【正文】 ............................................................................... 25 4 音頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與結(jié)果顯示 ................................................................... 26 音頻信號(hào)發(fā)生器前面板的設(shè)計(jì) ............................................................................. 26 音頻信號(hào)發(fā)生器流程圖設(shè)計(jì) ................................................................................. 28 II 音頻信號(hào)發(fā)生器運(yùn)行結(jié)果顯示 ........................................................................... 31 單聲道音頻信號(hào)發(fā)生器運(yùn)行結(jié)果顯示 .......................................................... 31 雙通道音頻信號(hào)發(fā)生器運(yùn)行結(jié)果顯示 .......................................................... 32 5 音頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)的調(diào)試和結(jié)果分析 ................................................................... 34 6 結(jié)論 ................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1 1 緒論 課題背景 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日新月異 ，測(cè)控儀器正經(jīng)歷著一場(chǎng)翻天覆地的變化。在這方面，傳統(tǒng)儀器表現(xiàn)出操作復(fù)雜、不易協(xié)調(diào)等缺陷， 微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的 進(jìn)一步發(fā)展為 許多新的測(cè)試技術(shù)和測(cè)試方法 提供了平臺(tái)，新的 測(cè)試技術(shù)和測(cè)試方 法 在許多方面 已經(jīng)沖破了傳統(tǒng)測(cè)試儀器的局限性 。 PC、半導(dǎo)體和軟件功能的進(jìn)一步更新 使得 未來(lái)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展將為測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)極佳的模式，并且在測(cè)量和控制方面都有無(wú)以倫比的強(qiáng)大功能和靈活性。 虛擬儀器的各種優(yōu)點(diǎn)讓用戶(hù)可以放心地舍棄舊的傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備，接受更新型、以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的虛擬儀器系統(tǒng)。此外，新型筆記本電腦又把虛擬儀器的便攜性和強(qiáng)大功能推向一個(gè)新的水平 ， 所有這些必將加快虛擬儀器的發(fā)展，使它的功能和應(yīng)用領(lǐng)域不斷增強(qiáng)和擴(kuò)大 ， 本文設(shè)計(jì)的虛擬音頻信號(hào)發(fā)生器正是在這個(gè)背景下確立的。任何測(cè)量與控制都離不開(kāi)儀器儀表，傳統(tǒng)儀器以專(zhuān)一、固定的形式存在，測(cè)量功能及應(yīng)用范圍只能由生產(chǎn)廠家定義并制造。 它的 測(cè)量?jī)x器模式為：獨(dú)立的機(jī)箱， 面板 式操作按鍵和旋鈕， 測(cè)量結(jié)果的顯示方式以 指針、表頭或數(shù)碼管窗口等 為主 。 科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新學(xué)科、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這給作為信息技術(shù)源頭和基礎(chǔ) 2 的測(cè)量行業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇。這種概念的提出為測(cè)量與控制領(lǐng)域中技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了空間，在解決 上述 傳統(tǒng)儀器面臨的問(wèn)題方面輕松自如，同時(shí) 也使進(jìn)入信息時(shí)代的人們?cè)跍y(cè)量觀念上產(chǎn)生了更多的新思想和新概念。傳統(tǒng)儀器在實(shí)現(xiàn)這三大功能時(shí)，是以固化的電路結(jié)構(gòu)來(lái)完成的，其專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，用戶(hù)難以改變儀器的測(cè)量功能，因此測(cè)量功能單一或有限，使用范圍狹窄，從采樣、分析到數(shù)據(jù)處理全部由人工操作 ，效率低，可靠性差。用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際測(cè)量需求，在基本不改變硬件的情況下，設(shè)計(jì)出自己所需要的測(cè)量系統(tǒng)，達(dá)到一機(jī)多用的功效。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類(lèi)儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。虛擬儀器主要是指 后面 這種方式 。 虛擬儀器所用的硬件很有限，它的功能不是由多少臺(tái)實(shí)際存在的儀器來(lái)決定，而主要由用戶(hù)根據(jù)需要所設(shè)計(jì)的軟件決定的。 虛擬儀器打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶(hù)無(wú)法更改的模式，它給用戶(hù)一個(gè)自由 發(fā)揮才能的天地，用戶(hù)可根據(jù)自己不斷變化的需求，方便靈活地重組測(cè)量系統(tǒng)，而系 統(tǒng)的擴(kuò)展、升級(jí)都可隨時(shí)進(jìn)行。 (3) 系統(tǒng)的開(kāi)放性強(qiáng)。 (4) 性?xún)r(jià)比高。在節(jié)省了硬件環(huán)節(jié)的同時(shí)，也減少了測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本和維護(hù)成本，所以經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 虛 擬儀器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 虛擬儀器技術(shù)目前在國(guó)外發(fā)展很快，以美國(guó)國(guó)家儀器公司（ NI） 為代表的一批廠商已經(jīng)在市場(chǎng)上推出了基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計(jì)的商品化儀器產(chǎn)品。最早和最具有影響力的開(kāi)發(fā)軟件，是 NI 公司的 LabVIEW 軟件和 LabWindows/CVI 開(kāi)發(fā)軟件。當(dāng)今虛擬儀器的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用的總線(xiàn)包括傳統(tǒng)的 RS232 串行總線(xiàn)、 GPIB 通用接口總線(xiàn)、 VXI 總線(xiàn)，以及已經(jīng)被 PC 機(jī)廣泛采用的 USB 串行總線(xiàn)和 IEEE1394 總線(xiàn)。虛擬儀器 的開(kāi)發(fā)廠家，為擴(kuò)大虛擬儀器的功能，在測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、表達(dá) 及其變換方面也做了很多工作，發(fā)布了各種軟件，建立了數(shù)據(jù)處理的高級(jí)分析庫(kù)和工具開(kāi)發(fā)庫(kù)（例如測(cè)量結(jié)果的譜分析、快速傅里葉變換、各種數(shù)據(jù)濾波器、卷積處理和相關(guān)函數(shù)處理、微積分、峰值 、閾值檢測(cè)、波形發(fā)生、回歸分析、數(shù)值運(yùn)算、時(shí)域和頻域分析等），使虛擬儀器發(fā)展可以組建極為復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)。四川聯(lián)合大學(xué)的教師基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，研制了“航空電臺(tái)二線(xiàn)綜合測(cè)試儀”將 8 臺(tái)儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)，使用方便、靈活。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)完后，就可打印出完整的檢測(cè)報(bào) 告。其主要產(chǎn)品有數(shù)字存儲(chǔ)示波器系列、任意波形發(fā)生器及頻率計(jì)系列、多通道大容量波形記錄系列。 國(guó)內(nèi)專(zhuān)家預(yù)測(cè) :未來(lái)幾年內(nèi)，我國(guó)將有 50%的儀器為虛擬儀器。隨著微 型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。 課題的意義 信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，是電子工程師在進(jìn)行各種測(cè)試和診斷時(shí)必備的工具，廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域。在這種傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器 已嚴(yán)重滯后于信息時(shí)代和工程實(shí)際需要的背景下，人們開(kāi)始致力于開(kāi)發(fā)虛擬信號(hào)發(fā)生器。 音頻信號(hào)發(fā)生器作為信號(hào)發(fā)生器的一種 ， 具有很廣泛的應(yīng)用 ， 可應(yīng)用 于 聲學(xué)，振動(dòng)，電信等領(lǐng)域作為信號(hào)激勵(lì)源，也適用于工廠生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行音頻信號(hào)測(cè)試和揚(yáng)聲器聽(tīng)音測(cè)試及純音檢測(cè)。 它 有特定的輸入 /輸出接口和儀器操作面板，具有多種信號(hào)發(fā)生功能，當(dāng)要實(shí)現(xiàn)更多的信號(hào)發(fā)生功能時(shí)，就要配置更多的儀器，這給用戶(hù)的使用帶來(lái)諸多不便。 虛擬儀器技術(shù) 的提出和飛快發(fā)展和傳統(tǒng)臺(tái)式音頻信號(hào)發(fā)生器表現(xiàn)出的弊端，使得虛擬音頻信號(hào)發(fā)生器 應(yīng)運(yùn)而生。硬件解決信號(hào)的輸入和輸出，軟件可以很方便地進(jìn)行修改，改變儀器系統(tǒng)的功能，以適應(yīng)不同使用者的需要 ，其中信號(hào)的輸入、輸出部分一般使用數(shù)據(jù)采集卡 ，但商用的采集卡價(jià)格昂貴，用商用采集卡來(lái)開(kāi)發(fā) 系統(tǒng) 成本較大。 隨著 DSP技術(shù)的成熟，現(xiàn)在的 PC聲卡本身就是一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此外 ，聲卡兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活通用， 軟件特別是驅(qū)動(dòng)程序升級(jí)方便。 在聲卡性能越來(lái)越好，成本越來(lái)越低，普遍率越來(lái)越高的情況下，利用聲卡可在 音頻范圍內(nèi)代替專(zhuān)用的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和輸出，不需要增加任何硬件就能使 5 計(jì)算機(jī)成為 音頻 信號(hào)發(fā)生器。 課題內(nèi)容 本課題以計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力為依托，充分利用聲卡 DSP技術(shù)、 LabVIEW多線(xiàn)程技術(shù)及其圖形化、結(jié)構(gòu)化的特征，實(shí)現(xiàn)了音頻信號(hào)發(fā)生器的軟件化設(shè)計(jì)，能夠完成對(duì)多種常用信號(hào)的生成及模擬輸出。 具體內(nèi)容分為幾個(gè)部分 ： (1) 學(xué)習(xí) 虛擬儀器 及 LabVIEW 語(yǔ)言 的有關(guān)知識(shí)； (2) 學(xué)習(xí) 常用 信號(hào) 生成 的基本 方法及信號(hào)波形的顯示 ； (3) 學(xué)習(xí) 聲卡的有關(guān)知識(shí)和 LabVIEW 的音頻處理模塊設(shè)置及運(yùn)用 ； (4) 學(xué)習(xí)虛擬音頻信號(hào)發(fā)生器的相關(guān)調(diào)試； 具體 論文的結(jié)構(gòu)如下 ： 第一章 緒論，簡(jiǎn)要介紹 課題背景 ， 虛擬儀器的基 本概述 和 虛擬儀器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及發(fā)展方向 。 第二章 描述了本課題所開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的基本功能和所用的軟硬件。除此之外對(duì)系統(tǒng)所用硬件 —— 聲卡的工作原理，工作流程及各項(xiàng)指標(biāo)做了介紹，為后面的編程奠定基礎(chǔ) 。 第四章 介紹音頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程 ，包括系統(tǒng)的 前面板設(shè)計(jì)和流程框圖的設(shè)計(jì) ,并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的 運(yùn)行 結(jié)果進(jìn)行 顯示 。 第六章 結(jié)論，主要是對(duì)本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng) 進(jìn)行總結(jié) 。要求 使用 美國(guó)國(guó)家儀器（ NI）公司開(kāi)發(fā)的 圖形化編程工具 LabVIEW作為 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出的系統(tǒng) 前面板 必須功能齊全、 美觀 。 軟件 LabVIEW 概述 當(dāng)今， C/C++、 VC、 VB 和美國(guó)國(guó)家儀器（ NI）公司的 LabVIEW 都可以作為虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)工具。順應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展，一些專(zhuān)業(yè)測(cè)試開(kāi)發(fā)平臺(tái)紛紛推向市場(chǎng)，如 HPVEE、組態(tài)軟件平臺(tái)、 TPS 平臺(tái)等，但這些平臺(tái)的專(zhuān)用性太強(qiáng)，可擴(kuò)展性、通用性比較差。它采用了簡(jiǎn)單易用的圖形式開(kāi)發(fā)環(huán)境和靈活強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，為編程提供了一個(gè)直觀的環(huán)境，與測(cè)量硬件緊密結(jié)合，能讓工程師與科學(xué)家們迅速開(kāi)發(fā)出有關(guān)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析及顯示的解決方案?，F(xiàn)今數(shù)以萬(wàn)計(jì)的工程師、科學(xué)家及技術(shù)人員正在通過(guò) LabVIEW 來(lái)構(gòu)建測(cè)量與自動(dòng)化解決方案。 LabVIEW 的基本編程單元是圖標(biāo)，不同的圖標(biāo)表示不同的功能模塊。被連接的對(duì)象之間的數(shù)據(jù)流控制著執(zhí)行程序，并允許有多個(gè)數(shù)據(jù)通路同步運(yùn)行。 (2) 可重用性高。通過(guò)為每個(gè)子任務(wù)設(shè)置不同的功能，并將這些測(cè)試子程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合、修改、交叉和合并等，就可以在頂層最終建成一個(gè)所有應(yīng)用功能的測(cè)試系統(tǒng) 。 LabVIEW 是一個(gè)帶有擴(kuò)展功能庫(kù)和子程序庫(kù)的通用程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，提供數(shù)百種功能模塊（類(lèi)似其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的子程序或函數(shù)），包括算術(shù)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、信號(hào)采集、信號(hào)輸出、數(shù)據(jù)存取、信號(hào)分析處理、數(shù)據(jù)通 信等功能模塊，涵蓋了測(cè)試的各個(gè)環(huán)節(jié)，用戶(hù)通過(guò)拖放及簡(jiǎn)單的連線(xiàn)，就 可以在極 短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)好一個(gè)高效而使用的測(cè)試軟件，再配以 相 應(yīng)的硬件就可以完成各 種測(cè)試任務(wù)。 (4) 支持 多種儀器和數(shù)采硬件的驅(qū)動(dòng)。 (5) 網(wǎng)絡(luò) 功能強(qiáng)大。 (6) 開(kāi)放 性強(qiáng)。 由于 LabVIEW 虛擬儀器系統(tǒng)具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)將采用 LabVIEW 作為編程的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。前面板是 LabVIEW VI 的圖形用戶(hù)接口， 集成了用戶(hù)輸入和顯示輸出功能。用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要在前面板上放置按鈕等控制模塊及顯示模塊 ， 如圖 21。 流程圖由端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線(xiàn)構(gòu)成。 它和文本式開(kāi)發(fā)平臺(tái)（如 VC++）中的 *.h、 *.cpp 等文件的作用是一樣的，只是 LabVIEW 流程圖的開(kāi)發(fā)是圖形化的，更簡(jiǎn)單、高效、直觀，如圖 22。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動(dòng)，并可以放置在屏幕的任意位置。 工具模板 （ Tools Palette） 工具模板如圖 23 所示，它為編程者提供了各種用于創(chuàng)建、 圖 23 工具模板 9 修改和調(diào)試 VI 程序的工具。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就 會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀，它包括了以下工具包。使用它向數(shù)字或字符串控制中鍵入值時(shí)，工具會(huì)變成標(biāo)簽工具的形狀。當(dāng)它用于改變對(duì)象的連框大小時(shí)，會(huì)變成相應(yīng)形狀。當(dāng)創(chuàng)建自由標(biāo)簽時(shí)它會(huì)變成相應(yīng)形狀。如果聯(lián)機(jī)幫助的窗口被打開(kāi)時(shí)，把該工具放在任一條連線(xiàn)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。 漫游工具：使用該工具就可以不需要使用滾動(dòng)條而在窗口中漫游。 探針工具：可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線(xiàn)上設(shè)置探針。 顏色提取工具：使用該工具來(lái)提取顏色用于編輯其他的對(duì)象。它 顯示出對(duì)象的前景色和背景色。在這些頂層子模板中包含許多不同的控制或功能子模板。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊頂層子模板圖標(biāo)就可以展開(kāi)對(duì)應(yīng)的控制或功能子模板，只需按下控制或功能子模板左上角的大頭針就可以把對(duì)這個(gè)子模板變成浮動(dòng)板留在屏幕上。每個(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)子模板。 注：只有當(dāng)打開(kāi)前面板窗口時(shí)才能調(diào)用控制模板。 圖 24 控制 模板 10 以下介紹幾個(gè)常用的模板： 數(shù)值子模板：包含數(shù)值的控制和顯示。 數(shù)組和群子模板：復(fù)合型數(shù)據(jù)類(lèi)型的控制和顯示。 修飾子模板：用于給前面板進(jìn)行裝飾的各種圖形對(duì)象。 功能模板 (Functions Palette) 功能模板是創(chuàng)建框圖程序的工具。若功能模板不出現(xiàn)，則可以用 Windows 菜單下的 Show Functions Palette 功能打開(kāi)它，也可以在框圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。 ) 功能模板如圖 25 所示。 數(shù)值運(yùn)算子模板：包括各種常用的數(shù)值運(yùn)算符，如 +、 等；以及各種常見(jiàn)的數(shù)值運(yùn)算式，如 +1 運(yùn)算；還包括數(shù)制轉(zhuǎn)換、三角函數(shù)、對(duì)數(shù)、 復(fù)數(shù)等運(yùn)算，以 及各種數(shù)值常數(shù)。 數(shù)組子模板 ： 包括數(shù)組運(yùn)算數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及常數(shù)數(shù)組等。 群子模板：包括群的處理函數(shù)，以及群常數(shù)等。 比較子模板：包括各種比較運(yùn)算函數(shù)，如大于、小于、等于。 信號(hào)處理子模板：包括信號(hào)發(fā)生 、時(shí)域及頻域分析功能模塊。 文