基于聲卡的信號發(fā)生器-開題報告

1、<p>　　畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告</p><p>　　題 目: 基于聲卡的虛擬信號發(fā)生器設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 機械工程及自動化 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2011 年 3 月 14 日</p><p><b>　　一：課題背景：</b></p><p>　　隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、自動測試和儀器控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，促進和推動測試

3、系統(tǒng)和儀器控制的設(shè)計方法與實現(xiàn)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化?！败浖词莾x器”已成為測試與測量技術(shù)發(fā)展的重要標志。虛擬信號發(fā)生器就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的LabVIEW軟件來完成各種測試、測量和自動化應(yīng)用。</p><p>　　信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。在現(xiàn)代電子學(xué)的各個領(lǐng)域，常常需要高精度且頻率可方便調(diào)節(jié)的信號發(fā)生器。頻率越高、產(chǎn)生波形種類越多的發(fā)生器性能越好，但器件成本和技術(shù)要

4、求也大大提高，因此在滿足工作要求的前提下，性價比高的發(fā)生器是我們的首選。虛擬儀器作為新興的測控儀器,將給用戶一個充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間，用戶可以根據(jù)自己的需求設(shè)計儀器系統(tǒng)，；來符合我們信號發(fā)生器的開發(fā)的要求。虛擬信號發(fā)生器是實驗室和電子測量中經(jīng)常用到的一種裝置，主要是用來產(chǎn)生不同幅值和頻率的信號，包括常用的正弦波、三角波、方波以及鋸齒波信號等。采用虛擬技術(shù)設(shè)計信號發(fā)生器，可以降低成本，節(jié)省開發(fā)時間，在無需添加硬件的基礎(chǔ)上就可以

5、產(chǎn)生信號輸出，供其它的測量儀器使用。并且還可以和其它的儀器構(gòu)成一個完整的測試系統(tǒng)。由于是通過軟件實現(xiàn)的，虛擬信號發(fā)生器是開放的系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)的需要進行改進，以滿足不同場合的測試需要。</p><p>　　信號發(fā)生器是一種應(yīng)用極為廣泛的儀器，它通常用于電子電路的性能試驗或參數(shù)測量．傳統(tǒng)的信號發(fā)生器價格昂貴，操作復(fù)雜，不易開發(fā)、維護和升級．而使用基于LabVIEW圖形化編程語言開發(fā)的虛擬信號發(fā)生器，具有編程簡單、

6、直觀、操作方便等特點；而且，可以通過調(diào)用或修改流程圖中不同的功能函數(shù)，可以得到不同的信號，如正弦波、方波、三角波等等。</p><p>　　二：虛擬信號發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀：</p><p>　　虛擬儀器是微電子領(lǐng)域與計算機技術(shù)的飛速發(fā)展及測量技術(shù)與計算機深層次相結(jié)合的一種革命性的產(chǎn)物。目前，微電子領(lǐng)域和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，測試技術(shù)與計算機深層次的結(jié)合正引起測試儀器領(lǐng)域里一場新的革命，一種全

7、新的儀器結(jié)構(gòu)概念導(dǎo)致了新一代儀器——虛擬儀器的出現(xiàn)，它是現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器概念的一次巨大變革，是儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要方向. 它的出現(xiàn)使得人類的測試技術(shù)進入了一個新的發(fā)展紀元.</p><p>　　從組成要素上講，虛擬儀器系統(tǒng)是計算機、應(yīng)用軟件和儀器硬件組成。從構(gòu)成方式講，則有以DAQ板和信號調(diào)理部分為硬件來組成的PC一DAQ測試系統(tǒng)，以GPIB、VXI、串行總線和現(xiàn)場總

8、線等標準總線儀器為硬件方式組成的GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)、串行總線系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)等。無論是哪種虛擬儀器系統(tǒng)，都是將硬件儀器搭建在筆記本電腦、臺式計算機或工作站等各種計算機平臺上，再加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的。因而，虛擬儀器的發(fā)展已經(jīng)與計算機技術(shù)的發(fā)展完全同步了。</p><p>　　在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、

9、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式，虛擬儀器技術(shù)給用戶一個充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間。用戶（而不是廠家）可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用需求。</p><p>　　虛擬儀器系統(tǒng)概念是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是計算機系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用計算機系統(tǒng)的強大功能，結(jié)合相應(yīng)的

10、硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、處理等方面的限制，使用戶可以方便地對其進行維護、擴展、升級等。</p><p>　　而虛擬信號發(fā)生器就是在虛擬儀器逐步取代傳統(tǒng)儀器的這種趨勢下逐步取代傳統(tǒng)信號發(fā)生器的。</p><p>　　三：虛擬信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢：</p><p>　　自從1986年美國NI(National Instrument)公司提出虛擬儀器

11、的概念以來，隨著計算機技術(shù)和測量技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)也得到很快的發(fā)展。虛擬儀器是指：利用現(xiàn)有的PC機。加上特殊設(shè)計的儀器硬件和專用軟件。形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器。與傳統(tǒng)的儀器相比其特點主要有：具有更好的測量精度和可重復(fù)性：測量速度快；系統(tǒng)組建時間短；由用戶定義儀器功能；可擴展性強；技術(shù)更新快等。虛擬儀器以軟件為核心，其軟件又以美國NI公司的Labview虛擬儀器軟件開發(fā)平臺最為常用。Labv

12、iew是一種圖形化的編程語言，主要用來開發(fā)數(shù)據(jù)采集，儀器控制及數(shù)據(jù)處理分析等軟件，功能強大。目前，該開發(fā)軟件在國際測試、測控行業(yè)比較流行，在國內(nèi)的測控領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)正在幫助人們更容易了解并掌握測量系統(tǒng)。例如，以往工程師們總是使用幾臺單獨的儀器設(shè)備分別進行各種量的測量，然后用手進行初步運算和分析，而現(xiàn)在，利用分析軟件與一簡單的測量硬件設(shè)備，他們就可以毫不費力地創(chuàng)建一套具有各種

13、儀器功能的系統(tǒng)，且整個系統(tǒng)成本低廉。 功能強大、現(xiàn)成即用的軟件使整個過程自動進行。工程師們使用個人電腦輕易就能完成整個數(shù)據(jù)采集、分析和顯示的工作，同時卻不影響到測量系統(tǒng)的性能或功能。例如，NI LabVIEW直觀的流程圖編程風(fēng)格使得工程師們可以快速創(chuàng)建符合自己特定要求的應(yīng)用程序，不管他以往有沒有過編程經(jīng)驗。NI LabVIEW正是這樣一個革命性的工具，它為工程師們提供的幫助就好像電子制表軟件簡化財務(wù)會計們繁重的工作量一樣。而且，與硬件設(shè)

14、備的緊密集成使它更簡單地實現(xiàn)測量和控制自動化，同時能充分利用個人電腦的分析、顯示和網(wǎng)絡(luò)連接功能。 隨著測量和控制應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)性能和靈活性要求的不斷提高，軟件的設(shè)計功能也日漸重要。購置直觀的工程應(yīng)用開發(fā)平臺并擁有其最佳性能，可以使企業(yè)大大縮短開發(fā)時間并提高每個工程師的工作效率。配備了這樣強有力的武器，企業(yè)才能在劇烈的競爭中贏得最終勝利</p><p>　　目前，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)使數(shù)據(jù)共享進入了新的階段，加速了虛擬儀器的

15、新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及遠程計算技術(shù)的發(fā)展，而這些技術(shù)是傳統(tǒng)獨立儀器不可能實現(xiàn)的. 虛擬儀器技術(shù)很好地利用了互聯(lián)網(wǎng)的功能，因此，可以將來自測量或控制設(shè)備中的數(shù)據(jù)直接發(fā)布到Web 網(wǎng)頁上，或是用手持式的數(shù)字助理工具讀取數(shù)據(jù)，甚至還可以將數(shù)據(jù)輸出到手機上.使用虛擬儀器技術(shù)，可以使用互聯(lián)網(wǎng)的強大功能遠距離控制的儀器設(shè)備，或是與遠在其它辦公地點甚至其它國家的同事合作處理一個項目. </p><p>　　未來的這種連通水平將會更高，屆

16、時將賦予模塊化新的定義.隨著互聯(lián)網(wǎng)和無線技術(shù) </p><p>　　的不斷發(fā)展，工程師們不僅能夠重新使用模塊化的組成部分，還可以更方便地在全球范圍 </p><p>　　內(nèi)共享知識和經(jīng)驗——鞏固開發(fā)過程每個階段工程師們的努力成果.商業(yè)科技的發(fā)展浪潮將會繼續(xù)，同時也會將虛擬儀器技術(shù)推向新的水平.因此，性能的提高將會更容易實現(xiàn)，從而節(jié)省寶貴的開發(fā)及系統(tǒng)集成時間，同時又比傳統(tǒng)儀器測量方案成倍降低

17、成本.沒有人能夠準確地預(yù)測未來的虛擬儀器將會發(fā)展到怎樣的程度，但是有一點可以肯定——PC 機與其相關(guān)的科技將會是虛擬儀器技術(shù)的核心，而有了它的幫助將會更成功.</p><p>　　此外圖形化編程平臺的進一步發(fā)展與完善也是虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。如何是用戶進行少量的學(xué)習(xí)就可以使用功能強大的虛擬儀器，如何使用戶簡潔的構(gòu)成虛擬儀器系統(tǒng)并完成復(fù)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等，都是虛擬儀器技

18、術(shù)的努力方向。</p><p>　　隨著計算機、通信、微電子技術(shù)的日益完善，以及以Internet為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)時代的到來和信息化要求的不斷提高，傳統(tǒng)的通信方式突破了時空限制和地域限制，大范圍通信變得越來越容易，對測控系統(tǒng)的組建也產(chǎn)生了越來越大的影響。一個大的復(fù)雜測試系統(tǒng)的輸入、輸出、結(jié)果分析往往分布在不同的地理位置，僅用一臺計算機并不能勝任測試任務(wù)，需要由分布在不同地理位置的若干計算機共同完成整個測試任務(wù)。

19、集成測試越來越不能滿足復(fù)雜測試任務(wù)的需要，因此，“網(wǎng)絡(luò)化儀器”的出現(xiàn)成為必然。</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到虛擬信號發(fā)生器中是虛擬儀器發(fā)展的大趨勢。同傳統(tǒng)的編程語言相比，采用LabVIEW圖形化編程方式可以節(jié)省大約80%的程序開發(fā)時間，并且其運行速度幾乎不受影響，其一般特征是將虛擬信號發(fā)生器、外部設(shè)備、被測點以及數(shù)據(jù)庫等資源納入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)資源共享，共同完成測試任務(wù)。使用網(wǎng)絡(luò)化虛擬信號發(fā)生器，可在任何地點、任

20、意時刻獲取測量數(shù)據(jù)。</p><p>　　和以PC為核心的虛擬信號發(fā)生器相比，網(wǎng)絡(luò)化將虛擬儀器的發(fā)展產(chǎn)生一次革命，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將把單臺虛擬儀器實現(xiàn)的三大功能（數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、及圖形化顯示）分開處理，分別使用獨立的基本硬件模塊實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的三大功能，以網(wǎng)線相連接，實現(xiàn)信息資源的共享?！熬W(wǎng)絡(luò)就是儀器”概念的確立，使人們明確了今后儀器儀表的研發(fā)戰(zhàn)略，促進并加速了現(xiàn)代測量技術(shù)手段的發(fā)展與更新。</p>

21、<p><b>　　四：本課題任務(wù)：</b></p><p>　　本設(shè)計是基于labview設(shè)計制作一個虛擬信號發(fā)生器。該信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、三角波、矩形波和鋸齒波信號。</p><p><b>　　系統(tǒng)的功能和特點：</b></p><p>　　1：本設(shè)計是基于聲卡的信號發(fā)生器。該信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦

22、波、三角波、矩形波、鋸齒波幾個簡單信號。</p><p>　　2該信號發(fā)生器主要有以下功能模塊。</p><p><b>　　(l)輸出顯示模塊</b></p><p>　　該模塊主要是顯示通道A、通道B的波形?？梢院芊奖愕母淖儠r基和幅值</p><p>　　比例，來觀察波形的變化，同時通過數(shù)組形式來顯示輸出波形的數(shù)據(jù)。

23、</p><p><b>　　(2)波形選擇模塊</b></p><p>　　該模塊主要是用來選擇通道A、通道B的輸出波形，這里主要有四種波形</p><p>　　輸出:三角波、方波、正弦波、鋸齒波。通過波形顯示來觀察輸出的波形并且可</p><p>　　以隨時調(diào)整輸出的波形。</p><p>&

24、lt;b>　　(3)波形調(diào)整模塊</b></p><p>　　該模塊主要是用來調(diào)整波形的頻率和幅值，同時用來加噪控制。幅值調(diào)節(jié)</p><p>　　范圍從0-10V，頻率調(diào)節(jié)范圍從0-10KHz。</p><p>　　五：任務(wù)計劃與進度：</p><p>　　1—2周熟悉課題，了解課題的實際意義。</p>&l

25、t;p>　　3—6周查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)相關(guān)軟件的使用方法，完成開題報告及5000字外文翻譯。</p><p>　　6—10周完成相關(guān)虛擬儀器的設(shè)計工作。</p><p>　　10—12周完成畢業(yè)設(shè)計論文的書面部分。</p><p>　　12—14周完善設(shè)計，準本論文答辯</p><p><b>　　六：參考文獻：</b&

26、gt;</p><p>　　1：侯國屏、王坤、葉齊鑫 labview7.1編程與虛擬儀器設(shè)計 清華大學(xué)出版社</p><p>　　2李宏光 利用聲卡制作虛擬信號發(fā)生器 山東理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 第20卷第2期</p><p>　　3：吳先球、向英 虛擬信號發(fā)生器基于聲卡的設(shè)計與實現(xiàn) 廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報 2006年第六期</p><p&g

27、t;　　4：李廣才、聶東 一種新型多功能虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計 肇慶學(xué)院學(xué)報 第29卷第2期 </p><p>　　5：范福玲、韓建勛 基于Labview的虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計 中原工學(xué)院學(xué)報 第17卷第4 期 </p><p>　　6：宋振燦 基于虛擬儀器的綜合信號發(fā)生器設(shè)計 [期刊]湖南農(nóng)機第37卷第1 期.學(xué)術(shù)</p><p>　　7：丁碩 基于 LabV I