基于声卡的虚拟示波器设计 论文

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1、基于声卡的虚拟示波器设计摘要当今的世界正以一种前所未有的速度发展着，科技的发展更是日新月异。计算机拥有着强大的数据处理能力，故而成为人们生活中必不可少的一部分。本文正是利用计算机所具有的不可代替的逻辑运算能力，使得实现虚拟仪器的开发变为可能，理论上可以设计出基于声卡的虚拟示波器。虽然传统仪器得到迅猛的发展，精度越来越高，功能越来越强，性能越来越好，但传统仪器仍然是由厂家设定好的封闭结构，有固定的输入输出和仪器操作面板。每种仪器实现一种特定的功能，并以确定的方式提供给用户。我国的高档仪器主要依赖进口，因为目前国内的技术水平还不够成熟，没有达到世界先进水平，所以试图研究一种简单方便、成本低又能够满

2、足需求的虚拟示波器是非常有必要的。声卡的性能指标已经非常成熟，拥有非常优越的A/D转换性能，再加上LabWindows/CVI的强大的函数库和驱动库，使得研制虚拟示波器变得更加方便和灵活。本文利用计算机声卡代替传统意义上的数据采集卡，设计了一种双通道数字存储示波器。由于声卡所能承载的最大电压是1V，通过声卡的采集的输入信号只能限定在1V以内。在这个前提下，本示波器最高可以达到44.1KHz的采样频率，量化精度是16位。基于声卡的虚拟示波器通过计算机的I/O接口声卡采集到需要测量的信号，通过软件编程对信号进行运算、分析、显示，可以通过计算机的显示器观察到设计的面板，并且可以通外接设备（如鼠标或键

3、盘）对事先设计好的面板进行操作，达到替代传统仪器的目的。关键词：虚拟仪器、虚拟示波器、声卡、LabWindowsThe Design of a Virtual Oscilloscope Based on Sound CardABSTRACTWe are living in a world developing in a speed never seen before, and the development of technology changes with new day. So far, people cannot live without computers because of th

4、eir powerful processing capacity. What we use in this paper is the logically computing power of computers which is irreplaceable, so it makes it possible to develop virtual instruments or a virtual oscilloscope at last. Though traditional instruments have reached a new level, and they have got high

5、precision, better function and performance. However, traditional instruments always cannot get rid of close structure, fixed I/O and operation panel. In addition, every instrument offers a fixed function to users in a set way. In our country, we import top grade instruments because we have not grasp

6、 this technology which is advanced in the world. So it is necessary to develop a simple and cheap virtual oscilloscope. People have done a lot about PC card which can transform analog signal to digital signal in a unexceptionable mode. Together with powerful function library and drive library, it be

7、comes more convenient and versatile. In this paper, we design a two-channel stored digital oscilloscope making use of Sound card instead of traditional data acquisition card. In fact, 1V is the maximum voltage that Sound card can stand, so we must limit the input voltage under 1V. If the instrument

8、works properly, its sample frequency can reach 44.1 KHz, and its quantification precision is 16 bits. The virtual oscilloscope collect signal from computer input -PC card, and calculate, process, display the signals, and users can operate the panel with external device(mouse or keyboard) just like u

9、sing traditional oscilloscope. Key Words：Virtual Instrument, Virtual Oscilloscope, PC card, LabWindows目 录1 引言11.1 课题研究背景及意义11.2 国内外研究现状21.3 本文的主要研究内容31.4 主要章节安排41.5 本章小结42 LabWindows/CVI编程环境的介绍52.1 LabWindows/CVI简介52.2 创建用户界面52.3 添加相应代码72.4 本章小结73 虚拟示波器的模块化设计83.1 信号采集模块83.2 波形显示模块93.3 频谱分析模块103.4 波形

10、调节模块113.5 信号存储模块203.6 其他功能模块213.7 本章小结214 虚拟示波器实验验证224.1 光标功能验证224.2 频率精度及范围验证254.3 移动功能验证304.4缩放功能验证324.5 本章小结335 总结35参 考 文 献36致 谢381 引言1.1 课题研究背景及意义虚拟仪器技术是以各专业学科知识为应用背景，以计算机软、硬件技术为核心，把传感器技术、自动控制技术、现代网络技术、现代信号处理技术、数值分析技术有效整合在一起的现代测试技术,是目前自动测试与电子测量仪器技术发展的重要方向1,2。它基于个人电脑的测控设备或系统，通常由计算机、测控电路模块和专门应用软件组

11、成，通过人机交互来完成对信号的采集、分析、处理和显示。虚拟仪器具有性能高、功能强、操作方便、自动化程度高、开发周期短以及易于实现软硬件的系统集成和构建多用途的测控系统等优点3。其主要任务是通过软件将计算机硬件与仪器硬件有机结合一起，将以前需硬件实现的相关技术通过软件来实现，完成对被测信号的采集、分析、处理、判断及显示等一系列功能。由于虚拟示波器拥有了灵活、迅速和低成本等优点，使得它逐渐代替了传统的台式仪器4。20世纪70年代，由于个人电脑技术的出现，人们开始考虑用电脑来处理传统仪器测试的数据；20世纪80年代，随着计算机技术的进一步发展，计算机主板上有了多个扩展槽，并出现了插在计算机里的数据采