声卡虚拟仪器及其在《电子技术》演示实验中应用

1、声卡虚拟仪器及其在电子技术演示实验中应用【摘要】虚拟仪器是电子测量技术与计算机技术相结合 的新型电子仪器，本文介绍了基于声卡的虚拟仪器的功能和 使用方法，并举例说明其在电子技术演示实验中的应用。【关键词】声卡；虚拟仪器；电子技术；演示；应用现代教育技术的发展，已将日趋成熟的基于计算机的虚 拟仪器(virtual instruments)技术引入学校课堂。如美 国国家仪器公司(简称ni)的lab view和lab windows/cvi 系统等。但是，这些虚拟仪器软件价格昂贵，大大限制了虚 拟仪器技术在教育领域中应用推广。笔者利用计算机自身配带的声卡作为数据采集卡，配合 一款“基于声卡的虚拟示波

2、器1”软件和4根自制的接口 测试电缆线，做成了十分实用的声卡虚拟仪器一声卡示波 器。其软件在显示器的屏幕上生成声卡示波器面板，通过声 卡接口电路使计算机完成对被测信号的数据采集、处理、传 送、存储、显示等功能，成为既有普通示波器的基本功能， 又有普通示波器所没有的特殊功能的新型仪器。这种声卡示 波器操作简单，性能良好，显示屏幕大，特别适用于演示电 子技术实验，如果在配有投影机的多媒体教室应用，教学 演示效果将有更为生动形象。声卡示波器软件种类不少，可以用vc+语言2编写， 也可以用lab viewe3的图形化语言编写，而且也容易在网 络上找到成品软件，其中有些是可以免费下载的。如“基于 声卡的

3、虚拟示波器软件”、虚拟示波器软件vi. 01等。下面 以“基于声卡的虚拟示波器”软件为例，介绍声卡虚拟仪器 的功能、使用方法及其在电子技术教学演示实验中的应 用。1声卡示波器软件的功能基于声卡的虚拟示波器软件是一款小型软件，不需要安 装，下载后解压缩即可运行。双击运行程序show, exe,显示 器上便出现如图1所示的声卡示波器界面，声音信号通过外 接话筒（mic）输入，外部电信号可通过声卡的输入插孔（line in）输入，其产生的信号可通过喇叭插孔（speaker）输出， 现在学校里的多媒体计算机的声卡都有这些接口，在主机箱 上都可以找到相应的插孔。1.1示波器功能声卡虚拟示波器有4种工作模

4、式：xi单踪工作，显示线 路输入中（line in）左声道输入的信号波形；xi和x2双踪 工作，同时分别显示左、右声道的输入信号波形；x1+x2, 显示左右声道信号叠加后的波形；x-y,左右声道信号分别 作为x轴和y轴，显示x、y互相垂直的两个方向的振动的 叠加，这类似于通用示波器中用李萨如图形（见图1）测频 率的模式。图1声卡示波器面板1. 2频谱分析仪功能点击“频域”按钮，便启动“频谱分析仪”功能，是对 输入信号进行fft频谱分析，显示的是输入信号的幅度频谱 图像，指出信号中所包含各个不同频率成分的幅度比例。1. 3记录功能点击record按钮，把输入信号保存为wav文件，再次 点击停止记

5、录。1.4暂停功能点击pause可将屏幕显示的动态图形静止下来，以便观 察，再次点击结束暂停，暂停时仍然能够调整示波器的各个 参量。1.5保存屏幕功能在暂停状态下，调整好图形时，可以将显示器屏幕上的 图象保存为位图文件，便于以后做课件需要时调用。1.6信号源功能虚拟信号源能产生两个声道的音频信号，3000hz以下波 形质量良好（满足教学演示实验的要求）。有"正弦”、'方 波”、“三角波”三种波形可供选择。观察虚拟信号源的信 号波形时，信号自动联接到虚拟示波器显示，其幅度通过 odb. -6db. -12db. -18db和-24db五个衰减按钮调节，并 从speaker插孔输

6、出信号，在计算机配接多媒体音响设备时, 在观察信号波形的同时，可以听到该信号发出的声音。另外，本软件还有虚拟数字频率计和数字万用表的功 能。2. 使用方法用鼠标左健单击或拖动面板上对应的功能健或按钮即 可实现各种调节。例如示波器，调节增益按钮和衰减按钮改 变波形幅度，调节时基按钮改变扫描频率，调节基准线改变 波形的上下位置，和普通的通用示波器相似，很容易上手。 其余的仪器使用也十分简单，都是用鼠标实现各种调节。在使用声卡示波器之前应先做好4根测试电缆（一根输 入，一根输出，它们实际上就是立体声音频线，制法是：将3. 5mm的立体声插头旋开，即看到3个接线端，分别对应地 线（与外金属壳连通）、左

7、声道、右声道，将芯线与其对应 端接上，屏蔽层接地；用万用表rxlkq档检测对应关系， 确保不短路.芯线的另一端接上测试表笔或小鳄鱼夹，用于 测量幅值小于iv的信号；另一根电缆是电压测试电缆，其l、 r两个输入端都串接了测试保护电路（如图2）,用于测试电 压；还有一根是电流、电压测试电缆，在插头和l声道测试 表笔之间串入电流测试保护电路（如图3）,插头和r声道之 间串入电压测试保护电路（图2）,用于同时测量电流、电压。 使用中，电缆线测试端的开关k位置应当先选好量程档位再 接入电路，有了测试保护电路，不会损坏声卡。图2电压测试保护电路图3电流测试保护电路 3声卡示波器演示电子技术教学实验举例3.

8、1演示整流电路波形图4录音控制面板将电压测试电缆的插头插入计算机背后的声卡技术输 入插口中，打开计算机录音属性控制窗口（程序一附件一娱 乐一音量控制一属性一选项一录音一确定）如图4,把控制 面板下面线路输入line in的静音方框内的钩去掉（点击即 可），有的老机型、老系统的录音控制面板下面的是选择方 框，则应当在线路输入line in下面的选择方框内打钩（点 击）。然后用电压测试电缆的l声道输入（测试端开关拨在 10v位置）桥式整流电路的输出电压，点击xi,调节l声道 增益，即显示出很大的桥式整流波形。对于半波、倍压整流 电路的波形，只要将l声道输入端接入相应的整流输出电压 即可演示。3.

9、2演示共发射极放大器工作原理图5共射放大器vi、vo的波形电压测试电缆的l声道测试探头（k拨在iv位置）接到 放大器输入端（共发射极放大器演示电路略），r声道电压测 试探头（k拨在10v位置）接放大器输出端。鼠标点击x1x2 按钮，使示波器工作于双踪状态，调节信号源和示波器两个 通道的增益，使之输出频率约400hz、幅度约30mv左右的正 弦信号（蓝色波形线）且输出波形（黑色波形线）无失真。非常直观地显示出输出电压v0与输入电压vi反相，而且 vo»vi,形象地展示出共发射极放大器的放大原理，其波形 如图5所示。而后分别调整放大器的工作电流ic偏大和偏 小，观察输出电压的饱和失真（波

10、形底部被削波）和截止失 真（波形顶部被削波）；在此基础上还可以继续演示，只有 设置合适的静态工作点才能获得最大不失真输出电压的道 理。可以用声卡示波器进行演示的电子技术实验很多，在重 点难点内容的教学中用声卡示波器进行演示实验的方法，和 学生一起实验、观察、分析，可取得让学生普遍满意的教学 效果。另外，利用声卡示波器的x1x2双踪工作方式还可以演 示电压电流的相位差等电工基础演示实验以及一些物理演 示实验；利用声卡的mic输入插口和虚拟示波器软件内的频 率计，可方便地较准确地演示声波的波形、频率以及其它电 信号的波形频率；利用其提供的万用表功能可以演示测量 电阻、电容、电感和交流电的有效值；利用其保存屏幕功能 保存的各种波形的图片，可以直接插到电子教案或教学课件中。总之，声卡虚拟仪器是是测试电缆（带声卡保护功能）接线、声卡示波器软件、多媒体计算机的良好结合，是电 子技术等课程的演示实验教学的得心应手的高级演示仪 器，使用'声卡虚拟仪器”进行课堂演示实验也将成为演示 实验教学的新型高效的技术手段，必将不断推广与不断完 善，为不断地提高电子技术课程的教学质量而发