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文档简介
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
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