基于声卡的虚拟示波器
学号:044100116 班级:通信041 姓名:马吉炜
虚拟仪器技术是基于计算机的仪器及测量技术.与传统仪器技术不同,虚拟仪器技术指在包含数据采集设备的通用计算机平台上,根据需求可以高效率地构建起形形色色的测量系统.目前,虚拟示波器的软件实现虚拟示波器软件设计与实现虚拟示波器主要由普通声卡和相应的软件组成.Labview是一种基于图形编程语言(G语言)的可视化(图形化)优秀开发平台,它与传统编程语言最大的区别是使用图形语言(即各种图标,图形符号,连线等),以框图的形式编写程序.一个LabVIEW 程序主要包括前面板,框图程序,图标/接线端口3部分.前面板是交互式图形化用户界面,用于设置输入数值和观察输出量;框图程序是利用图形语言对前面板的控制量和指示量进行控制;图标/接线端口用于把LabVIEW程序定义成一个子程序,以便在其他程序中加以调用.本虚拟示波器由软件控制完成参数的设置以及信号的采集,处理和显示.
1 数据采集与处理模块
在LabView软件中,对于声卡的声道可以分为mono 8.bit(单声道8位),mono 16-bit(单声道16位),stereo 8-bit(立体声8位)和stereo 16-bit(立体声l6
位).其中,16位声道比8位声道采样的信号质量好,立体声(stereo)比单声道(mono)采样信号好,最好的采样通道形式是stereo 16-bit,这样采样的波形稳定,而且干扰小.另外,用单声道采样,左右声道信号都相同,而且每个声道的幅值只有原信号幅值的1/2;采用立体声采样,左右声道互不干扰,可以采用两路不同的信号,而且采样的信号幅值与原幅值相同.所以这里采用stereo 16.bit进行双声道采样在整个while loop中,控制方式采用了一个OR函数,目的在于在数据采集产生错误或者人为进行暂停两个条件下进行对程序的控制.此处对控制循环按钮进行了一个高级设置,目的是为了在循环进行时,能明显地在前面板看到按钮的闪烁,从而较容易地判断程序是否在循环执行中.
2 波形产生模块
该模块使用了波形操作函数,主要是Build Wave—form函数,包括to,dt,Y这3个输入端子.其中,t0为波形的起始时间,dt为波形的数据点中间的时间间隔
或持续时间,Y为包含了波形的数据值.此处,设置起始时问为0,但因为数据格式不匹配,增加了一个数据格式转换函数to time stamp,从而把一个数值转化成时间值.dt值取自SI Config的格式中的采样率倒数,倒数取得的方法利用了reciprocal函数.Y值来自SIRead的stereo 16一bit输出端子.其中利用Index Array函数进行数据格式的转换.然后采用一个divide函数对其电压值进行电压标定,因为每个声卡允许的输入范围不同,所以对信号采集之前,需要对声卡输入端的标定,并且因为Labview中信号的采集是用二进制表示的,所以还需要进行适当的加减乘除,使得用labview的观察值准确.最后使用build array函数对两路信号进行组合,以便在同一个graph下显示波形.
3 功能模块
a)电压峰峰值测量模块:主要用于获得波形的最大电压值与最小电压值,其中采用的是Waveform MinMax函数.它是用来确定波形运行时的最大值与最小值,其中数值类型取决于输入的数值类型.
b)频率测量模块:主要用于测量信号波形的频率,其中采用的函数为Extract Single Tone Information函数.它是用来获取一个信号,求出音频信号的最高幅度或者一个指定的频率范围,并返回一个单一的频率,幅度,相位值.
C)频谱分析模块:用于对信号进行频谱分析.实现一个FFT运算.主要利用FFT Spectrum函数.FFT Spectrum鬲数的功能为计算一个时间信号的平均FFT Sprctrum.其结果是返回一个幅度和相位值.
d)波形暂停与存储模块:用于对波形在某一时间点的显示进行暂停,并对波形以bmp格式进行图片保存,以便对波形的数据进行分析与处理.其中,在波形暂停的功能x下采用了一个case循环,再加上一个boolean控制按钮,在取值为真的情况下,对该时间点的波形进行暂停显示.在波形存储模块中,也采用 case循环, 循环中主要利用一个write BMP file函数,该函数的作用是把波形写成一个bmp格式的文件.
e)坐标移动功能模块:用于改变时间轴与纵轴的坐标值,以便在数值超出显示范围后可以调整观察范围围进行更全面的分析.其中选用case循环对坐标的6种显示范围进行分别的坐标刻度设计.

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