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1、 摘要毕业设计（论文） 基于声卡的虚拟仪器设计学 院 年级专业 电子信息工程学生姓名 指导教师 专业负责人 答辩日期 2007年6月24日 毕业设计任务书学院：信息科学与工程学院 系级教学单位：电子与通信工程系学号学生姓名专 业班 级电子信息工程一班题目题目名称基于声卡的虚拟仪器设计题目类型工程设计题目性质实际题目来源实际主要内容利用声卡的Windows底层函数实现数据采集，对数据进行处理实现数字电压表、示波器、频谱仪、相位差计、频率计等虚拟仪器的功能。基本要求1.用C+Builder或Matlab实现操作届面。2.用声卡底层API函数进行数据采集3.软件具有一定的通用性，具有较高的可读性和可
2、移植性，结构清晰。参考资料1.丁玉美，高西全。数字信号处理。西安:西安电子科技大学出版社2.李海涛 邓樱。MATLAB6.1基础及应用技巧。北京：国防工业出版社3.蒋焕文 孙续。电子测量（第二版）。北京：中国计量出版社4.中国期刊全文数据库及google, researchindex等网络资源上的相关文献周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容查阅资料算法设计软件编程软件调试算法优化结果分析撰写论文指导教师：练秋生职称：副教授 年 月 日系级教学单位审批： 年 月 日摘 要现代科技发展日新月异，计算机尤其如此。计算机强大的处理能力，使得它成为一种很好的工具，其应用范围也越来越
3、广泛。虽然传统仪器已经得到迅猛的发展，仪器精度越来越高，功能越来越强，性能越来越好，但传统仪器基本上没有摆脱单独使用、手动操作的模式。 声卡A/D转换性能优越，技术成熟，配合MATLAB强大的数据采集与处理功能，可以构建性价比相当高的数据采集系统。本文运用普通的计算机声卡代替商用数据采集卡，设计了一种双通道数字存储虚拟仪器。它具有16位的量化精度，最高采样频率为44KHz。该系统能够正确采集声卡设计频率范围内的信号。虚拟示波器是虚拟仪器技术的一种具体应用，它将软件和虚拟仪器硬件紧密结合在一起。虚拟示波器系统由信号采集、信号处理和结果显示三大部分构成，但是除了信号采集部分是由硬件实现外，其它两部
4、分都是由软件实现。我们所设计的虚拟示波器总体上包括数据采集、对数据进行处理实现数字电压表、频谱仪、相位差计、频率计等虚拟仪器的功能它除了通用功能外，又具有普通示波器所没有的许多优点，如波形可以存储为数据文件，以便进行永久保存、随时调用数据，进行波形实时显示。因而用声卡构建低成本的数据采集系统是切实可行的。关键词虚拟仪器；虚拟示波器；声卡67AbstractModern science and technology development changes with each new day, computer especially so. Powerful computer processing
5、 capacity has made it an excellent tool and its application has become increasingly widespread.While traditional equipment has got rapid development, the instrument accuracy is more and more high, the function is more and more strong, and the performance is more and more good, but the traditional in
6、strument basically has not gotten rid of exclusive use and manual-operated pattern. Sound card A/D transformation performance is superior, and the technology is mature. It may construct the quite high cost performance data acquisition system. This article designs a kind of dual-channel virtual digit
7、al-storage instrument. It has 16 quantification precisions, the highest sampling frequency is 44KHz.This system can correctly gather the signal in the sound card design frequency range .Virtual oscillograph is the real application of virtual instrument technology. It integrates hardware with softwar
8、e together tightly . Virtual oscillograph system comprises signal acquisition, signal processing and output display. Except signal acquisition is completed by hardware, the others are realized by software. Virtual oscillograph we designed consists of data acquisition，the data processing and realizin
9、g digital voltage meter， spectrum analyzer，phase meter，frequency meter，and other virtual machines function. It has some merits which common oscillograph doesnt have, such as saving waveform as permanence data, using data at any moment, real-time display. Thus constructing the low cost data acquisiti
10、on system with the sound card is practical and feasible.Keywords Virtual instrument Virtual oscillograph Sound card 目 录摘 要IIIAbstractIV第1章绪论11.1课题背景11.2虚拟仪器概述11.2.1虚拟仪器的产生21.2.2虚拟仪器的概念31.2.3虚拟仪器的构成31.2.4虚拟仪器的优点41.3虚拟仪器的发展51.3.1国外虚拟仪器的发展及其现状51.3.2国内虚拟仪器的发展及其现状51.3.3虚拟仪器未来发展趋势61.4本课题研究意义71.5本课题的主要工作7第
11、2章虚拟仪器设计方案92.1虚拟仪器工作原理及系统构成分析92.1.1虚拟仪器的应用92.1.2虚拟仪器工作原理92.2软件及硬件的选择102.2.1虚拟仪器的功能体系102.2.2硬件的选择102.2.3软件的选择132.3软件设计方案152.3.1MATLAB简介152.3.2软件设计162.3.3仪器功能172.4本章小结17第3章声卡原理及其接口函数193.1声卡原理193.1.1声卡两大基本功能简介193.1.2声卡的工作过程193.2声卡的技术参数及接口函数213.2.1声卡的技术参数213.2.2声卡主要函数操作223.3本章小结23第4章虚拟仪器的模块化设计254.1声卡设置模
12、块254.2时域显示模块274.3频域显示模块274.4相位测量模块294.5频率测量模块314.6本章小结31结 论33参考文献35附录1开题报告37附录2文献综述43附录3英文翻译47致谢65第章绪论第1章绪论1.1课题背景现代科技发展日新月异，计算机尤其如此。计算机强大的处理能力，使得它成为一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。虽然传统仪器已经得到迅猛的发展，仪器精度越来越高，功能越来越强，性能越来越好，但传统仪器基本上没有摆脱单独使用手动操作的模式。在工业自动化测试及测量领域，传统的方法有许多重复建设，使用起来很不方便，其局限性非常明显，显然己经不能适应时代发展的需要了。传统台式仪器
13、是由厂家设计并定义好功能的一个封闭结构，它有固定的输人/输出接口和仪器操作面板。每种仪器只能实现一类特定的测量功能，并以确定的方式提供给用户。常用的数字示波器、数字万用表、信号发生器、数据记录仪以及温度和压力监控器就是传统仪器的代表。一方面，目前我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求高，生产突破有困难。另一方面，用户可以将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器的设计，提供传统台式仪器所不具备的功能，而且完全可以通过软件配置实现多功能集成的仪器设计。因此，目前研制一种结构简单、操作方便、生产技术要求不高、费用低的数字示波器是非
14、常必要的。如何利用先进的计算机技术提高效率则成为测量领域迫切需要解决的问题。1.2虚拟仪器概述图1-1常见的虚拟仪器组建方案虚拟仪器(virtual instrument)是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装人计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，如图1-1所示。虚拟仪器的主要特点有：(1)尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。(2)可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功强的仪器。(3)用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW，以及MATLAB，C+builder等语言。其中MA
