畢業(yè)設計----虛擬儀器設計-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）</p><p>　　虛擬儀器設計-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p>　　完成日期 2009年 5 月10日</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　發(fā)任務書日期: 　2008年11月10日</p><p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文

2、）任 務 書</p><p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書</p><p>　系　　　　　　別：電子工程系</p><p>　專業(yè)名稱：通信工程</p><p>　學生姓名：</p><p>　學　　　　　　號：2XXXXXXXXXX</p><p>　指導教師姓名、職稱：</p

3、><p>　　虛擬儀器設計-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　虛擬儀器由通用儀器硬件平臺（簡稱硬件平臺）和應用軟件兩大部分構(gòu)成。硬件平臺主要完成對被測信號的進行調(diào)理和采集。儀器硬件可以是插入式數(shù)據(jù)采集卡及必要的外圍電路（含信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字I/O、定時器、D/A轉(zhuǎn)換器等），或者是帶標準總線接

4、口的儀器，如GPIB、VXI、PXI、STD、PCI總線儀器和網(wǎng)絡化儀器等。</p><p>　　目前市場上的A/D采集卡和數(shù)據(jù)采集卡以及帶標準總線接口的儀器等，其價格均不菲，以畢業(yè)設計的目的來說，性價比以及實用程度顯的不高。</p><p>　　進而考慮到計算機中的聲卡本身就是一個A/D，D/A的轉(zhuǎn)化裝置，具有16位的量化精度、數(shù)據(jù)采集頻率是44.1kHz，完成可以滿足特定應用范圍內(nèi)數(shù)據(jù)

5、采集的需要，個別性能指標還優(yōu)于商用數(shù)據(jù)采集卡，而價格卻為商用數(shù)據(jù)采集卡的十分之一或者幾十分之一，在設計實驗中完全可以滿足要求。</p><p>　　因此在本設計中，數(shù)據(jù)采集裝置主要基于聲卡和labview模擬數(shù)據(jù)采集。利用聲卡實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集，制作成一個簡易的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、模擬采集數(shù)據(jù)、波形顯示、進行低頻濾波四大功能。</p><p>　　關鍵詞：虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集；聲卡

6、</p><p>　　Virtual Instrument Design - Data Acquisition System</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Virtual Instrument by the General Instrument hardware platform (the hardw

7、are platform) and consisted of two major applications. The main hardware platform to complete the conduct of the measured signal conditioning and acquisition. Hardware equipment can be a plug-in data acquisition card and

8、 the necessary peripheral circuits (including the signal conditioning circuits, A / D converter, digital I / O, timer, D / A converters, etc.), or with the standard bus interface equipment, such as GPIB, VXI</p>&

9、lt;p>　　Currently on the market A / D acquisition card and data acquisition cards, as well as the standard bus interface with the equipment, their prices are expensive to design for the purposes of graduation, as well

10、as the usefulness of the significant cost of not very high.</p><p>　　To take into account the computer's sound card itself is an A / D, D / A conversion devices, with 16-bit quantization precision, data

11、acquisition frequency is 44.1kHz, completed within the scope of application to meet the specific needs of data collection, individual also better than the commercial performance data acquisition card, and the price of co

12、mmercial data acquisition card for one-tenth or a few one-tenth of the experiment in the design to meet the requirements completely.</p><p>　　Therefore, in this design, data acquisition device is mainly base

13、d on the sound card and analog data acquisition labview. The use of sound to achieve the data collection, to create a simple data acquisition system, to achieve data acquisition, analog data acquisition, waveform display

14、, the four major functions for low-frequency filter.</p><p>　　Keywords: virtual instrument; data acquisition; sound card</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1<

15、/b></p><p>　　1.1 虛擬儀器概述1</p><p>　　1.1.1 虛擬儀器的產(chǎn)生1</p><p>　　1.1.2 虛擬儀器的概念1</p><p>　　1.1.3 虛擬儀器的構(gòu)成2</p><p>　　1.2 虛擬儀器的發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.3本

16、文的研究內(nèi)容3</p><p>　　2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計5</p><p>　　2.1 Labview軟件創(chuàng)建過程5</p><p>　　2.2 設計方案的比較6</p><p>　　2.2.1 軟件比較6</p><p>　　2.2.2 聲卡采集數(shù)據(jù)的特點7</p><p>　　

17、3 軟件模塊的設計11</p><p>　　3.1 程序的流程圖11</p><p>　　3.2 程序的結(jié)構(gòu)圖12</p><p>　　3.3 LABVIEW 簡介12</p><p>　　3.3.1 G語言簡介12</p><p>　　3.3.2 LABVIEW 程序組成13</p><

18、;p>　　3.4 數(shù)據(jù)采集和處理模塊14</p><p>　　3.4.1聲音輸入配置虛擬儀器15</p><p>　　3.4.2聲音輸入讀取虛擬儀器17</p><p>　　3.4.3聲音輸入清除虛擬儀器18</p><p>　　3.5 數(shù)據(jù)模擬模塊20</p><p>　　3.6 低通濾波模塊22&

19、lt;/p><p>　　3.7 波形顯示模塊23</p><p><b>　　3.8 小結(jié)23</b></p><p>　　4 程序設計顯示25</p><p>　　4.1 程序的使用方法25</p><p>　　4.1.1 程序的環(huán)境25</p><p>　　4.1

20、.2 聲卡配置25</p><p>　　4.2 程序的總框圖26</p><p>　　4.3 程序的調(diào)試結(jié)果26</p><p>　　4.3.1聲卡采集數(shù)據(jù)的結(jié)果26</p><p>　　4.3.2模擬采集數(shù)據(jù)的結(jié)果27</p><p><b>　　4.4 小結(jié)29</b></

21、p><p>　　5 設計中遇到的問題30</p><p>　　6 總結(jié)與展望31</p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p>&

22、lt;p>　　1.1 虛擬儀器概述</p><p>　　1.1.1 虛擬儀器的產(chǎn)生</p><p>　　虛擬儀器技術是現(xiàn)在計算機系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，是當今計算機輔助測試領域的一項重要技術。它推動著傳統(tǒng)儀器朝著數(shù)字化，智能化，模塊化，網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。電子測量儀器發(fā)展至今，大體上可以分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。第一代模擬儀器，這類儀器在某些實驗室里還能看

23、到，它是以電磁感應基本定律為基礎的指針式儀器，如指針式萬用表、晶體管電壓表、指針式電流表等。第二代數(shù)字化儀器，這類儀器現(xiàn)在相當普遍，這類儀器將模擬信號的測量值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應和較高準確度的測量，如數(shù)字萬用表、數(shù)字頻率計等。第三代智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，可以進行自動測試和數(shù)據(jù)處理功能，可能代替部分腦力工作，習慣上稱為智能儀器。它的功能模塊全部都是以硬件或固定軟件的形式存在，無論是開發(fā)還是應用

24、，都缺乏靈活性。第四代虛擬儀器，它是現(xiàn)在計算機軟件技術、通信技術和測試技術高速發(fā)展孕育出的一項革命性技術，其導致了傳統(tǒng)儀器的結(jié)構(gòu)、概念和設計觀點都發(fā)生了巨大的變革，它的出現(xiàn)使得人類的測試技術進入了一個新的發(fā)展紀元。</p><p>　　虛擬儀器（Virtual Instruments.簡稱VI）的概念，是美國國家儀器公司（National Instruments Corp.簡稱NI）于1986年提出的。NI公司同

25、時也提出了“軟件即儀器”的口號，徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由廠家定義，用戶無法改變的局面，從而引起了儀器和自動化工業(yè)的一場革命。隨著現(xiàn)在硬件和軟件技術的飛速發(fā)展，儀器的智能化和虛擬化成為各級實驗室以及研究機構(gòu)發(fā)展的方向。虛擬儀器，它既具有傳統(tǒng)儀器的功能，又有別于其他傳統(tǒng)儀器。它能夠充分利用和發(fā)揮現(xiàn)有計算機的先進技術，使儀器的測試和測量及自動化工業(yè)的系統(tǒng)測試和監(jiān)控變得異常方便和快捷。</p><p>　　1.1.2 虛

26、擬儀器的概念</p><p>　　虛擬儀器是指通過應用程序?qū)⒂嬎銠C、軟件的功能模塊和儀器硬件結(jié)合起來，用戶可以通過友好的圖形界面（通常叫做虛擬前面板，簡稱前面板）來操作這臺計算機就像在操作自己定義、自己設計的一臺個人儀器一樣，從而完成對被測信號的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)字存儲等。虛擬儀器以透明的方式，通過軟件對數(shù)據(jù)的分析處理、表達以及圖形化用戶接口，把計算機資源（如微處理器、顯示器等）和儀器硬件（如A/D、D/

27、A、數(shù)字I/O、定時器、信號調(diào)理等）的測試能力和控制能力結(jié)合起來。虛擬一起突破了傳統(tǒng)儀器以硬件為主體的模式，實際上使用者是在操作具有測試軟件的電子計算機進行測量，猶如操作一臺虛設的電子儀器。</p><p>　　虛擬儀器技術的實質(zhì)是充分利用最新的計算機技術來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。軟件是虛擬儀器的關鍵，當基本硬件確定以后，就可以通過不同的軟件實現(xiàn)不同的功能。用戶可以根據(jù)自己的需要，設計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多

28、樣的應用要求。利用計算機豐富的軟、硬件資源，可以大大突破傳統(tǒng)儀器的數(shù)據(jù)的分析、處理、表達、傳遞、存儲等方面的限制，達到傳統(tǒng)儀器無法比擬的效果。它不僅可以用于電子測量、測試、分析、計量等領域，而且還可以用于進行設備的監(jiān)控以及工業(yè)過程自動化。虛擬儀器還可以廣泛用于電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學分析、故障診斷及教學科研等多個方面。</p><p>　　1.1.3 虛擬儀器的構(gòu)成</p><

29、p>　　虛擬儀器從構(gòu)成要素上講，由計算機、應用軟件和儀器硬件等構(gòu)成；從構(gòu)成分式上講則由以DAQ板和信號調(diào)理為儀器硬件而組成的PC-DAQ測試系統(tǒng)，或已GPIB，VXI，Serial和Field bus等標準總線儀器為硬件組成的GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等多種形式。虛擬儀器的構(gòu)成如圖1.1所示。</p><p>　　圖1-1 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　1

30、.2 虛擬儀器的發(fā)展趨勢</p><p>　　虛擬儀器正在繼續(xù)迅速發(fā)展。它可以取代測量技術在傳統(tǒng)領域的各類儀器。虛擬儀器在組成和改變儀器的功能和技術性能方面具有靈活性和經(jīng)濟性，因而特別適應于當代科學技術迅速發(fā)展和科學研究不斷深化所提出的更高跟新的測量課題和測量需要?！皼]有測量就沒有鑒別，科學技術就不能前進?！碧摂M儀器將會在科學技術的各個領域得到廣泛的應用。</p><p>　　圖形化編程平

31、臺的進一步發(fā)展和完善是虛擬儀器發(fā)展的一個重要方向。如何使用戶進行少量的學習甚至不需要學習就可使用功能強大的虛擬儀器，如何使用構(gòu)成簡單的虛擬儀器系統(tǒng)并完成復雜的測試內(nèi)容，如何幫助用戶對測試結(jié)果進行分析和判斷等內(nèi)容，是虛擬儀器技術努力的方向。我國還基本處于傳統(tǒng)儀器與計算機化儀器互相分離的狀態(tài)，世界各大相關的產(chǎn)品商家都在向中國這個巨大的市場進軍。結(jié)合我國的實際情況，我們必須走引進與自行開發(fā)相結(jié)合的道路。一方面，大力引進國外虛擬儀器方面的生產(chǎn)技

32、術；另一方面，發(fā)展基于計算機的插卡式硬件模塊為主的測控技術，發(fā)展圖形化平臺的軟件產(chǎn)品，充分利用我們現(xiàn)有的計算機及測控技術硬件，縮短與國際先進水平的差距。</p><p>　　VXI總線將成為未來虛擬儀器的理想硬件平臺，這是由VXI總線的性能決定的；另一方面，基于PCI-DAQ的虛擬儀器系統(tǒng)由于性價比高、靈活性好而受到大多數(shù)用戶的青睞，將得到高速的發(fā)展。隨著計算機硬件、軟件技術的迅速發(fā)展，虛擬儀器將向高性能、多功能

33、、集成化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。</p><p>　　1.3本文的研究內(nèi)容</p><p>　　虛擬儀器由通用儀器硬件平臺（簡稱硬件平臺）和應用軟件兩大部分構(gòu)成。硬件平臺主要完成對被測信號的進行調(diào)理和采集。儀器硬件可以是插入式數(shù)據(jù)采集卡及必要的外圍電路（含信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字I/O、定時器、D/A轉(zhuǎn)換器等），或者是帶標準總線接口的儀器，如GPIB、VXI、PXI、STD、PCI總線儀

34、器和網(wǎng)絡化儀器等。</p><p>　　目前市場上的A/D采集卡和數(shù)據(jù)采集卡以及帶標準總線接口的儀器等，其價格均不菲，以畢業(yè)設計的目的來說，性價比以及實用程度顯的不高。</p><p>　　進而考慮到計算機中的聲卡本身就是一個A/D，D/A的轉(zhuǎn)化裝置，具有16位的量化精度、數(shù)據(jù)采集頻率是44.1kHz，完成可以滿足特定應用范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的需要，個別性能指標還優(yōu)于商用數(shù)據(jù)采集卡，而價格卻為商

35、用數(shù)據(jù)采集卡的十分之一或者幾十分之一，在設計實驗中完全可以滿足要求。</p><p>　　因此在本設計中，數(shù)據(jù)采集裝置主要基于聲卡和labview模擬數(shù)據(jù)采集。利用聲卡實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集，制作成一個簡易的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、模擬采集數(shù)據(jù)、波形顯示、進行低頻濾波四大功能。</p><p>　　虛擬儀器的發(fā)展已經(jīng)具有快30年的歷史，聲卡采集是不可缺少的內(nèi)容。本論文具體內(nèi)容安排如下：&

36、lt;/p><p>　　第一章，緒論：介紹虛擬儀器的概念、構(gòu)成，發(fā)展的現(xiàn)狀，和本文的研究內(nèi)容。</p><p>　　第二章，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計：首先講述Labview軟件創(chuàng)建過程，過度到設計方案的比較，進而講述了聲卡采集數(shù)據(jù)的特點。</p><p>　　第三章，軟件模塊的設計：主要介紹了各個功能模塊具體設計和實現(xiàn)，包括：數(shù)據(jù)采集和處理模塊、數(shù)據(jù)模擬模塊、低通濾波模塊、波

37、形顯示模塊等。</p><p>　　第四章，程序設計顯示：本章是重點，主要介紹程序的使用方法和程序的調(diào)試結(jié)果。</p><p>　　第五章，總結(jié)與展望和設計中遇到的問題。</p><p>　　2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計</p><p>　　數(shù)據(jù)采集由硬件和功能模塊軟件兩部分組成。本章將詳細討論對數(shù)據(jù)采集時幾種方案的比較。</p>&

38、lt;p>　　2.1 Labview軟件創(chuàng)建過程</p><p>　　創(chuàng)建Labview軟件的過程大體分為以下五步：</p><p>　?。?）需求分析。需求分析是借用軟件工程中的概念，其含義包括創(chuàng)建開發(fā)原型（明確實質(zhì)要解決的問題）、分析程序的可行性（包括成本、性能、風險和技術障礙）等。在創(chuàng)建開發(fā)原型的過程中，開發(fā)人員要與程序的最終使用人員進行充分的交流。在此基礎上，程序開發(fā)人員對所

39、要解決的問題有了大致的了解，甚至可以畫出一個系統(tǒng)的框圖，之后還要進行程序的可行性分析，考慮選用器件的性價比、開發(fā)風險等。</p><p>　?。?）軟、硬件的選擇。程序開發(fā)人員不必擔心操作系統(tǒng)的問題，目前的LABVIEW是一個支持多個系統(tǒng)平臺的軟件，Windows、Power Macintosh、Sun SPARCA工作站、HP工作站、Linux上都可以運行。針對一些特殊的任務，LABVIEW還提供一些附加的工具

40、包，非常方便。選擇適當?shù)墓ぞ甙鼘_到事半功倍的效果。在LABVIEW的設備驅(qū)動程序庫中已經(jīng)包含了上千個免費的驅(qū)動程序（這些驅(qū)動程序支持NI公司的硬件產(chǎn)品），還包括了世界上各大儀器廠商的大部分儀器的LABVIEW驅(qū)動程序。如果沒有現(xiàn)成的驅(qū)動程序，用戶也可以自己編寫。</p><p>　?。?）設計用戶界面。 用戶界面也稱GUI，即graphical user interface。前面板必須簡潔、易懂、設計時應該滿

41、足復雜工作要求。前面板上使用的顏色方案，要兼顧一致和鮮明。一致性包括：①一個VI程序的GUI之間要保持一致；②VI的GUI要與平時大家用的應用程序色調(diào)一致。鮮明就是說：需要強調(diào)的部分一定要用顏色加以突出，體現(xiàn)測控系統(tǒng)程序的特點，減少用戶操作過程中犯錯誤機會。</p><p>　?。?）程序設計。拿到一個設計任務后，首先要分解任務，把待設計任務分割成幾個大的模塊，然后把大的模塊再分解為一系列的功能，甚至可以分解到要

42、用那些函數(shù)的程度；然后是尋求例程，參考例程可以避免重復前人做過的工作；接下來就是根據(jù)項目的特點選擇程序設計方法，自上而下或者自下而上。</p><p>　　（5）程序測試。測試過程是項目開發(fā)的重要組成部分。測試應該從底層的VI開始，然后再測試較大的模塊，最后進行整體測試。測試中還要特別關注全局變量對程序的影響。此外，局部變量和屬性節(jié)點也要引起注意。對于高級程序員來說，還要考慮程序的性能如何，能否滿足速度與響應的要

43、求以及內(nèi)存的使用情況。</p><p>　　2.2 設計方案的比較</p><p>　　2.2.1 軟件比較</p><p>　　在給定計算機必要的儀器硬件后，構(gòu)成和使用虛擬儀器的關鍵在于軟件。軟件為用戶提供了集成開發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口和用戶接口。美國國家儀器公司提出的“軟件即儀器”（The Software is the Instrument）形象的概況了

44、軟件在虛擬儀器技術中的重要作用。所以正確選擇軟硬件對程序開發(fā)和設計起著非常重要的作用。只有選擇了合適的軟硬件才能快速的開發(fā)出應用軟件，才能事半功倍。</p><p>　　對于虛擬儀器應用軟件的編寫，大致可以分為兩種方式：</p><p>　?。?）通用編程軟件進行編寫。主要有Microsoft公司的Visual Basic與Visual C++，Borland公司的Delphi，Sybas

45、e公司的Power Builder。</p><p>　?。?）用專業(yè)圖形化編程軟件開發(fā)。如HP公司的HP-VEE，NI公司的LABVIEW Lab windows/CVI等。</p><p>　　具體選用哪一種軟件，應該由編程者根據(jù)實際情況選擇。設計一個簡易數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在設計中必須考慮以下因素：開發(fā)成本低、執(zhí)行效率佳、程序彈性大、開放性架構(gòu)易于擴充。</p><p&

46、gt;　　LABVIEW是實驗室虛擬儀器工作平臺（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的簡稱，是美國國家儀器公司（NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境。LABVIEW的前面板可以包括旋鈕、刻度盤、開關、圖表和其他界面工具，允許用戶通過鍵盤或鼠標獲取數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。LABVIEW具有模塊化特性，有利于程序的可重用性。LABVIE

47、W將軟件的界面設計和功能設計獨立開來，修改人機界面無需對整個程序進行調(diào)整，LABVIEW是利用數(shù)據(jù)流框圖接受指令，使程序簡單明了，充分發(fā)揮了圖形化編程環(huán)境的優(yōu)點。這就大大縮短了虛擬儀器的開發(fā)周期、消除了虛擬儀器編程的復雜過程。而通用的編程軟件需利用組件技術實現(xiàn)軟面板的設計，這使程序設計變得非常麻煩。</p><p>　　LABVIEW雖然是為計算機測控領域開發(fā)的，但它的函數(shù)包含了一般高級計算機語言中的絕大多數(shù)程序

48、控制功能。LABVIEW作為開發(fā)環(huán)境具有的優(yōu)點總結(jié)如下所述：</p><p>　?。?）圖形編程化，降低了對使用者編程經(jīng)驗的要求，易于工程師使用；</p><p>　?。?）采用面向?qū)ο蟮姆椒ê透拍睿欣谲浖拈_發(fā)和再利用；</p><p>　?。?）對象、框圖及其構(gòu)成的虛擬儀器在Windows，Windows NT、UNIX等多平臺之間和各種PC機及工作站間兼容

49、，便于軟件移植；</p><p>　?。?）支持550多種標準總線設備及數(shù)據(jù)采集卡，如串行接口、GPIB、VXI等；</p><p>　?。?）具有豐富的庫函數(shù)和例子，對于大多數(shù)應用程序，用戶可以從例子中取得程序框架，便于提高開發(fā)速度；</p><p>　　（6）具有比較完備的代碼接口，可調(diào)用Windows中的動態(tài)鏈接庫（DLL）中的函數(shù)以及C語言程序，以彌補自身的

50、某些不足；</p><p>　?。?）直接支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）、對象聯(lián)接與嵌入（OLE）、結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）、便于與其他Windows應用程序和數(shù)據(jù)庫應用程序接口；</p><p>　　（8）支持TCP，UDP等網(wǎng)絡協(xié)議，網(wǎng)絡功能強大，可遙控分布在其他微機上的虛擬儀器設備；</p><p>　?。?）為加強LABVIEW的功能，適應各種工業(yè)應用的需要，N

51、I公司又開發(fā)了一系列與LABVIEW配合使用的軟件包，如自動測試工具、可連接25種數(shù)據(jù)庫的SQL工具、SPC分析函數(shù)工具、信號處理套件、PID控制工具、圖形控制工具等。</p><p>　　在許多應用程序中，運行速度是至關重要的。LABVIEW是至今唯一帶有可以生產(chǎn)最佳編碼的編譯器的圖形化開發(fā)環(huán)境，運行速度等同于編好的C或C++程序。因此用LABVIEW來做數(shù)據(jù)采集設計是很好的選擇。</p><

52、;p>　　2.2.2 聲卡采集數(shù)據(jù)的特點</p><p>　　商用數(shù)據(jù)采集卡具有較大的通用性，但其價格比較昂貴，在具體的應用場合，有些功能可能并不實用。普通聲卡，具有16位的量化精度、數(shù)據(jù)采集頻率是44.1kHz，完全可以滿足特定應用范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的需要，個別性能指標還優(yōu)于商用數(shù)據(jù)采集卡，而價格卻為商用數(shù)據(jù)采集卡的十幾分之一甚至幾十分之一。</p><p>　　計算機中的聲卡本身就是

53、一個A/D，D/A的轉(zhuǎn)化裝置，并且造價低廉，對于設計者而言，在PC上完成數(shù)據(jù)采集的任務，成本幾乎為0；性能穩(wěn)定，在設計中完全可以滿足要求。因此在本設計中，數(shù)據(jù)采集裝置主要基于聲卡和數(shù)據(jù)模擬波形。</p><p><b>　　1、聲卡的作用</b></p><p>　　從數(shù)據(jù)采集的角度看，聲卡是一種音頻范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡，是計算機與外部的模擬量間環(huán)境聯(lián)系的重要途徑

54、。LABVIEW提供了操作聲卡的函數(shù)。</p><p>　　聲卡的主要功能包括錄制與播放、編輯與合成處理、MIDI接口三個部分。</p><p><b>　?。?）錄制與播放</b></p><p>　　通過聲卡，人們可將來自話筒、收錄機等外部音源的聲音錄入計算機，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字文件進行存儲和編輯等操作；人們也可以將數(shù)字文件還原成聲音信號，通過揚

55、聲器回放，例如為電子游戲配音，以及播放CD、VCD、DVD、MP3和卡拉OK等。注意，在錄制和回放時，不僅要進行D/A和A/D轉(zhuǎn)換，還要進行壓縮和解壓縮處理。</p><p>　　（2）編輯和合成處理</p><p>　　通過對聲音文件進行多種特技效果的處理，包括加入回聲，倒放，淡入淡出，往返放音以及左右兩個聲道交叉放音等，可以實現(xiàn)對各種聲源音量的控制和混合。</p><

56、;p>　?。?）MIDI（Musical Instrument Digital Interface 樂器數(shù)字接口）接口</p><p>　　通過MIDI接口和波表合成，可以記錄和回放各種接近真實樂器原聲的音樂。</p><p>　　從一般意義上來看，上述功能主要是數(shù)據(jù)采集和信號處理，很自然的就可以聯(lián)想到用聲卡實現(xiàn)示波器、信號處理器、頻譜分析儀等虛擬儀器。</p><

57、;p><b>　　2、聲卡的硬件結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖2-1是一個聲卡的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。一般聲卡有4-5個對外接口。其中，輸出接口有2個，分別是Ware Out和SPK Out。Ware Out（或Line Out）給出的信號沒有經(jīng)過放大，需要外接功率放大器，例如可以接到有源音箱；SPK Out給出的信號是通過功率放大的信號，可以直接接到喇叭上。這些接口可以用來作為雙通道

58、信號發(fā)生器的輸出。</p><p>　　圖2-1 聲卡的硬件結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　輸入接口Line In 和Mic In的區(qū)別在于，后者可以接入較弱的信號，幅值大約為0.02-0.2V，顯然這個信號較易受干擾，因而常使用Line In，它可以接入幅值約為不超過1.5V的信號。注意，這兩個輸入端口都有隔直電容，這意味著直流信號不能被聲卡所接受。多數(shù)聲卡的輸入也是雙通道的，但接入插頭

59、線往往將這兩個通道短接成一個通道。另外這兩個通道是共地的。</p><p>　　3、聲卡的主要技術參數(shù)</p><p><b>　?。?）采樣的位數(shù)</b></p><p>　　采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度。這個數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音也就越真實。聲卡的位是指聲卡在采集和播放聲音文件時所使用的數(shù)字聲音信號的二進制位數(shù)，

60、它客觀的反映了數(shù)字聲音信號對輸入聲音信號描述的準確度。例如，8位代表；16位的代表。比較之下，一段相同的音樂信息，16位聲卡能把它分為64000個精度單位進行處理，而8位聲卡只能處理256個精度單位，最終采樣效果當然是無法相提并論的。</p><p><b>　?。?）采樣頻率</b></p><p>　　目前，聲卡的最高采樣頻率為44.1kHz，少數(shù)達到48kHz。

61、對于民用聲卡，一般將采樣頻率設為4檔，分別是44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz、8kHz。22.05kHz只能達到FM廣播的聲音品質(zhì)；44.1kHz是理論上的CD音質(zhì)界限，48kHz則更好一些。對20kHz范圍內(nèi)的音頻信號，最高的采樣頻率才48kHz，雖然理論上沒有問題，但似乎余量不大。使用聲卡比較大的局限在于，它不允許用戶在最高采樣頻率之下隨意設定采樣頻率，而只能分為4檔設定。這樣雖然可使制造成本降低，但卻不便于使用

62、。用戶基本上不可能控制整周期采樣，只能通過信號處理的方法來彌補非整周期采樣帶來的問題。</p><p><b>　?。?）緩沖區(qū)</b></p><p>　　與一般數(shù)據(jù)采樣卡不同，聲卡面臨的D/A和A/D任務通常是連續(xù)狀態(tài)的。為了在一個簡易的結(jié)構(gòu)下較好的完成某個任務，聲卡緩沖區(qū)的設計有其獨到之處。</p><p>　　為了節(jié)省CPU資源，計算機

63、的CPU并不是每次聲卡A/D或D/A結(jié)束后都要響應一次中斷，而是采用了緩沖區(qū)的工作方式。在這種工作方式下，聲卡的A/D、D/A都對某一緩沖區(qū)進行操作。以輸入聲音的A/D變換為例，每次轉(zhuǎn)換完畢后，聲卡控制芯片都將數(shù)據(jù)存放在緩沖區(qū)，待緩沖區(qū)滿時，發(fā)出中斷給CPU，CPU響應中斷后一次性將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)全部讀走。計算機總線的數(shù)據(jù)傳輸速率非常高，讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)所用時間極短，不會影響A/D變換的連續(xù)性。緩沖區(qū)的工作方式大大降低了CPU響應中斷頻度

64、，節(jié)省了系統(tǒng)資源。聲卡輸出聲音是的D/A變換也是類似的。</p><p>　　一般聲卡使用的緩沖區(qū)長度的默認值是8KB（8192字節(jié)）。這是由于對x86系列處理器來說，在保護模式（Windows等系統(tǒng)使用的CPU工作方式）下，內(nèi)存以8KB為單位被分成很多頁，對內(nèi)存的任何訪問都是按頁進行，CPU保證了讀寫8KB長度的內(nèi)存緩沖區(qū)時，速度足夠快，并且一般不會被其他外來事件打斷。設置8192字節(jié)或其整數(shù)倍（例如32768

65、字節(jié)）大小的緩沖區(qū)，可以較好的保證聲卡與CPU的協(xié)調(diào)工作。</p><p><b>　?。?）沒有基準電壓</b></p><p>　　聲卡不提供基準電壓，因此無論是D/A還是A/D在使用時，都需要用戶自己參照基準電壓進行標定。</p><p>　　4、聲卡的頻率范圍與頻率響應</p><p>　　人耳對頻率的感覺從20

66、Hz到20kHz之間，而聲卡的頻率響應上限范圍在20kHz。</p><p>　　5、聲卡用于數(shù)據(jù)采集時的一些設置</p><p><b>　?。?）聲卡的設置</b></p><p>　　一般聲卡主要用于輸出聲音，輸入部分可能沒有處于正常工作狀態(tài)。建議首先使用耳機和MIC檢查聲卡的功能，特別是輸入功能（錄音功能）是否正常。如果不正常，需要檢查

67、聲卡的設置。一般來說，這里的設置有兩層含義，首先是要配置所需的功能，其次是要保證已經(jīng)配置的功能不處于關閉（靜音）狀態(tài)。下面介紹對Line In 和Mic In的檢查和設置。</p><p>　　按圖2-2所示，在“選項”菜單下選“屬性”，得到圖2-2（b）圖所示的對話框，在此對話框上選擇“錄音”，并配置列表中的選項即可。注意圖3-2中的相關功能都不能處于靜音狀態(tài)。如圖2-2（a）所示。</p>&l

68、t;p>　　圖2-2 （a）音量控制窗口</p><p>　　圖2-2 音量控制窗口和音量控制屬性對話框</p><p><b>　?。?）硬件連接</b></p><p>　　硬件連接采用兩種連接線：1 一條一頭是3.5mm插孔，另一頭是鱷魚夾的連接線，2 是雙頭為3.5mm 插孔的音頻連接線（在市場上可以買的到）。為測試聲卡的頻響特性

69、，可使用測試線2將聲卡的輸入端與輸出端連接起來，形成一個閉合的環(huán)路。連接時要注意區(qū)分Mic In 口和SPK Out口，不要把它們當作Line In 與Line Out接入。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。</p><p><b>　　3 軟件模塊的設計</b></p>

70、<p>　　在本章中詳細介紹各個功能模塊及其生成過程。</p><p>　　3.1 程序的流程圖</p><p>　　程序流程框圖如圖3-1所示：</p><p>　　圖 3-1 數(shù)據(jù)采集程序流程圖</p><p><b>　　流程圖簡介：</b></p><p>　　首先對設計中運用到

71、的模塊進行初始化，然后通過聲卡對數(shù)據(jù)進行采集，把采集到的信號送入LABVIEW模塊中，通過LABVIEW模塊的程序運行下，把采集到的信號通過圖形的形式，把波形顯示出來。通過波形的顯示，最后把波形的其他參數(shù)以數(shù)字的形式都顯示出來。</p><p>　　3.2 程序的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　程序的結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 程序的結(jié)構(gòu)圖&l

72、t;/p><p>　　3.3 LABVIEW 簡介</p><p>　　LABVIEW是（實驗室虛擬儀器工作平臺）是一個程序開發(fā)環(huán)境。它類似于Visual Basic，Visual C++。但是LABVIEW的特點在于：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。</p><p>　　LABVIEW是一個多線程、最佳化的圖形編譯

73、器，它能在最大程度上優(yōu)化系統(tǒng)的性能。無論是使用基于計算機的插入式儀器設備，還是使用GPIB，VXI，Ethernet 接口或是串口的獨立儀器設備，LABVIEW內(nèi)置的驅(qū)動程序庫和具有工業(yè)標準的設備驅(qū)動軟件都可以對儀器系統(tǒng)進行全面的控制。LABVIEW的數(shù)據(jù)采集庫包含了許多有關采集和生成數(shù)據(jù)的函數(shù)，它們與NI的插卡式或遠程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品協(xié)同工作。數(shù)據(jù)采集卡是進行高速直接控制以及低速控制的理想設備。它能夠為集成式測量方案提供功能強大且完備的測

74、量分析庫，這些軟件庫可以完成極限測試、頻率分析、濾波及信號生成等任務。LABVIEW具有許多特性，能使測量和自動化應用方案完成適用于用戶企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，能將應用方案以網(wǎng)頁的形式發(fā)表，或在互聯(lián)網(wǎng)的應用程序間進行數(shù)據(jù)傳遞。LABVIEW擁有完整的Web服務器，可以隨時發(fā)布測量結(jié)果。LABVIEW專業(yè)版開發(fā)系統(tǒng)包括應用程序生成器（Application Builder），可以創(chuàng)建并發(fā)布獨立的可執(zhí)行程序、共享庫或動態(tài)連接庫（DLL）。使用共享庫

75、可以使開發(fā)的應用程序代碼進行重新使用。DLL提供最大的靈活性，可以將LABV</p><p>　　3.3.1 G語言簡介</p><p>　　LABVIEW是一個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語言設計的，它是一種編程語言而不僅僅是一個軟件開發(fā)環(huán)境。它除了編程方式不同外，具有編程語言的所有特點，稱之為圖形化編程語言（簡稱G語言）。</p><

76、p>　　G語言是一種適合應用于編程任務，具有擴展函數(shù)庫的通用編程環(huán)境。和BASIC和C語言一樣，G語言也定義了數(shù)據(jù)類型、結(jié)構(gòu)類型和模塊調(diào)用語法規(guī)則等編程語言的基本要素，在功能完整性和應用靈活性上不遜于任何高級語言，同時G語言豐富的擴展函數(shù)庫還為用戶編程提供了極大的方便。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LABVIEW的核心，熟練掌握G語言的編程要素和語法規(guī)則

77、，是開發(fā)LABVIEW應用程序的最重要的基礎。</p><p>　　3.3.2 LABVIEW 程序組成</p><p>　　該環(huán)境包括三個部分：程序前面板、框圖程序和圖標/連接端口。程序前面板用于設置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實儀表的前面板。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

78、圖中產(chǎn)生或獲得的數(shù)據(jù)?？刂坪惋@示是以各種圖標形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂。</p><p>　　一個程序前面板都對應著一段框圖程序?？驁D程序用LABVIEW圖形編程語言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D程序由節(jié)點（Node）、數(shù)據(jù)連線（Wire）構(gòu)成。節(jié)點是VI程序中的執(zhí)行元素，類似于文本編程語言程序中的語句、函數(shù)或子程序。節(jié)點之間數(shù)據(jù)連線按照一定的邏輯關系相

79、互連接，可定義框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向。節(jié)點之間、節(jié)點與前面板對象之間是同數(shù)據(jù)端口和數(shù)據(jù)連線來傳遞數(shù)據(jù)的。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)點之間傳輸?shù)慕涌凇?lt;/p><p>　　LABVIEW中有三種類型的數(shù)據(jù)端口：控制端口和指示端口以及節(jié)點端口?？刂贫丝诤椭甘径丝谟糜谇懊姘鍖ο?，當VI程序運行時，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

80、通過指示端口傳輸?shù)角懊姘鍖闹甘局酗@示。每個節(jié)點端口都有一個或數(shù)個數(shù)據(jù)端口用于輸入或輸出。</p><p>　　LABVIEW 采用的一種獲得專利的數(shù)據(jù)流編程模式。這不同于基于文本的編程語言的線形結(jié)構(gòu)，不同于執(zhí)行一個傳統(tǒng)的控制流方法?？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。</p><p>　　但一個虛擬儀器的圖標被放置在另一個虛擬儀器的流程圖中時，它就是一個子儀

81、器。圖標連接端口可以把VI變成一個Sub VI，然后象子程序一樣在其他程序中調(diào)用。圖標是Sub VI的直觀標記，是Sub VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點表現(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)。</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)采集和處理模塊</p><p>　　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

82、利用LABVIEW里面的聲卡函數(shù)完成聲卡的硬件參數(shù)設置、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。</p><p>　　具體的數(shù)據(jù)采集流程是：（1）初始化；對聲卡中與數(shù)據(jù)采集相關的一些硬件參數(shù)進行設置；（2）然后，聲卡開始采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)暫存在先進先出的緩沖區(qū)中；（3）當緩沖區(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)生一個采樣數(shù)據(jù)集合，并在程序中對數(shù)據(jù)進行各種處理；

83、 </p><p>　　如圖3-3所示，為數(shù)據(jù)采集和處理模塊。</p><p>　　圖3-3 數(shù)據(jù)采集和處理模塊</p><p><b>　　程序說明：</b></p><p>　　在LABVIEW軟件中，對于聲卡的聲道可以分為mono 8-bit（單聲道8位），mono 16-bit（單聲道16位），stereo 8-

84、bit（立體聲8位）和stereo 16-bit（立體聲16位）。其中，16位聲道比8位聲道采樣信號的質(zhì)量好，立體聲（stereo）比單聲道（mono）采樣信號好，最好的采樣通道形式是stereo 16-bit，這樣采樣的波形穩(wěn)定，而且干擾小。另外，用單聲道采樣，左右聲道信號都相同，而且每個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。</p>&

85、lt;p>　　當然，還有一個重要的原因是，如果選擇mono（單聲道），SI出來的數(shù)據(jù)是標量，不能組成數(shù)組，進而不便于數(shù)據(jù)的各種處理。所以在設計中我采用stereo 16-bit進行雙聲道采樣。</p><p>　　聲卡的采樣頻率（rate）有4種選擇，即8000Hz，11025Hz，22050Hz和44100Hz，采樣頻率不同，采到的波形的質(zhì)量也不同，應視具體情況采用合適的頻率，在設計中，為了得到良好的演示

86、效果，我采用了44100Hz的采樣頻率。而在采樣率的選擇方面，我采用了一個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)。這個在后面波形產(chǎn)生模塊中進行詳細解釋。</p><p><b>　　主要操作說明；</b></p><p>　　在block diagram：</p><p>　　Functions → Grap

87、hics & Sound → Sound → Sound Input 選擇Sound Input函數(shù)。</p><p>　　1） Functions → Structures → While Loop 選擇While循環(huán)。</p><p>　　2） Functions → Structure → Case 選擇Case 循環(huán)。</p><p>　　3） 右鍵

88、點擊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。其中包含三項數(shù)據(jù)，分別為：sound quality；rate；bits persample。</p><p>　　4） 右鍵點擊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。</p>&l

89、t;p>　　5）Functions → Cluster → Unbundle 選擇Unbundle 函數(shù)。對輸入簇Cluster 進行解包。當接入cluster輸入?yún)?shù)后，輸出端子數(shù)自動調(diào)整為與cluster元素數(shù)目相同。</p><p>　　6)聲卡參數(shù)設置如如圖3-3-1</p><p>　　圖3-3-1 數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置</p><p>　　3.4.1聲

90、音輸入配置虛擬儀器</p><p>　　Sound Input Configure .Vi 的前面板如圖3-4所示。</p><p>　　Sound Input Configure .Vi 的前面板是對聲卡參數(shù)的一些設置，這些設置必須能夠滿足設計的需要。參數(shù)設置如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 Sound Input Configure .Vi 的前面

91、板</p><p>　　Sound Input Configure .Vi 的后面板如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 Sound Input Configure .Vi 的后面板</p><p><b>　　程序說明：</b></p><p>　　Sound Input Configure，該函數(shù)的主要功能

92、是設置聲卡中與數(shù)據(jù)采集有關的一些硬件參數(shù)，如采樣率，數(shù)據(jù)格式，緩沖區(qū)長度等。聲卡的采樣率由內(nèi)部時鐘控制，只有3-4種固定頻率可選，一般將采樣頻率設置為44100HZ，數(shù)據(jù)格式設置為16bit。緩沖區(qū)長度可選默認值。</p><p><b>　　主要操作說明：</b></p><p>　　在block diagram： </p><p>　　Fu

93、nctions → Graphics & Sound → Sound → Input → Configure 選擇configure函數(shù)。</p><p>　　3.4.2聲音輸入讀取虛擬儀器</p><p>　　Sound Input Read .VI的前面板如圖3-6所示。</p><p>　　Sound Input Read .VI的前面板為聲卡采集時的

94、參數(shù)設置。</p><p>　　圖3-6 Sound Input Read .VI的前面板</p><p>　　Sound Input Read .VI的后面板如圖3-7 所示：</p><p>　　圖3-7 Sound Input Read .VI的后面板</p><p><b>　　程序說明：</b></p&g

95、t;<p>　　該函數(shù)用于等待采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿的消息。當產(chǎn)生這一消息時，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)生一個數(shù)據(jù)采樣集合。若計算機的速度不夠快，使得緩沖區(qū)內(nèi)容被覆蓋，則會產(chǎn)生一個錯誤信息。這時應調(diào)節(jié)緩沖區(qū)的大小，在采樣時間和數(shù)據(jù)讀取之間找到一個理想的平衡點。</p><p><b>　　主要操作說明：</b></p><p>　　在blo

96、ck diagram： </p><p>　　Functions → Graphics & Sound → Sound → Input → Read 選擇read函數(shù)。</p><p>　　3.4.3聲音輸入清除虛擬儀器</p><p>　　Sound Input Clear .VI 的前面板如圖3-8 所示：</p><p>　　圖

97、3-8 Sound Input Clear .VI 的前面板</p><p>　　Sound Input Clear .VI 的后面板如圖3-9 所示：</p><p>　　圖3-9 Sound Input Clear .VI 的后面板</p><p><b>　　程序說明：</b></p><p>　　該函數(shù)用于完成最

98、終的清理工作。例如關閉聲卡采樣通道，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）。</p><p><b>　　主要操作說明：</b></p><p>　　在block diagram： </p><p>　　Functions → Graphics & Sound → Sound → Input → Clear選擇c

99、lear函數(shù)。</p><p>　　3.5 數(shù)據(jù)模擬模塊</p><p>　　數(shù)據(jù)模擬模塊是用labview自己模塊模擬發(fā)出波形模擬采集的數(shù)據(jù)波形，主要為分析波形等使用，模擬的波形主要分為兩個通道或?qū)蓚€通道的疊加成一個波形。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。</p><p>　　主要方法是在labview中用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生

100、一個信號，實際上相當于通過軟件實現(xiàn)了一個信號發(fā)生器的功能。</p><p><b>　　正弦波：</b></p><p>　　公式為y=Asin(ωx+φ）A為振幅，ω周期，φ相位。</p><p><b>　　方波：</b></p><p>　　公式為y=flc1hs(sin(2*pi*f*t),

101、 eps)&Va/yp頻率為f的值為0～1的方波。</p><p>　　電流的波形為矩形的電流即為方波電流。不論 t 軸上下是不對稱的，只要是矩形就可叫方波，必要時，可加“對稱”，“不對稱”加以說明。</p><p>　　方波不一定是交流波。主要看該方波有沒有正負交替，要一直是一個符號就是直流了，可以全是正的，也可以全是負的；如果有正有負就是交流了。</p>&l

102、t;p><b>　　三角波：</b></p><p><b>　　三角波函數(shù)：</b></p><p>　　輸入 f[x_]:=x /; 0<=x<1</p><p>　　輸入 f[x_]:=2-x /; 1<=x<2</p><p>

103、;　　輸入 f[x_]:=f[x-2] /; x>=2</p><p>　　鋸齒波：一般主要由搭建硬件電路來實現(xiàn)，效果如下圖：</p><p>　　波形方式對應的labview控件如下：有正弦波、方波、三角波、鋸齒波、高斯白噪聲。</p><p>　　程序的主要實現(xiàn)模塊，當選擇模擬波形時，有兩個通道可以選擇波形，可以調(diào)整幅值、頻率、相位?？梢?/p>

104、將兩個不同的波形進行疊加，形成各種不同想要的波形。具體實現(xiàn)如圖3-11，控制如圖3-12</p><p>　　圖3-11 模擬波形實現(xiàn)模塊后面板</p><p>　　模擬波形實現(xiàn)模塊前面板如圖3-12所示：</p><p>　　圖3-12 模擬波形實現(xiàn)模塊前面板</p><p><b>　　程序說明：</b></p

105、><p>　　兩個通道的波形疊加成一個需要的波形，進行分析等！當聲卡沒有采集數(shù)據(jù)的時候，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。</p><p>　　3.6 低通濾波模塊</p><p>　　在信號傳輸過程中，由于外界的干擾，經(jīng)常會混入高頻噪聲。因此在測量信號時希望把高頻噪聲信號去掉。通常的做法都是采用低頻濾波器將高頻噪聲濾掉。</p>

106、<p>　　后面板實現(xiàn)模塊如圖：</p><p>　　前面板演示如圖3-13，可以設定截止頻率：</p><p>　　圖3-13 前面板演示圖</p><p>　　低頻濾波器配置方法如圖3-14所示:</p><p>　　3-14 頻譜分析模塊的前面板</p><p>　　3.7 波形顯示模塊</p&

107、gt;<p>　　波形顯示模塊如圖3-15所示：</p><p>　　圖3-15 波形顯示模塊</p><p><b>　　程序說明：</b></p><p>　　波形顯示控件可以手動調(diào)整X、Y軸的最大值和最小值，這樣可以更準確的分析波形。</p><p><b>　　3.8 小結(jié)</b&g

108、t;</p><p>　　本章是設計的關鍵部分，主要介紹了各個功能模塊具體設計和實現(xiàn)，包括：數(shù)據(jù)采集和處理模塊、數(shù)據(jù)模擬模塊、低通濾波模塊、波形顯示模塊等。將這些模塊在主VI的框圖程序中按照一定的邏輯關系組合起來，就形成了一個完整的程序。這將在下一章中具體介紹。</p><p><b>　　4 程序設計顯示</b></p><p>　　4.1

109、程序的使用方法</p><p>　　4.1.1 程序的環(huán)境</p><p>　　本程序是在labview 8.2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。程序打開后，分后面板和前面板，前面板位控制控件和顯示控件，后面板為程序框圖。最終使用的時候可以生成應用程序，直接在別的電腦上安裝使用即可。</p><p>　　打開程序后，界面如圖5-1，點擊左上角的

110、小箭頭，程序開始運行。</p><p>　　圖4-1 程序前面板</p><p>　　4.1.2 聲卡配置</p><p><b>　　1 采樣頻率</b></p><p>　　系統(tǒng)能測試到的最高頻率與電路所選器件的性能有關，本論文選用聲卡的最高采樣頻率為44.1KHz，根據(jù)采樣定理，所能測試模擬信號的最高頻率為22K