基于虚拟仪器技术的数据分析系统毕业设计

1、毕业设计论文 基于虚拟仪器技术的数据分析系统Data Analysis System Based on Virtual Instrument Technology 辛泽吉林建筑大学城建学院2016年6月毕业设计论文基于虚拟仪器技术的数据分析系统Data Analysis System Based on Virtual Instrument Technology学 生： 辛泽 指 导 教 师： 衣文索（副教授）专 业： 电气工程及其自动化学 号： 1209000223 所 在 单 位： 电气信息工程系答 辩 日 期： 2016年6月毕业设计（论文）原创承诺书1本人承诺：所呈交的毕业设计（论文）基

2、于虚拟仪器技术的数据分析系统，是认真学习理解学校的电气信息工程系毕业设计写作规范后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。2本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。3在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。4本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其

3、他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。以上承诺的法律结果将完全由本人承担！ 作 者 签 名： 年 月 日目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 虚拟仪器简介11.1.1 虚拟仪器的发展历史11.1.2 虚拟仪器的定义21.1.3 虚拟仪器的构成21.2 虚拟仪器的发展情况及趋势31.3 本文的研究内容3第2章 数据采集系统的设计42.1 LABVIEW软件的搭建42.2 设计方案的比较42.2.1 软件比较42.2.2 声卡采集数据的特点5第3章 软件模块的设计103.1 程序的流程图103.2 程序的结构图113.3 LABVIEW 简介11 3.4 数

4、据采集和处理模块123.4.1声音输入配置虚拟仪器133.4.2声音输入读取虚拟仪器153.4.3声音输入清除虚拟仪器16 3.5 数据模拟模块18 3.6 低通滤波模块20 3.7 波形显示模块21第4章 程序设计显示224.1 程序的使用方法224.1.1 程序的环境224.1.2 声卡配置224.2 程序的总框图224.3 程序的调试结果234.3.1声卡采集数据的结果244.3.2模拟采集数据的结果24结论27致谢28参考文献29摘 要 虚拟仪器包括硬件平台和应用软件两大部分：第一部分，对被检测信号的采集通过硬件平台来完成，同时它也会对被采集的信号进行调理。第二部分，作为外围电路的仪器

5、硬件是插入式数据采集卡不可缺少的部件，例如数模转换器、模数转换器、数字电路以及混合信号电路等等；或者是带标准总线接口的仪器，例如GPIB、PXI、VXI等测试测量中的总线技术总线仪器和网络化仪器等。并且市场上的模数转换采集卡和数据采集卡以及带标准总线接口的仪器等，其价格均十分昂贵，并且其价格与实用价值相差甚远。同时，考虑到计算机中的声卡它本身就是一个转化装置，具有16位的量化精度、44.1kHz的数据采集频率，可以完成在合理应用范围内数据采集的需要并做出规范化分析，个别性能指标远远高于商用数据采集卡，完全能够达到本次设计的要求。 本文中，基于声卡和模拟数据采集数据采集装置。利用声卡实现对数据的

6、采集，制作成拥有四大功能的简易数据采集系统，其功能分别为实现数据采集、模拟采集数据、波形显示、进行低频滤波。从而进一步的对数据做出分析。关键词： 虚拟仪器；数据采集；声卡ABSTRACT The virtual instrument consists of two parts: hardware platform and application software. In the first part, the collected signal is collected by the hardware platform, and it can also be used to regulate t

7、he collected signal. In the second part, as the peripheral circuit of the instrument hardware is inserting data acquisition card, an indispensable components, such as the number of converters, analog to digital converter, digital circuits and mixed signal circuits and so on, or the standard bus inte

8、rface with equipment, such as measure test, GPIB, PXI VXI bus instrument bus technology and network equipment and so on. And the market of analog digital conversion and data acquisition card and data acquisition card and standard bus interface instrument, the price is very expensive, and its price a

9、nd practical value is very far. At the same time, considering the computer sound card itself is a conversion device, with 16 bit quantization and 44.1 kHz frequency of data collection, can be completed within a reasonable scope of application data acquisition and standardized analysis, individual pe

10、rformance indicators is much higher than that of commercial data acquisition card, can completely meet the design requirements.In this paper, a data acquisition device based on sound card and analog data acquisition. Using sound card to achieve the data acquisition, production into a simple data acq

11、uisition system with four functions, and its function is to achieve data acquisition, analog data acquisition, waveform display, low frequency filtering.，which are used to make further analysis of the data.Key words：Virtual instrument；Data acquisition；Sound cardI吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 虚拟

12、仪器简介1.1.1 虚拟仪器的发展历史 随着现代技术的不断发展，传统仪器系统的更新换代，电子测量仪器发展到现在逐渐演化成四代分别为模拟时代、数字化时代、智能化时代和虚拟化时代4。第一代模拟仪器是基于电磁感应基本定律的指针式仪器，模拟仪器”在采样时间上是连续的，观测量上没有“取舍”的仪器。比如指针式万用表、指针式电压表以及指针式电流表等。第二代数字化仪器是采样时间上有间隔，观测量上有“取舍”的仪器，它通过采样技术将模拟信号变为数字信号，输出结果也是以数字信号的形式给出。这种仪器主要应用到高效率高精度的电路中，比如数字万能表、数字超声波探伤仪等。第三代智能化仪器是能够根据使用者的要求在一定范围内进

13、行智能化测试和数据处理。传统的仪器一般采用简单的电子电路来转换测量数据，用直观的直读的模式显示或读出测试数据，没有数据存储和处理功能，要通过人工来进行计算、比对，得出测量结果。只能用于一般测量精度不太高的数据测量，由于它的成本比较低，目前还拥有一定市场。智能仪器是带有微型处理系统，或可接入微型计算机智能化仪器。它通过电子电路来转换测量数据，并对数据进行存储运算逻辑判断，通过全自动化的操作过程得到准确无误的测量结果，并可通过打印机输出文字结果。智能仪器现在已广泛用于电子，化工，机械，轻工，航空等行业的精密测量，对我国制造业提升产品质量的检测手段，起到了重要的作用。 而第四代虚拟仪器的定义是将功能

14、较强的模块化的硬件设备与效率较高灵活方便的计算机软件相结合，达到对所要研究的目标进行相应的测试、测量以及自动化操作9。能够与笔记本相配合使用使其最大优势是，使得野外工作更加方便。另外它也可以连接到台式计算机，也非常便捷。由于其成本低、使用范围泛，非常适合研发部门以及校园教学使用。比如假如想用示波器，还不想去买怎么办?只需要一台PC机、虚拟示波器软件、一块数据采集卡，先将示波器软件装到PC上，然后将数据采集卡（AD转换）插到PC机的某个接口（可能是串口、USB或者是PCI），数据卡上面会有探头，将探头点在被测点上，然后在PC上运行虚拟仪器软件，就可以当示波器用了。 美国国家仪器公司（简称NI）于

15、上世纪80年代提出了虚拟仪器理念，随后公司有进一步把软件也称作仪器，从此传统仪器发生了翻天覆地的变化。1.1.2 虚拟仪器的定义虚拟仪器是依靠VXI、PXI等标准总线采用驱动器使计算机有控制物理仪器设备的能力。随着研究人员对虚拟仪器技术的深入研究和改造，虚拟仪器慢慢成为现代工业发展以及设计领域的最重要的科学技术。另外在功能方面，虚拟仪器技术不断增加，而在性能方面，研究人员也在继续改善，虚拟仪器已经慢慢替代传统仪器，成为主要的测试设计方式8。随着计算机、器件和应用程序的进一步创新设计，未来检测系统的发展将因为虚拟仪器的进步而进步。这也将极大的方便和改善工作人员在测量以及控制等工作。1.1.3 虚

16、拟仪器的构成硬件模块与接口、驱动程序以及展示面板，构成了虚拟仪器的最核心部分。 硬件模块与接口：包括计算机内置功能插卡、计算机通用接口总线接口卡、计算机串行口、VXI总线仪器接口、以及是外置检测工具。 驱动程序：其最重要的作用是控制所有的硬件信号接口。驱动程序可以帮助虚拟仪器完成与实际的仪器之间的信息交互。 展示面板：其主要作用是展示虚拟仪器与实际仪器之间的各种对应的控件。终端可以通过鼠标以及键盘的设备，在展示面板上完成对实际仪器的控制，简单方便。图1-1为虚拟仪器的基本结构图。显示器信号分析及处理器入机接口各类接口A/D转换器数据发生器信号调理器信号调理器输入信号D/A转换器信号调理器信号输

17、出图1-1 虚拟仪器的结构1.2 虚拟仪器的发展情况及趋势20世纪80年代，由在总结前人成果的基础上，提出了虚拟仪器这一革命性技术，然后迅速各个研究机构的研究焦点以及应用前线。近年来，各式各样的服务于虚拟仪器创建的开发平台层出不穷，但相较之下，最有影响力、使用最为广泛的依然是美国NI 公司自主研制开发的LABVIEW开发平台。它最大的特点是数据图形化。作为一种新兴产业，虚拟仪器在国外蓬勃发展。虚拟仪器的诞生地美国，依然是全世界最大的虚拟仪器制造者15。引进LABVIEW开发平台并对其进行消化知识吸收，称为我国研究虚拟仪器的出发点。LABVIEW研究也被看做现代机械工程科学焦点学科，被

18、国内科技工作者列入国家“十五”期间优先发展项目。经过科研人员的努力，这一研究也已经取得了不小的成就。例如，“一体化虚拟仪器”的提出，标志着我国在虚拟仪器技术方面走出了一条完全独立创新的不同于西方的路子。 RS232标准串行接口总线、GPIB标准接口总线、VXI总线规范构成了现代LABVIEW系统开发的所有的标准。以美国国家仪器(NI)有限公司。为代表的虚拟仪器制造商们，先后设计了大量的硬件和相应的软件程序来，使虚拟仪器可以适应总线配置。1.3本文的研究内容在虚拟仪器的飞速发展的情况下，声卡采集及分析是不可缺少的内容。本论文具体内容安排如下：第一章，主要阐述了虚拟仪器的定义和基本构成以

19、及现状，还简单介绍了本文的设计重点。第二章，数据采集系统的设计：先讲述LABVIEW软件创建过程，到设计方案的比较以及讲述了声卡采集数据的特点。第三章，详细阐述了软件模块的设计过程。第四章，程序设计显示：主要介绍程序的使用方法和程序的调试结果和分析结果。第2章 数据采集系统的设计2.1 LABVIEW软件的搭建创建LABVIEW软件的过程大体分为五步：测试需求分析、系统总体方案设计、系统硬件设计、系统软件设计、系统集成与调试1。1.测试需求分析。主要包括分析被测参数的形式（包括电量还是非电量、数字量还是模拟量、）、参数的范围（幅度以及频率）和参数的数量（通道数）。性能指标方面则主要是测量精度和

20、速度的要求。功能要求则包括用户接口界面、数据分析与处理、存储与显示、外部通信接口等。2.系统总体方案设计：根据测试任务要求，确定测试方法，确定系统组成结构设计。3.系统硬件设计：硬件可以自制或者购买。尽量实现硬件系统集成。4.系统软件设计：首先要选择软件开发环境，其次完成底层驱动设计，最后完成上层应用软件设计，包括用户界面设计、测量数据分析与处理、算法设计、测量结果表达等等。5.软硬件集成与检测：检测主要包括功能性检测、参数检测以及系统设计。另外，在开发测试项目的过程中，程序测试是不可或缺的部分。如果测试结果不理想，还需要重新分析重新设计。2.2 设计方案的比较2.2.1 软件比较 在计算机的

21、仪器硬件已经配置完成后，虚拟仪器的核心部分就变成了软件选择。所以软件要为用户提供广阔的开发环境、高水平的仪器硬件接口与用户接口。最终使仪器中的硬件和软件相互结合，利用这种虚拟仪器技术进行工作，从而达到事半功倍的效果。 有两种方式可以完成对虚拟仪器技术的编写： 1.使用通用编程程序进行编写。 2.用专业图形化编程软件开发。 对于软件的编写方式应由编程者根据实际情况而决定。这样才会设计出一个简易数据采集系统，在设计中开发者还应考虑以下因素：开发成本要低、执行效率最佳、程序弹性大、开放性架构容易扩充。跟C语言和BASIC开发环境有许多相同之处，但是它与其他程序语言的主要不同于：LABVIEW采用编辑

22、语言G，具有图形化特点，而不是语言产生代码（特点是基于文本），LABVIEW生成的程序是框图。LABVIEW目前最广泛的应用领域是测试测量，并得到了业内人士的一致好评，这也完全符合其最初的设计目的方便户外测试测量。现在，用户可以通过使用LABVIEW驱动程序，来非常便捷的操纵已经安装了LABVIEW驱动程序的测试以及数据采集等等设备。另外，厂商也已经提供了含有各宗功能的工具包，用户可以根据需要，找到自己所需要的适用于工作要求的LABVIEW工具包，这极大地方便了程序的开发。有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序11。 不同于具有控制面板的传统仪器，虚拟

23、仪器采用了具有可视化特点的G语言编程，借助计算机巨大的图形处理环境，将图形化的软面板建立到计算机上，从而不再需要传统的常规面板。实设备中的旋钮、开关、信号灯以及其他的控制按钮，都会以相对应的形式，出现在面板上用户可以使用鼠标、键盘方便的进行操作。 虚拟仪器除上文所列出的优势外，跟传统计算机编程语言相比，其还具有以下特点： 1.虚拟仪器功能作用上午定义具有可调性。其定义需要根据用户自己的需求来完成。为了不被供应商所限制，用户可以将不同的模块进行整合，组成各式各样的仪器。 2.程序部分集合了虚拟仪器的所有的操纵信息数据，数据的收集，结果的分析判断以及具体的操纵过程等等，都可以显示在程序中。这也是的

24、虚拟仪器更加灵活便捷，更易被用户接受。 3.虚拟仪器核心部分是软件，它所受到的硬件的影响比较小。这样就方便其与不同设备之间的连接和信息交互。另外，将虚拟网络连接到网络上，可以实现数据的更像，便于不同用户之间的相互交流学习。 4.虚拟仪器具有时效性和可存储型。得到的数据可以直接在虚拟仪器上处理存储，也可以将得到的数据打印出出来。存储功能使得一旦结果丢失，用户还可以从存储器下载新的数据。 5.虚拟仪器能够直接地对测试数据进行需要的分析以及处理，这主要在计算机的图形化板面上完成。 6.由于较低的开发制造成本，基于软件的体系结构能够极大地减少开发和维护成本。2.2.2 声卡采集数据的特点声卡是计算机进

25、行声音处理的适配器。它有三个基本功能：一是音乐合成发音功能；二是混音器（Mixer）功能和数字声音效果处理器（DSP）功能；三是模拟声音信号的输入和输出功能。声卡处理的声音信息在计算机中以文件的形式存储。声卡工作应有相应的软件支持，包括驱动程序、混频程序（mixer）和CD播放程序等。多媒体电脑中用来处理声音的接口卡。声卡可以把来自话筒、收录音机、激光唱机等设备的语音、音乐等声音变成数字信号交给电脑处理,并以文件形式存盘,还可以把数字信号还原成为真实的声音输出。声卡尾部的接口从机箱后侧伸出,上面有连接麦克风、音箱、游戏杆和MIDI设备的接口。商用数据采集卡由于拥有较强的通用性，使得其价格都比较

26、高。在一些对成本要求较高的应用中，商用数据采集卡并不被采用。而且，普通的声卡尽管性能差点（拥有十六位的量化精度性以及44.1千赫兹采集频率），但是完全能够胜任在一些特定应用范围内数据采集的要求。较低的价格，使得其成本也较低，更容易受到用户的青睐。计算机中的声卡从根本上讲就是转化性装置，生产成本低廉且性能稳定，对于使用者来说，在PC上完成数据采集的任务，这种成本几乎为0，在设计中完全能够满足要求。所以在本设计中，数据采集装置主要基于声卡和数据模拟波形。 1.声卡的作用声卡 (Sound Card)也叫音频卡（港台称之为声效卡），从数据采集来看，它是多媒体技术中最基本的组成部分，是实现声波/数字信

27、号相互转换的一种硬件。而LABVIEW提供了操作声卡的函数。声卡的基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，或通过音乐设备数字接口(MIDI)使乐器发出美妙的声音。 声卡是计算机进行声音处理的适配器。它有三个基本功能：一是音乐合成发音功能；二是混音器（Mixer）功能和数字声音效果处理器（DSP）功能；三是模拟声音信号的输入和输出功能。声卡处理的声音信息在计算机中以文件的形式存储。声卡工作应有相应的软件支持，包括驱动程序、混频程序（mixer）和CD播放程序等。多媒体电脑中用来处理声音的接口卡。声卡可以把来自话筒、收录音机、激光唱机等

28、设备的语音、音乐等声音变成数字信号交给电脑处理,并以文件形式存盘,还可以把数字信号还原成为真实的声音输出。声卡尾部的接口从机箱后侧伸出,上面有连接麦克风、音箱、游戏杆和MIDI设备的接口。 从表面上来看，其主要功能是以数据采集和信号处理为主，这样就能联想到用声卡实现示波器、信号处理器、频谱分析仪等虚拟仪器。 2.声卡的硬件结构 板载声卡外部有三个接口，分别是：音频输出接口，MIDI接口，Line音频输入接口。内部有两个接口，分别是：音频输入接口，前置音频接口插针。声卡接口电路组成包括：声卡解码芯片、音频功率放大器、晶振、供电电路、电阻以及电容。声卡的电路结构中，不同组成形式的声卡，其电路结构也

29、不同，独立声卡结构相对复杂，主要包括：数字音频处理电路、A/D转换电路、D/A转换电路、音频放大电路以及音色库。声卡的硬件结构如图2-1所示。图2-1 声卡的硬件结构示意图 3.声卡的主要技术参数 （1）采样精度与采样频率 采样精度是指每个采样点所代表音频信号的幅度，单位是bit； 采样频率是指每秒钟对音频信号的采样次数。 （2）声道数量 声道越多，声音的定位效果就越好,在玩游戏和看DVD时的声音效果就越逼真。 （3）信噪比就是声卡抑制噪音的能力，信噪比的值越高说明声卡的滤波性能越好，声音听起来也就越清澈。 （4）频率响应 （5）总谐波失真 指的是声卡的保真度，也就是声卡的输入信号和输出信号的

30、波形吻合程度。 （6）MIDI规格 调频是声卡中第一项被广泛采用的电子合成乐器的合成技术,也称为FM；波表合成与FM合成不同，波表合成通过对乐器声音进行取样，并将之保存下来.波表合成又常分为软波表合成和硬波表合成。 复音数所谓的”复声”是指MIDI乐曲在1S内发出的最大声音数目。 （7）DirectSound与DirectMusic是微软为Windows环境所制定的声卡API接口规格。 （8）3D音效规格：目前3D音效中的API主要有Direct Sound 3D A3D和EAX三类：.Direct sound 3d简称（D3D）源自于Microsoft Direct X的老牌音效API：A3

31、D；EAX。 4.声卡的频率范围与频率响应人耳对频率的感觉从20Hz到20kHz之间，而声卡的频率响应上限范围在20kHz。 5.设置声卡完成数据的采集 （1）设置声卡声卡一般主要用于输出音频信号，因此，这种情况下，声卡的输入处于非正常工作状态。在设置声卡之前，首先使用耳机检测其是否工作正常。尤其是其信号采集功能能不能正常工作。当检测到声卡不能正常工作时，则需要检查检查声卡的设置。一般来讲，这里的设置会有两层含义，一是要对配置所需的功能，再就是要保证已经配置的功能不能在关闭（静音）状态。下面介绍对Line In 和Mic In的检查和设置。按图2-2所示，在“选项”菜单下选“属性”，得到图2-

32、2（b）图所示的对话框，在此对话框上选择“录音”，并配置列表中的选项即可。注意图2-2中的相关功能都不能处于静音状态。如图2-2（a）所示。图2-2（a）音量控制窗口 图2-2（b）音量控制窗口和音量控制属性对话框 （2）硬件连接市场上一般存在两种硬件连接方式带3.5毫米插孔以及鳄鱼夹的连接线和双3.5毫米插孔的音频连接线。可以通过将双3.5毫米插孔的测试线的连接到声卡的输入输出端来检测其频响特性。切勿将Mic In 接口当做Line In接口，以及把SPK Out接口当做Line Out接口。第3章 软件模块的设计3.1 程序的流程图程序流程框图如图3-1所示：图 3-1 数据采集程序流程图

33、 流程图简介：第一步，我们要将模块进行初始化处理，防止前人存留的信息对设计的影响。第二部，将声卡正确连接到模块中；第三步，使用声卡进行数据采集，完后将采集到的数据信息送入到LABVIEW中；第四步，依旧是最关键的一步，经采集到的信号在LABVIEW模块程序中进行处理，后将处理后得到的波形表达在软面板上；最后第五步，通过低通滤波，将所要的数据参数摘取出来再进行分析。3.2 程序的结构图 程序的结构图如图3-2所示：声卡参数设置数据采集波形显示低通滤波低通滤波后波形函数信号发生器图3-2 程序的结构图3.3 LABVIEW 简介 作为一种程序开发环境，LABVIEW类似于C和BASIC开发环境，跟

34、C语言和BASIC开发环境有许多相同之处，但是它与其他程序语言的主要不同；于：LABVIEW采用编辑语言G，具有图形化特点，而不是语言产生代码（特点是基于文本），LABVIEW生成的程序是框图。LABVIEW目前最广泛的应用领域是测试测量，并得到了业内人士的一致好评，这也完全符合其最初的设计目的方便户外测试测量。现在，用户可以通过使用LABVIEW驱动程序，来非常便捷的操纵已经安装了LABVIEW驱动程序的测试以及数据采集等等设备。另外，厂商也已经提供了含有各宗功能的工具包，用户可以根据需要，找到自己所需要的适用于工作要求的LABVIEW工具包，这极大地方便了程序的开发。有时甚至于只需简单地调

35、用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。LABVIEW作为一种被用户所广泛接受，并且被视为标准的数据采集和仪器控制软件编程语言，其最大的特点就是图形化。LABVIEW 所含有的功能包括GPIB、VXI、RS-232 和RS-485 协议。它还出厂的函数库便于应用TCP/IP、ActiveX 等软件标准。其非常灵活，可以方便的建立个人虚拟仪器，在使用的过程中非常生动有趣。3.4 数据采集和处理模块数据采集模块是虚拟软件的主要硬件驱动部分，所以这里主要是利用LABVIEW来完成声卡的硬件参数设置以及声卡采集数据的消息等任务。如图3-3所示，为数据采集和处理模块。图3-3 数据采

36、集和处理模块 程序说明：在LABVIEW软件中，声卡的声道可以分为8位单声道，16位单声道，8位立体声以及16位立体声四种。16位声道比8位声道采样信号的质量好，立体声比单声道采样信号好，由此可知最好的采样通道形式是立体声16位，采用立体声16位的声卡采集的波形稳定，抗困扰能力强。除此之外我们也应知道单声道与立体声道的区别，单声道在采集信号时，左右声道的信号是相同的，并且左右声道的幅值只有原信号幅值的一半。而立体声在采样的时候，左右声道的信号互不干扰的，所以可以采集两路不同的信号，这样就使得采样的信号幅值等于原信号幅值。在本次设计中我采用立体声16位进行双声道采样还有一个重要的原因，那便是单声

37、道采集的数据是标量，无法组成数组不利于数据的分析与处理。声卡的采样频率主要有8000Hz，11025Hz，22050Hz以及44100Hz就这四种，不同的采样频率，采集到的波形的质量也不同，采样的频率越高，采集到的波形质量就越高，但所占的存储空间越就越大，所以我们要根据具体情况选择最合适的频率，本次设计我采用了44.1千赫兹的采样频率。在采样率的选择方面，不仅采用了一个case循环，它的目的是为了在采样率为44.1千赫兹的条件下，在循环内产生波形数据。 主要操作说明；在block diagram：从Functions 、 Graphics & Sound 、 Sound 、 Sound

38、 Inpu这四个选项中选用Sound Input函数。(1) 在Functions 、Structures 、While Loop中选用While循环。(2) 在Functions 、 Structure、 Case 中选用Case 循环。(3) 首先得用右键点击SI Config函数的Sound Format输入，所以选用create control，就会自动生成Sound Format簇类型控键。其中包括三项数据：sound quality；rate；bits persample。(4) 首先右键点击SI Config函数的Buffer Size输入，所以选用create control，

39、自动生成无符号长整数类型的控键。(5) 在Functions Cluster Unbundle 所以选用Unbundle 函数。这样对输入簇Cluster 进行解包。再就是接入cluster输入参数后，输出端子数自动调整为和cluster元素数目相同。(6) 声卡参数设置如图3-4所示。图3-4 数据声卡采集参数配置3.4.1声音输入配置虚拟仪器Sound Input Configure .Vi 的前面板的主要功能是设置声卡参数，使声卡的各项参数满足设计的要求。Sound Input Configure .Vi 的前面板参数设置如图3-5所示。图3-5 Sound Input Configur

40、e .Vi 的前面板 Sound Input Configure .Vi 的后面板如图3-6所示。图3-6 Sound Input Configure .Vi 的后面板 程序说明：Sound Input Configure函数的主要功能是设置声卡中的一些参数。其中声卡采样率在上文已经介绍到了，本次设计选用的采样频率设置为44100HZ，本文选用立体声16位声道所以数据格式应该设定为16bit。而对缓冲区长度没有具体要求选默认值即可。主要操作说明：在block diagram：Functions Graphics & Sound Sound Input Configure 选择confi

41、gure函数。3.4.2声音输入读取虚拟仪器如图3-7所示Sound Input Read .VI的前面板为声卡采集时的参数设置图。图3-7 Sound Input Read .VI的前面板参数设置 Sound Input Read .VI的后面板如图3-8 所示：图3-8 Sound Input Read .VI的后面板 程序说明：这个函数主要的功能是对数据缓存区的数据进行处理。当数据缓冲区存满消息时，会产生一个信号，从而能将数据缓冲区的数据传递到用户程序的数组中，最终产生一个数据采样集合。如果计算机运行速度较慢，传递数据不够快，就会使得缓冲区之前的内容被新的内容所覆盖，这就会产生一个错误信

42、息。这时可以调节缓冲区的大小，来解决这个问题。 主要操作说明：在block diagram：Functions Graphics & Sound Sound Input Read 选择read函数。3.4.3声音输入清除虚拟仪器 Sound Input Clear .VI的前面板如图3-9所示。图3-9 Sound Input Clear .VI 的前面板Sound Input Clear .VI 的后面板如图3-10 所示： 图3-10 Sound Input Clear .VI 的后面板 程序说明：该函数的主要功能是用于完成最终的清理工作。 主要操作说明： 在block diagr

43、am：Functions Graphics & Sound Sound Input Clear选择clear函数。3.5 数据模拟模块数据模拟块是通过LABVIEW自己模块模拟发出波形并能采集数据波形，它的作用是用来分析波形的，模拟的波形可以分为两个通道，或是将两个通道叠加成一个波形。形成的波形有：正弦波、方波、三角波、锯齿波、高斯白噪声。在LABVIEW中用函数信号发生器产生一个信号，实际上相当于通过软件实现了一个信号发生器的功能。正弦波：公式为y=Asin(x+）A为振幅，周期，相位。方波：公式为y=flc1hs(sin(2*pi*f*t), eps)&Va/yp频率为f的

44、值为01的方波。方波电流就是电流的波形为矩形的电流。无论在t轴上下是否是对称的，只要是矩形就可以叫做方波，如果需要的化可以加“对称”， “不对称”加以说明。交流波不一定是方波。看是否有正负交替的方波，一直是一个符号那就是直流，这就包括全是正的或者全是负的；两种都有的那就是交流。三角波：三角波函数：输入 fx_:=x /; 0<=x<1输入 fx_:=2-x /; 1<=x<2输入 fx_:=fx-2 /; x>=2锯齿波：一般主要由搭建硬件电路来实现，效果如下图：波形方式对应的LABVIEW控件如下：有正弦波、方波、三角波、锯齿波、高斯白噪声。程序的主要实现选择模

45、拟波形，在选择波形的时候有两个通道可以选择波形，并且对于幅值、频率、相位这些参数还可以做到相应的调整。通过把两个不同的波形进行相互叠加，形成各种不同的波形。具体实现如图3-11，控制如图3-12。图3-11 模拟波形实现模块后面板图3-12 模拟波形实现模块前面板 程序说明：对结果进行分析时需要把两个通道的波形叠加在一起。如果声卡没有采集数据时候，我们可以用LABVIEW模拟的数据波形来代替通过声卡采集波形。3.6 低通滤波模块信号在传输的过程中受到外界干扰会产生高频噪音。因此我们需要过滤掉外界干扰产生的高频噪声信号，通常是采用低频滤波器完成滤波工作。后面板实现模块如图3-13所示：图3-13

46、 后面板实现模块前面板演示如图3-14，可以设定截止频率：图3-14 前面板演示图低频滤波器配置方法如图3-15所示:图3-15 频谱分析模块的前面板3.7 波形显示模块如图3-16为波形显示模块所显示的采集信号：图3-16 波形显示模块值得说明的是，如果使分析波形更为精准，在波形显示控件中可以手动调整X、Y轴的最大值和最小值。第4章 程序设计显示4.1 程序的使用方法4.1.1 程序的环境打开程序，后面板和前面板都会包含在程序中，控制控件和以及示控件都会出现在前面板位里，后面板有程序框图。如果要使用的时候可以生成应用程序，按到要使用的电脑上就可以使用了。打开程序后，界面如图4-1，点击左上角

47、的小箭头，程序开始运行。图4-1 程序前面板4.1.2 声卡配置 1.采样频率 因为系统能测试到的最高频率与电路器件的性能密切相关，所以在选择声卡的时为了保证系统正常工作一般要选择最高采样频率为44千赫兹的声卡。根据采样定理我们能测试到的模拟信号，最高频率能达到22千赫兹。同时我们必须要考虑到声卡采集信号的质量问题，所以实际测试的时候我们通常采用最高频率为2.5千赫兹。 2.采样精度电路器件的位数决定了系统采样精度的高低，为了保证系统正常工作一般都采用16位采样的声卡，其采样精度为，分辨率大约为0.0015%。 3.实时带宽实时带宽一般为2KHz。4.2 程序的总框图程序的总框图如图4-2所示

48、：图4-2 程序总框图 总框图说明：信号是由声卡采集到虚拟器中的，在声卡中的基本设置里做一下调整，设置声卡的一些基本参数，如果在采集的过程中想要连续采集波形，这就要求采样频率不能过低，如果过低化，采集的波形会出现间断，不能连续。当信号被采集完成后，声卡就自动开始读取数据。信号切换的控件为真时，波形浏览器会自动把声卡的波形显示出来；如果信号切换到控件为假时，波形浏览器就会显示模拟数据不会有波形出现；然后通过低通道将滤过的波送个波形浏览器显示。这里主要用到了while循环、case选择等模块。4.3 程序的调试结果虽然由于声卡硬件条件的局限性使得音频信号选择范围变得很小，但是也可以用来测量音频范围

49、较小的信号，例如声音、脉搏、心电、脑电和电话等。4.3.1声卡采集数据的结果声卡采集数据的结果：声卡采集波形主要采集方式是运用麦克，将麦克直接接到电脑声卡上，对着麦克说话，这样采集到的波形就可以根据输入声音的变化而产生的变化。声卡采集到的波形如图4-3所示：图4-3 声卡采集到的波形显示值得说明的是：波形分为直接声卡采集到的波形和经过低通滤波后的波形，同时可以通过右侧控件，改变波形的颜色和设置低通滤波的截止频率。 4.3.2模拟采集数据的结果模拟采集数据的结果显示：首先选择模拟采集数据控件，然后进入模拟数据采集模块。值得注意得是模拟数据可分为两个通道，这两个通道均可以选择不一样的波形，并且都能改变波形的幅值、频率、相位等数据，如图4-4所示，同时也能把两个通道的波形叠加成一个波形，如图4-5所示。图4-4 模拟波形图4-5 叠加后的波形根据调试结果我们可以得出以下结论，首先本次设计数据采集信号可以采用普通低价的声卡，这样既可以节省成本也不会影响效果，很好的提高了性价比，再就是在LABVIEW图形编程语言环境下去设计一个比较方便、较灵活性强的虚拟示波器，在显示波形的领域是一种很不错的选择。结 论 本次论文提出的设计