【正文】 標(biāo)被放置在另一個(gè)虛擬儀器的流程圖中時(shí)，它就是一個(gè)子儀器。圖標(biāo)是 Sub VI 的直觀標(biāo)記，是 Sub VI 在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式，而連接端口則表示該 Sub VI 與調(diào)用它的 VI 之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的輸入/輸出口，就象傳統(tǒng)編程語言子程序的參數(shù) [14]。這些函數(shù)集中在圖 31 所示的為 LABVIEW 中 Graphics amp。由于使用 Windows 底層函數(shù)（不用更高級(jí)方便的西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18MCI 函數(shù)以及 DirectX 接口）直接與聲卡驅(qū)動(dòng)程序打交道，因而封裝程序低，速度快，而且可以訪問，采集緩沖區(qū)中任意位置的數(shù)據(jù)，具有很大靈活性，能夠滿足實(shí)時(shí)不間斷采集的需要。 Sound 的函數(shù)中Sound 函數(shù)中的 Input 這個(gè)子模塊。 Sound 的函數(shù)中 Sound 函數(shù)中的 Input 中提供的函數(shù) [15]。聲卡的采樣率由內(nèi)部時(shí)鐘控制，只有 34 種固定頻率可選，一般將采樣頻率設(shè)置為 44100HZ，數(shù)據(jù)格式設(shè)置為 16bit。start該函數(shù)用于通知聲卡開始采集外部數(shù)據(jù)。3 虛擬示波器軟件設(shè)計(jì)19read該函數(shù)用于等待采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿的消息。若計(jì)算機(jī)的速度不夠快，使得緩沖區(qū)內(nèi)容被覆蓋，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息。stop 該函數(shù)用于通知聲卡停止采集外部數(shù)據(jù)。clear 該函數(shù)用于完成最終的清理工作。 程序的流程圖程序流程框圖如圖 32 所示：初始化聲卡信號(hào)采集波形顯示參數(shù)顯示LABVIEW 模塊圖 32 虛擬示波器程序流程圖流程圖簡介：首先對(duì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，把采集到的信號(hào)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(hào)通過圖形的形式，把波形顯示出來。西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20 程序的結(jié)構(gòu)框圖程序的結(jié)構(gòu)框圖如圖 33 所示：聲卡 參數(shù)設(shè)置 數(shù)據(jù)采集頻譜分析參數(shù)顯示波形顯示函數(shù)信號(hào)發(fā)生器圖 33 程序的結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖簡介：首先由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生特定的信號(hào)，進(jìn)入聲卡的緩存區(qū)，聲卡開始進(jìn)行初始化的參數(shù)設(shè)置，設(shè)置號(hào)以后將緩存區(qū)的信號(hào)讀取出來，送給數(shù)據(jù)采集卡，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，最后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、參數(shù)顯示和波形顯示。以數(shù)字形3 虛擬示波器軟件設(shè)計(jì)21式顯示的包括周期均方根、周期平均值、峰峰值、正峰值、負(fù)峰值、幅度、頻率、相位值。聲卡采集完信號(hào)數(shù)據(jù)后，聲卡開始讀取數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的讀取，虛擬示波器把波形顯示出來；在波形顯示的過程中，虛擬示波器還能通過頻譜分析，對(duì)波形的幅頻和相頻分析，顯示虛擬示波器的幅頻特性和相頻特性；最后再把頻率、幅頻、相頻的數(shù)據(jù)通過數(shù)組的分析，也顯示出來。而聲卡的讀取過程是通過一個(gè) While 循環(huán)把這所有的過程連接起來。在聲卡的讀取過程中，如果聲卡觸發(fā)有差錯(cuò)的話，聲卡的讀取就會(huì)停止，聲卡直接停止，While 循環(huán)也就結(jié)束了。圖 36 為數(shù)據(jù)采集模塊的程序流程圖開始幅度調(diào)整位移調(diào)整速率調(diào)整讀取數(shù)據(jù)送入緩存區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換顯示波形是否停止采樣停止采樣并釋放資源參數(shù)測(cè)量結(jié)束否圖 36 數(shù)據(jù)采集模塊的程序流程圖具體的數(shù)據(jù)采集流程是：（1）初始化；對(duì)聲卡中與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的一些硬件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；（2）然后，聲卡開始采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)暫存在先進(jìn)先出的緩沖區(qū)中；（3）當(dāng)緩沖區(qū)存滿數(shù)據(jù)后，一方面將數(shù)據(jù)讀取到用戶程序的數(shù)組中，產(chǎn)生一個(gè)采樣數(shù)據(jù)集合，并在程序中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理；（4）另一方面，得到緩沖區(qū)滿的消息后，通知聲卡暫時(shí)停止采集外部數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步清空緩存里的內(nèi)容 [16]。圖 37 數(shù)據(jù)采集和處理模塊程序說明：3 虛擬示波器軟件設(shè)計(jì)23在 LABVIEW 軟件中，對(duì)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） 。另外，用單聲道采樣，左右聲道信號(hào)都相同，而且每個(gè)聲道的幅值只有原信號(hào)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(hào)，而且采樣的信號(hào)幅值與原幅值相同。所以在設(shè)計(jì)中我采用 stereo 16bit 進(jìn)行雙聲道采樣。而在采樣率的選擇方面，本文采用了一個(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)。主要操作說明；在 block diagram：Functions → Graphics amp。1） Functions → Structures → While Loop 選擇 While 循環(huán)。3） 右鍵點(diǎn)擊 SI Config 函數(shù)的 Sound Format 輸入，選擇 create control，自動(dòng)生成 Sound Format 簇類型控鍵。4） 右鍵點(diǎn)擊 SI Config 函數(shù)的 Buffer Size 輸入，選擇 create control，自動(dòng)生成無符號(hào)長整數(shù)類型的控鍵。對(duì)輸入簇 Cluster 進(jìn)行解包。 聲音輸入設(shè)置聲音輸入設(shè)置的前面板是對(duì)聲卡參數(shù)的一些設(shè)置，這些設(shè)置必須能夠滿足設(shè)計(jì)的需要。西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24圖 38 聲音輸入設(shè)置的前面板聲音輸入設(shè)置的后面板如圖 39 所示。聲卡的采樣率由內(nèi)部時(shí)鐘控制，只有 3 到 4 種固定頻率可選，一般將采樣頻率設(shè)置為 44100HZ，數(shù)據(jù)格式設(shè)置為 16bit。主要操作說明：在 block diagram： 3 虛擬示波器軟件設(shè)計(jì)25Functions → Graphics amp。 聲音輸入讀取聲音輸入讀取的前面板為聲卡采集時(shí)的參數(shù)設(shè)置。圖 310 聲音輸入讀取的前面板 聲音輸入讀取的后面板如圖 311 所示。當(dāng)產(chǎn)生這一消息時(shí)，它將數(shù)據(jù)緩西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26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。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)。 Sound → Sound → Input → Read 選擇 read 函數(shù)。圖 312 聲音輸入清除的前面板聲音輸入清除的后面板如圖 313 所示。例如關(guān)閉聲卡采樣通道，釋放請(qǐng)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 → Clear 選擇 clear 函數(shù)。圖 314 采樣點(diǎn)數(shù)測(cè)量模塊程序說明：采樣點(diǎn)數(shù)測(cè)量模塊主要用于獲得波形的采樣點(diǎn)數(shù)，其中采用的 Statistics 函數(shù)，它是用來確定波形運(yùn)行時(shí)的采樣點(diǎn)數(shù)，取決于輸入的程序中設(shè)定的值。 Stat → Statistics 選擇 Statistics 函數(shù)。西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28圖 315 頻率測(cè)量模塊前面板頻率測(cè)量模塊的后面板如圖 316 所示。其中采用的函數(shù)為 Extract Single Tone Information 函數(shù)。主要操作說明：在 block diagram：Functions → Signal Processing → Wfm Measure → Extract Single Tone Information 選擇 Extract Single Tone Information 函數(shù)。頻譜分析模塊的前面板如圖 317 所示。圖 318 頻譜分析模塊的后面板程序說明：頻譜分析模塊，它的作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。主要利用了 FFT Spectrum 函數(shù)。其結(jié)果是返回一個(gè)幅值或相位值。 參數(shù)顯示模塊參數(shù)顯示模塊如圖 319 所示。參數(shù)中包括周期平均，峰峰值，正峰值，負(fù)峰值，周期均方根，直流，均方根。 本章小結(jié) 本章是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，主要介紹了虛擬示波器的各個(gè)功能模塊具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，包括：數(shù)據(jù)采集和處理模塊、測(cè)量模塊、頻譜分析模塊、參數(shù)顯示模塊等。3 虛擬示波器軟件設(shè)計(jì)31西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）324 程序的調(diào)試與測(cè)試 虛擬示波器的性能指標(biāo) 虛擬示波器的性能指標(biāo)直接關(guān)系到該示波器到的性能好壞，包括該示波器能測(cè)量到的頻率范圍，顯示的是否清晰。下面分別介紹本設(shè)計(jì)中的采樣頻率和采樣精度?？紤]到聲卡本身采集質(zhì)量問題，實(shí)際測(cè)試的模擬信號(hào)的最高頻率為。其中實(shí)時(shí)帶寬：2KHz。下面分別從波形顯示、幅頻特性、相頻特性三方面來測(cè)試系統(tǒng)的功能。在最后的測(cè)試中，采用了函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作為外部模擬信號(hào)輸入，用設(shè)計(jì)的虛擬示波器分別顯示正弦波、三角波、方波的波形。接入函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波，然后點(diǎn)擊窗口左上角的“連續(xù)運(yùn)行”按鈕。4 程序的調(diào)試與測(cè)試33圖 41 正弦波的波形顯示然后講函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸入波形改為三角波，其余參數(shù)均不變，點(diǎn)擊“連續(xù)運(yùn)行”按鈕。圖 42 三角波的波形顯示最后將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出波形改為方波，點(diǎn)擊“連續(xù)運(yùn)行”按鈕。西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）34圖 43 方波的波形顯示調(diào)試結(jié)果：從圖 4圖 4圖 43 中可以看到本文所設(shè)計(jì)的虛擬示波器可以對(duì)信號(hào)正確的采集和顯示，達(dá)到了本次虛擬示波器的設(shè)計(jì)要求。本文所設(shè)計(jì)的虛擬示波器能對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集和正確顯示，達(dá)到了虛擬示波器的設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)出的示波器不僅具有波形顯示功能，而且還具有頻譜分析和參數(shù)顯示功能。設(shè)計(jì)的研究工作和主要研究結(jié)果總結(jié)如下： （1）本文用圖形化編程語言 LABVIEW 對(duì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于聲卡的電壓要求為 1V 左右，所以對(duì)小信號(hào)要進(jìn)行放大，大于1V 的電壓信號(hào)要加入衰減電路。（3）由于本文選用聲卡的最高采樣頻率為 ，根據(jù)采樣定理，所能測(cè)試模擬信號(hào)的最高頻率為 22KHz。 （4）在相同的硬件條件下，本文設(shè)計(jì)的虛擬示波器還可以通過修改和增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)回放模塊，來增加虛擬示波器的功能。主要有以下幾個(gè)方面需要改進(jìn)和研究：（1）影響示波器系統(tǒng)各個(gè)性能的因素很多，而數(shù)據(jù)采集卡的采樣速率、分辨率影響著示波器的分辨率和顯示的波形。因此需要選用各方面性能都較高的采集卡，這才能充分發(fā)揮虛擬示波器的優(yōu)點(diǎn)。 網(wǎng)絡(luò)的潮流將資源共享帶入一個(gè)新的階段，加速了虛擬儀器與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合以及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。隨著 PC 技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)已成為一項(xiàng)前沿學(xué)科，代表著儀器發(fā)展的最新方向之一，不斷的被推向各個(gè)新的領(lǐng)域，在新的世紀(jì)將大行其道。隨著高速 A/D 芯片和電路的進(jìn)一步集成化，可以設(shè)想在不遠(yuǎn)的將來，一臺(tái)有安裝虛擬儀器軟件的標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)成為5 總結(jié)與展望37一個(gè)多功能的測(cè)量儀器站，從根本上改變目前專用儀器的研制和生產(chǎn)方式，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬示波器的開發(fā)和研究將會(huì)獲得更大的推動(dòng)。學(xué)校的老師、同學(xué)、設(shè)施等等都是我人生最可寶貴的資源，我用了四年時(shí)間完成了整合。在此祝愿我的母校越辦越好，祝愿老師工作順利、身體健康，希望同學(xué)們學(xué)業(yè)、事業(yè)有成。在我畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，宿舍的舍友林文在我們互相探討中也給了我很大的啟發(fā)和鼓勵(lì)，并提出了許多寶貴的建議。參考文獻(xiàn)39西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）40參考文獻(xiàn)[1] 張健，韓薪莘，房曉溪， ：中國鐵道出版社，2022：159—160 [2] 戴鵬飛，王勝開，王格芳， LABVEIW ：電子工業(yè)出版社，2022：64—77 [3] 路林吉，2022：40— 46 [4] 張毅， 2022：21—24 [5] National Instruments. 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