《基于声卡的数据采集及虚拟仪器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于声卡的数据采集及虚拟仪器设计（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、燕山大学 毕业设计（论文） 基于声卡的数据采集及虚拟仪器设计学 院 信息工程学院 年级专业 通信工程 学生姓名 11 指导教师 练秋生 专业负责人 答辩日期 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院： 系级教学单位： 学号011学生姓名11专 业班 级通信1班课题题 目基于声卡的数据采集和虚拟仪器设计来 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实现操作届面。2. 用Windows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移植性，结构清晰
2、。参考资料基于CBuilder的声卡数据实时采集的实现虚拟仪器的原理与应用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：练秋生系级教单位审批：说明：如计算机输入，表题黑体小三号字，内容五号字。本任务书一式二份，教师、学生各执一份。摘 要随着科学技术的进步，对测量技术的要求越来越高。电子测量技术在各个领域得到了越来越广泛的应用。传统的电子测量仪器由于其功能单一，体积庞大，己经很难满足实际测量工作中多样性、多功能的需要。以虚拟仪器为代表的
3、新型测量仪器改变了传统仪器的思想，它们充分利用计算机强大的软硬件功能，把计算机技术和测量技术紧密结合起来，是融合了电子测量、计算机和网络技术的新型测量技术。本设计是在在C+Builder环境下，利用Windows API函数实现了声卡数据的实时采集、显示、保存介绍了基本的声卡操作API函数，数据实时显示和保存的方法。其中信号数据采集是由声卡实现，其它两部分都是由软件实现。所设计的基于声卡的虚拟仪器总体上要实现的功能包括数据采集、频谱显示，电压测量，频率计，相位差。关键词 声卡； 实时； 数据采集； C+BuilderAbstractWith the development of science
4、 and technology, the requirement on measurement technology is getting more and more important. The application of electronic measurement technology has extended to more fields than before. Due to limited functions and big size, traditional electronic measuring equipments are no longer suitable to co
5、mmon purposes. The rapid development of integrated circuit and computer technology gives birth to a new kind of instrument, Virtual Instrument (VI). As a result, the testing cost increases by a wide margin. In recently years, a new measure technology that combines the technology of electron, technol
6、ogy of computer, technology of network, is developed and this new technology is named VI.To sample，display and save data from sound card in realtime is realized by Windows API functionsunder C+ + Builder developing environmentThe basic sound card operation API functions and the methods of realtime d
7、ata display and storage are introducedThe signal acquisition is completed by Sound Card, the other are realized all by software. The virtual instrument I designed consist data acquisition, frequency spectrum , voltage measurement, cymometer , phase difference.Keywordssound card realtime data acquisi
8、tion C+ + Builder目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 虚拟仪器的基本概念11.3 虚拟仪器的发展趋势21.4 课题的意义31.5 课题研究的内容及其论文组织结构4第2章 声卡的工作原理及软件操作52.1 声卡的硬件工作原理52.2 软件设计72.2.1 低层音频函数82.2.2 软件实现82.2.3 打开波形输入设备82.2.4 输入缓冲区的分配和管理102.2.5 在C+Builder中采样数据的实时显示122.2.6 采样数据的实时保存142.3 本章小结16第3章 示波器的功能算法实现173.1 频谱仪算法实现173.2 电压算法19
9、3.3 频率计数器算法193.4 测周算法203.5 相位差及有效值算法原理203.6 本章小节22第4章 虚拟仪器的图形设计及算法实现234.1 功能强大的画布（TCanvas）234.2 TColor234.3 TCanvas的属性234.4 TCanvas方法的使用244.4.1 TCanvas的画线方法244.4.2 文本输出方法254.4.3 图形拷贝方法254.5 虚拟仪器图形显示254.6 常见误差分析274.7 本章小节28结 论29参考文献31附录133附录237附录341附录455致谢62第1章 绪论1.1 课题背景在对大规模、自动化、智能化电子测控系统的需求越发紧迫的形势
10、下，计算机技术、仪器技术和通信技术的综合开创了仪器仪表新的里程碑虚拟仪器技术虚拟仪器技术的优势就在于可由用户自己定义专用的仪器系统，且功能灵活，构建容易，所以应用面极为广泛、尤其在军事、科研、开发测量、检测、计量、测控领域更是不可多得的工具。 随着科学技术快速发展，新技术，新产品不断涌现，人们对仪器的功能、灵活性的要求越来越高。同时，越来越多的厂商看中虚拟仪器技术领域这一巨大的潜在市场，加入到虚拟仪器技术软硬件产品开发的行列。计算机的快速发展使其使用越来越容易，虚拟仪器技术在更广泛的领域得到应用、普及1。1.2 虚拟仪器的基本概念1982年出现了一种与PC配合使用的模块仪器，自动测试系统机构也
11、从传统的机架层叠式结构发展成为模块式结构。与传统仪器不同的是，模块式仪器本身不带仪器面板，因此必须借助于PC强大的图形化的“虚拟的”仪器面板，完成对仪器的控制、数据的分析与显示。这种与PC结合构成的、包含实际仪器使用与操作信息软件的仪器，被成为“虚拟仪器”。与虚拟仪器相比，虚拟仪器具有以下几个特点：(1)虚拟仪器的硬、软件具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。为提高测试系统的性能，可以方便地加入一个通用仪器模块或更换一个仪器模块，而不用购买一个完全新的系统，有利于测试系统的扩展。(2)可由用户定义虚拟仪器功能。由于仪器的功能可在用户级上产生，故它不再完全由仪器厂家来确定，用户可以根据自
12、己的需要，通过增加或修改软件，为虚拟仪器加入新的测量功能而不用购买一台新的仪器。(3)测量输入信号特征（如电压、频率、上升时间等）只需要一个量化的数据模块，要测量的信号特征能被数据处理器计算出来，这种将多种测试集于一体的方法缩短了测试时间，从而提高测试速度。(4)嵌入式数据处理器的出现允许建立一些功能的数学模型如快速傅立叶变换（FFT）和数字滤波器等，使测试数据不会随时间发生变换，因此可保证测量精度和重复性，不需要定期进行校准。由于虚拟仪器测量值不会受电缆长度、阻抗和修正因子差异等因素的影响，从而进一步提高了测量精度和可重复性。随着软件在仪器系统中的权重越来越大，虚拟仪器的概念也将进一步得到扩
13、充。所谓虚拟仪器，就是在通用计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作和使用计算机的同时就是在使用一台专门的电子仪器。虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的通行界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。1.3 虚拟仪器的发展趋势仪器技术、计算机通信技术与网络技术是信息技术最重要的组成部分，它们被称为21世纪科学技术中的三大核心技术。虚拟技术蕴含的巨大潜力，使发达国家趋之若鹜，在这一领域的科研上投入巨资，希望有朝一日能在它的带动下率先进入信息时代。20世纪80年代首先在美国兴起和发展起来的虚拟仪器无疑是虚拟技术领域中的重要组成部分，它已成为发达国家研究开发的热点技术之一。虚拟仪器
14、的一大特点便是具有集成性。如果将多种测试仪器的测试、虚拟式仪器库功能的形成过程（在传统仪器中由机内的各电子卡决定）软件化，用一个个文件来表示一台台仪器功能，这样便将多种仪器的测试分析功能集成于计算机内，这称为“测试集成”。同样，如果将仪器的面板控件也软件化后集成于机内，并使这些仪器的功能软件和控件软件在机内的“框架协议”软件平台上进行软件装配，软调试，最后便形成一个多品种的虚拟仪器库。这时用户便可以从仪器库中调用自己需要的仪器或由若干仪器组成一个多品种的虚拟仪器库。这时用户便可从仪器库中调用自己需要的仪器或由若干仪器组成的实验研究所需要的虚拟仪器系统。构造虚拟仪器的系统结构在“集成”的基础上，通过软件设计可构造虚拟仪器的功能模块和控件模块。虚拟仪器技术进过10余年的发展，正沿着总线与驱动程序的标准化、硬/软件的模块化和编程平台的图形化和硬件模块的即插即用化等方向发展。目前虚拟技术已发展成具有GPIB、PC-DAQ 、VXI和 PXI四种标准体系的结构开发的技术。1998年NI公司又发布了虚拟硬件和可互换虚拟仪器的概念，其产品已经面市，IVI基金会也在1998年于美国成立，并颁布了相应的IVI技术规范。基于VXI
