)開(kāi)發(fā)測(cè)試工程軟件難度大、周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、可擴(kuò)展性差。 可以在音頻范圍內(nèi) 調(diào)節(jié)輸出波形的頻率 、 幅值 和相位 的大小，當(dāng)用到方波時(shí)可以調(diào)節(jié)占空比。 6 2 系統(tǒng)基本功能描述及 軟硬件 概述 系統(tǒng)基本功能描述 該音頻信號(hào)發(fā)生器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)常用正弦，三角， 方波 ，鋸齒 四種 信號(hào)的生成和顯示，并用聲卡發(fā)聲。 第五章 介紹對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果的分析 。 第三章 介紹了系統(tǒng)的整體 實(shí)現(xiàn) 方案 ，依據(jù)整體方案的各組成部分，對(duì)各部分的不同實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了描述，并通過(guò)對(duì) 比分析確定各組成部分最終將采用的方案。 詳細(xì)介紹 了軟件編程平臺(tái) LabVIEW語(yǔ)言，重點(diǎn)分析了 LabVIEW的三種模板 。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 。內(nèi)容主要涉及了音頻信號(hào)發(fā)生器的軟面板制作，常用信號(hào)的生成及顯示，聲卡驅(qū)動(dòng)程序的應(yīng)用。這樣的信號(hào)發(fā)生器兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活性高，值得在工程測(cè)量應(yīng)用及相關(guān)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)一步推廣和擴(kuò)充，其應(yīng)用前景較為廣闊。并且 ISA（ Industry Standard Architecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）總線向 PCI總線的過(guò)渡，解決了以往聲卡與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的瓶頸問(wèn)題， 更加 充分發(fā)揮了 DSP芯片的性能。它同時(shí)具有 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換功能，能實(shí)現(xiàn)雙通道、 16位、高精度的數(shù)據(jù)采集，且每通道采樣頻率不小于 ，對(duì)于工程測(cè)量、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等用途而言，其各項(xiàng)指標(biāo)均可以滿(mǎn)足要求。為了降低開(kāi)發(fā)成本，本次設(shè)計(jì)的虛擬音頻信號(hào)發(fā)生器就 采用 PC機(jī)聲卡代替價(jià)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(yǔ)音信號(hào) 。 虛擬儀器一般由通用儀器硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。此外由于缺乏相應(yīng)的計(jì)算機(jī)接口，配合數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理比較困難且體積相對(duì)龐大，制造成本比較高，這就增加了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本。 傳統(tǒng)臺(tái)式音頻信號(hào)發(fā)生器是由儀器廠家設(shè)計(jì)并定義好功能的一個(gè)封閉結(jié)構(gòu) 。它把計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技 術(shù)、傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、軟件技術(shù)很好地結(jié)合起來(lái)， 由用戶(hù)定義儀器功能，桌面整潔，操做條理，不但使測(cè)量人員從繁復(fù)的儀器堆中解放出來(lái)，而且具有精度高、速度快、系統(tǒng)組建時(shí)間短、可擴(kuò)展性強(qiáng)、技術(shù)更新快和儀器智能化等優(yōu)點(diǎn)， 尤其是在需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的地方發(fā)揮了很大的優(yōu)勢(shì)。而傳統(tǒng) 信號(hào)發(fā)生器電路復(fù)雜，抗干擾能力差，實(shí)現(xiàn)困難及設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。虛擬儀器技術(shù)的提出和發(fā)展，標(biāo)志著二十一世紀(jì)自動(dòng)測(cè)試與電子測(cè)試儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。國(guó)內(nèi)將有大批企 4 業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。LabVIEW 作為虛擬儀器開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的杰出代表，在我國(guó)雖然引進(jìn)的時(shí)間不長(zhǎng)，但是現(xiàn)在己經(jīng)被認(rèn)識(shí)和推廣、應(yīng)用，它促進(jìn)了中國(guó)測(cè)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。此外，國(guó)內(nèi)已有幾家企業(yè)在研制 PC 虛擬儀器，哈工大儀器王電子有限責(zé)任公司就是其中之一，它的產(chǎn)品已達(dá)到了一定的批量。清華大學(xué)利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車(chē)發(fā)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的出場(chǎng)檢驗(yàn)，主要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特征、負(fù)荷特性等。 在國(guó)內(nèi)已有部分院校的實(shí)驗(yàn)室引入了虛擬儀器系統(tǒng)，近一、兩年來(lái)又開(kāi)發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于教學(xué)和科研。世界各國(guó)的公司，特別是美國(guó) NI 公司，為使虛擬儀器能夠適應(yīng)上述各種總線的配置，開(kāi)發(fā)了大量的軟件以及適應(yīng)要求的硬件，可以靈活的組建不同復(fù)雜的虛擬儀器子自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。 LabVIEW采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開(kāi)發(fā)軟件。近年來(lái)，世界各國(guó)的虛擬儀器公司開(kāi)發(fā)了不少虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件，使用者利用這些公司提供的開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件組建自己的虛擬儀器或測(cè)試系統(tǒng)，并編制測(cè)試軟件。 虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)不止上述幾點(diǎn)，它的實(shí)用性、可靠性等均有很大的優(yōu)勢(shì)，毫無(wú)疑問(wèn)，虛擬儀器是現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)發(fā)展的必然，也是測(cè)控領(lǐng)域不可缺少的有利工具。 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(cè)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(shí)間少，同時(shí)由于測(cè)量時(shí)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。 虛擬儀器具有與其它設(shè)備互聯(lián)的能力，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)或 與 高檔外設(shè)的連接， 實(shí)現(xiàn)對(duì)其它外接設(shè)備的監(jiān)測(cè) 和管理，這種互聯(lián)能力使測(cè)控系統(tǒng)的功能顯著增加，應(yīng)用領(lǐng)域明顯擴(kuò)大。周期短，見(jiàn)效快，能充分地滿(mǎn)足用戶(hù)不同場(chǎng)合的需求。 (2) 靈活方便，用戶(hù)自己定義。 虛擬儀器之所以能夠得到迅速的發(fā)展與應(yīng)用和它所表現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)顯然是分不開(kāi)的，概括說(shuō)來(lái)有如下幾點(diǎn)： (1) 軟件為 核心。另一種方式是將儀器裝 入計(jì)算機(jī) ， 以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能 。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。 由上面的描述可定義虛擬儀器如下： 所謂虛擬儀器（ Virtual Instrument），就是在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，用戶(hù)根據(jù)需求來(lái)定義和設(shè)計(jì)儀器的測(cè)試功能，其實(shí)質(zhì)是充分利用計(jì)算機(jī)的 最新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。如果由計(jì)算機(jī)技術(shù)支撐的虛擬儀器系統(tǒng)來(lái)完成上述三大功能，充分利用計(jì)算機(jī)的軟件和硬件優(yōu)勢(shì)，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析和處理，這種方式突破了傳統(tǒng)儀器在測(cè)量速度、測(cè)量功能以及適應(yīng)范圍的局限，并且給用戶(hù)拓展了想象空間。 儀器的基本功用就是：信號(hào)獲取、分析處理與控制和信息指示表達(dá)。由于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大功 能的支撐使得各種微機(jī)化的新型儀器應(yīng)運(yùn)而生，特別是 80年代后期，國(guó)外提出了一種全新的儀器儀表概念 —— 虛擬儀器。 面對(duì)高精度、高速度以及多參數(shù)的場(chǎng)合， 傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器 其局限性明顯地表現(xiàn)出來(lái)，此外對(duì)許多新的測(cè)量要求傳統(tǒng)儀器也顯得非常吃力。由于技術(shù)復(fù)雜，所以功能更新緩慢。 虛擬儀器概述 以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 虛擬儀器概述 計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了儀器儀表業(yè) 劃 時(shí)代的革命，其產(chǎn)物從模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能化儀器到今天的虛擬儀器，無(wú)一不顯示出計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)在儀器 的演化與發(fā)展過(guò)程中所起的重要作用。由于計(jì)算機(jī)的性能價(jià)格比不斷改進(jìn)， 這將 使 虛擬儀器的價(jià)格更為大眾化，用戶(hù)不必再受限于 傳統(tǒng)儀器的使用 范圍 和昂貴的價(jià)格 限制 ，進(jìn)一步降低 使用成本，減少 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用和系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。 它 可廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷、航天航空、軍事工程、電力工程、機(jī)械工程、建筑工程、鐵路交通、地質(zhì)勘探、生物醫(yī)療