基于计算机声卡的虚拟仪器在电子测试中的应用

1、.基于计算机声卡的虚拟仪器在电子测试中的应用李兴华 （中原工学院广播影视学院450011）摘要：本文介绍了一种基于计算机声卡的虚拟仪器，分析了虚拟仪器的工作原理和特点，介绍了虚拟仪器的主要功能和使用方法，为相关人员在没有专业仪器的情况下进行电子测量提供了一种简便的方法。关键字：声卡 虚拟仪器 虚拟示波器在电子技术实验或电子产品制作中，电子测量仪器往往是必不可少的，但对于电子爱好者来说，往往很难接触到这些专业的测量仪器。飞速发展的计算机技术为这些电子爱好者带来了福音，使用任何一台具有声卡的多媒体电脑，再加上特定的软件，就可以模拟出多种具有一定专业功能的电子仪器，甚至它的功能比专业的设备更加强大，

2、我们把这样的仪器叫做基于声卡的虚拟仪器。一、虚拟仪器工作原理虚拟仪器的各种功能主要是借助于计算机声卡来实现的。计算机声卡的原始作用是负责计算机中声音的输入和输出：输入时，它接收外来的模拟声音信号，经过ADC转换后，变成数字信号，送给相关软件去进行处理；输出时，它把需要输出的数字信号经过DAC转变成模拟信号，送给外接的功放或耳机，从而还原出声音。现在的声卡中这两个工作是可以同时进行的，这种工作方式叫做双工。双工的工作方式使得虚拟仪器中的多个设备可以同时工作。虚拟仪器利用声卡的输入功能，可以实现数字示波器、频率计、交流电压表、频谱分析仪等功能，利用立体声声卡的输出功能，可以实现双路函数信号发生器的

3、功能。二、虚拟仪器的特点虚拟仪器因为充分利用了计算机的功能，除计算机外，设备成本几乎为零，使用者要做的仅仅是自制一根用于信号输入输出的连接线，而对于电子爱好者来说，这根本不是问题。虚仪仪器可以充分发挥电脑屏幕作为显示界面的优点，支持图形显示的放大和滚动，可将屏幕的绝大部分面积用于数据或图形显示，使用户能够深入研究被测信号的任何细节。虚拟仪器可以充分利用计算机的数据处理能力，如进行长时间的信号记录、瞬态信号捕捉、波形运算、自定义函数信号输出等。 它可以将采集到的数据和分析处理后的数据保存下来，在需要时还可以打印输出。三、虚拟仪器的使用目前网络上最常见的虚拟仪器软件有两款，一个是严宇亮个人开发的“

4、虚拟仪器0.94” ，另一个是新加坡虚仪科技公司推出的商业软件“虚仪声卡万用仪”。“虚拟仪器0.94”是个非常小巧的免费的单文件软件，程序文件只有72KB，但功能却非常强大，包括有双踪示波器、频谱仪、信号发生器、频率计、万用表等功能，设计非常巧妙。“虚仪声卡万用仪”作为商业软件，界面和功能则显得更为专业，软件提供了示波器、信号发生器、频谱分析仪三大功能。下面以“虚仪声卡万用仪”为例来介绍其使用方法。1、测试电缆的制作测试电缆分为输入和输出电缆，但从结构上来说，这两种电缆可以完全相同，可以用普通的立体声耳机来改造，方法非常简单，只需要把耳机的听音头去掉，保留下来插头和连接线即可。连接线分左右声道

5、两对，共四根导线，为了使用方便，可以在导线上接上鳄鱼夹。2、声卡的端口一般的台式机的声卡有三个插孔，分别是：MIC IN、LINE IN、LINE OUT。笔记本电脑往往会省略掉LINE IN。根据声卡类型的不同，话筒输入口的输入阻抗在600欧50千欧之间，A/D转换满程电压Vpp在2mV1V之间，通常MIC IN只允许单通道输入。LINE IN的输入阻抗通常在150千欧之间，其A/D转换Vpp在1V4V之间，可通过Windows控制面板中的录音控制进行调节。LINE OUT的输出阻抗在20500欧之间，能输出大约2V的信号。最简单的输入连接就是直接将被测信号连到声卡的线路输入口或话筒输入口，

6、但在连接前必须保证被测信号的幅度在声卡所允许的范围内，否则可能会烧坏声卡甚至电脑。安全起见可以增加二极管构成的限幅电路。3、示波器的使用使用示波器功能时，首先需要打开录音控制面板，然后根据要测试的信号的来源勾选信号源，比如是LINE IN还是MIC IN，这样示波器中才会显示相应的波形。然后利用自制的电缆往左声道或右声道输入信号，或两个声道同时使用，这样就可以实现双踪示波。输入信号后，可以调节示波器的触发模式、采样率、扫描时间、垂直电压显示范围、显示放大倍数等参数，使得信号以最满意的状态显示。需要注意的是，输入的信号都会受到声卡衰减器的影响，因此观察到的波形大小都是相对的，并不是绝对大小。在需

7、要进行信号大小的测量时，需要利用标准大小的信号进行幅度校准后，在录音控制面板中的衰减器保持不变的情况下，才能进行测量。4、频谱分析仪的使用频谱分析仪同样采用MIC IN或LINE IN作为信号输入端，它可以和示波器同时工作，可以双通道实时显示：幅度谱、相位谱、自相关函数、互相关函数等谱线，并可调节快速富立叶变换的点数，选择各种窗函数，选择是否除去直流分量，并支持八度分析。5、信号发生器的使用信号发生器是以LINE OUT作为信号输出的双通道信号源，它可以提供：正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声、粉红噪声、多音合成、扫频信号、自定义波形等。它既可按所指定的固定频率产生所指定的波形，也可以按线性或者对数扫频的方式在指定的时间及频率范围内产生所指定的波形。四、虚拟仪器的局限性受声卡性能的影响，虚拟仪器只能工作在音频频率范围内。根据声卡类型的不同，虚拟仪器的典型工作频率范围