基于LabVIEW和聲卡的虛擬儀器設計方案

　　3.3.2 數據采集模塊

　　數據采集模塊利用聲卡數據采集函數完成聲卡采集時(shí)一些必要參數的設置，如聲卡采樣模式、采樣數、設備ID等，并將聲卡采集到的信號(已由模擬信號轉換為數字信號)傳送給波形顯示模塊。其工作流程如下：

　　1)使用配置聲音輸入函數確定聲卡的參數和數字聲音格式，如緩沖區大小、采樣速率、采樣模式(固定點(diǎn)數采樣或連續采樣)、采樣通道數、樣本位數(16 bit或8 bit)，本設計的虛擬示波器采用雙通道連續采樣，采樣頻率為44100，樣本位數為16，每通道采樣數可以在前面板上設置。

　　2)使用讀取聲音輸入函數從緩沖區中讀取采樣數據，從采集到的波形數組中選擇一個(gè)波形送到波形顯示模塊，使用while循環(huán)使采樣連續進(jìn)行。

　　3)使用聲音輸入清零函數停止數據采集，清空緩存，從任務(wù)返回至默認的未配置的狀態(tài)，并清空與任務(wù)相關(guān)的資源，使任務(wù)變?yōu)闊o(wú)效。

　　3.3.3 波形顯示和頻譜分析模塊

　　信號從數據采集模塊輸出后乘以標定比率，然后分成兩路，一路直接進(jìn)入波形圖控件在前面板顯示信號的時(shí)域波形，另一路進(jìn)行FFT分析后再輸入波形圖控件在前面板顯示信號的頻譜圖。

　　3.3.4 XY軸設置模塊

　　波形顯示模塊負責顯示波形，并且可以通過(guò)旋鈕來(lái)控制X軸和Y軸量程和偏移，同時(shí)根據通道的選擇(通道A或者通道B)顯示相應的波形。

　　X軸控制是時(shí)間軸調節。“X軸精度”調節每刻度顯示的時(shí)間長(cháng)度。在該控件中設置6個(gè)檔位，檔位越小顯示的越精確。“X軸精度”中0.5ms/div檔表示時(shí)間軸是從0～0.003 s，增量為0.5 ms，起始時(shí)刻為0。由于屏幕大小限制，還需要“X軸偏移”來(lái)調節屏幕標尺來(lái)顯示其他部分的波形，在該控件中設置了14個(gè)檔位，檔位每增加一位屏幕顯示向右移動(dòng)一格。

　　Y軸控制是幅度調節。“Volts/Div”調節每刻度顯示的電壓值，在該控件中設置5個(gè)檔位，檔位越高每格顯示的電壓越大精確度越低。“Y軸偏移”控制信號在Y軸方向上下移動(dòng)，該控件與信號相加可以使信號整體向上或者向下移動(dòng)。設標定比率為N，則Y軸偏移的范圍為-N～+N。

　　3.3.5 觸發(fā)控制模塊

　　示波器的觸發(fā)功能可以穩定重復的波形，捕獲單次波形，這對清楚地檢定信號至關(guān)重要。虛擬示波器觸發(fā)控制模塊通過(guò)子VI來(lái)實(shí)現，如圖7所示。的輸入端有波形數據輸入(通道A、通道B)、觸發(fā)極性(Slope)輸入(上升沿、下降沿)、觸發(fā)電平(Ievel)輸入、觸發(fā)源(Source)輸入(內觸發(fā)、外觸發(fā))。

　　程序運行后，首先判斷用戶(hù)觸發(fā)源的選擇，當觸發(fā)源選擇“外觸發(fā)”時(shí)，直接將輸出的波形數據輸出;當觸發(fā)源選擇“內觸發(fā)”時(shí)，執行邊沿子VI。

　　邊沿子VI由一個(gè)波形數組索引實(shí)現，該子程序實(shí)現選擇觸發(fā)源、根據觸發(fā)電平的大小和觸發(fā)極性進(jìn)行觸發(fā)的功能。其原理如圖8所示，首先判斷用戶(hù)設置的觸發(fā)電平大小是否在波峰和波谷范圍內，在此范圍內則進(jìn)行觸發(fā)。對輸入電壓信號的第i點(diǎn)和i+1點(diǎn)的值進(jìn)行比較，正極性觸發(fā)時(shí)，若第i點(diǎn)的值等于或小于觸發(fā)電平，同時(shí)第i+1點(diǎn)的值大于觸發(fā)電平，則第i點(diǎn)為觸發(fā)點(diǎn)，將此值送入觸發(fā)子VI數組子集函數的“ind ex”端口，每次采集數據后，都從觸發(fā)點(diǎn)開(kāi)始提取子數組，送入前面板，實(shí)現波形的同步顯示。負極性觸發(fā)時(shí)與之相反。

　　3.3.6 圖像暫停與截圖模塊

　　圖像暫停模塊通過(guò)條件結構來(lái)選擇相應的程序，當前面板的開(kāi)關(guān)撥到“工作”時(shí)，執行“真”條件分支，前面板正常顯示波形，當開(kāi)關(guān)撥到“暫停”，執行“假”條件分支，數據不再輸入給波形圖控件，前面板顯示的波形靜止。

　　截圖保存模塊通過(guò)波形圖的屬性節點(diǎn)Get Image來(lái)實(shí)現，可以將當前顯示的波形截圖并保存為bmp格式圖片。需要截圖時(shí)先用暫停功能將波形靜止，再保存截圖。

　　4 結論

　　文中基于聲卡和LabVIEW圖形化編程軟件開(kāi)發(fā)了虛擬信號發(fā)生器和虛擬示波器，特別適合于實(shí)驗室環(huán)境下低頻信號的產(chǎn)生與分析。所設計的虛擬信號發(fā)生器和示波器具備傳統儀器的功能，相比于傳統儀器，具有成本低廉、靈活性好、擴展性強等優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際應用中，它也存在一些缺陷，例如聲卡對輸入信號的電壓要求不能超過(guò)1 V，即有幅度限制;根據奈奎斯特采樣定理，當采樣頻率為44 kHz時(shí)，理論上能測量的信號最高頻率為22 kHz，但實(shí)際上所能準確測量的信號頻率達不到該理論值，即頻率限制。后續工作中需要設計外圍的放大和衰減電路以增大可測信號的動(dòng)態(tài)范圍，并對儀器的功能進(jìn)行完善。