基于聲卡的虛擬示波器設(shè)計實驗案例

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1、案例設(shè)計信息表1.實驗課程名稱：虛擬儀器課程實驗2.實驗案例名稱：基于聲卡的虛擬示波器設(shè)計3.實驗學(xué)時安排（課內(nèi)/課外）：4/84.學(xué)生專業(yè)、年級：電子信息類、2年級5.實驗內(nèi)容與任務(wù)（限500字）1）以普通計算機聲卡作為采集卡，以LabVIEW作為開發(fā)平臺，設(shè)計一種方便的、靈活性強的單通道虛擬示波器，該系統(tǒng)能夠正確采集聲卡設(shè)計頻率范圍內(nèi)的信號（普通聲卡具有16位量化精度，44K采樣頻率），構(gòu)建虛擬示波器前面板，通過調(diào)整其上的旋鈕或按鍵，使波形便于觀察；（基本）2）雙通道示波器設(shè)計，不僅具有通用雙綜示波器的功能，還可同時顯示、記錄、存儲雙通道輸入的波形，對存儲波形可通過“回放功

2、能”顯示在屏幕上；（提高）3）設(shè)計信號調(diào)理電路，使虛擬示波器可測量聲卡頻率范圍內(nèi)的信號，如聲音、脈搏、心電、腦電、電話等。（拓展應(yīng)用）6.實驗過程及要求（限300字）1）學(xué)習(xí)了解通用示波器基本結(jié)構(gòu)和原理，深刻理解示波器性能指標(biāo)參數(shù)，如采樣速率和分辨率等；2）學(xué)習(xí)虛擬儀器軟件編程環(huán)境LabVIEW的使用，掌握虛擬儀器設(shè)計流程；3）學(xué)習(xí)了解電腦聲卡工作原理，思考聲音是怎么轉(zhuǎn)換為電信號，又經(jīng)過那個單元由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號等知識；4）構(gòu)思虛擬示波器的結(jié)構(gòu)、組成和實現(xiàn)的功能，思考在工程實踐中怎么樣根據(jù)需要靈活構(gòu)建前面板；5）用LabVIEW進行軟件設(shè)計，包括通道控制模塊、時基控制模塊

3、、聲卡設(shè)置模塊、波形運算模塊、數(shù)據(jù)存儲與回放模塊、觸發(fā)控制模塊、參數(shù)測量模塊和濾波模塊；6）虛擬示波器信號輸入通道設(shè)計，自制一個輸入接頭：如利用廢棄的MIC接頭和聲卡輸入端口連接起來。根據(jù)聲卡參數(shù)確定虛擬示波器的分辨率、帶寬、精度等技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，注意聲卡制作虛擬儀器適用范圍：a)由于聲卡輸入端存在隔直電容，測量范圍一般受限為10HZ-22KHZ；b)最大輸入電壓1V；c)聲卡MIC輸入端具有高增益放大器，會使信號產(chǎn)生較大失真，應(yīng)選用LINEIN作為信號輸入端口；d)思考聲卡即可輸入又可輸出信號，注意輸出信號若作為信號源使用，可從LINEOUT取出，已獲得較小的失真度，若從SPE

4、AKER輸出可獲得數(shù)瓦的功率信號。7）選用信號源對照測試，把采集的波形電壓幅值、頻率和信號源對比，如誤差較大，分析原因，設(shè)計改進；8）選擇合適的傳感器以獲取聲音、脈搏、心電、腦電、電話信號，并根據(jù)傳感器類型選擇放大器類型，設(shè)計放大電路,注意放大電路的輸入阻抗和增益，實現(xiàn)虛擬示波器采集信號；9）撰寫設(shè)計總結(jié)報告，并通過分組答辯講評，相互交流不同解決方案的特點和優(yōu)點。7.相關(guān)知識及背景（限150字）本案例是虛擬儀器技術(shù)的一個具體應(yīng)用，它將軟件和虛擬儀器硬件緊密結(jié)合在一起，在計算機上實現(xiàn)了示波器的各種功能，并可進行各種擴充。虛擬示波器三大部分除了數(shù)據(jù)采集部分由硬件實現(xiàn)之外，其它兩部分

5、信號處理和結(jié)果顯示兩部分都由軟件實現(xiàn)。整個項目涉及到信號的調(diào)理、采集、處理和顯示技術(shù)，是計算機軟硬件相結(jié)合，綜合應(yīng)用的一種工程概念與方法，是一個較全面的現(xiàn)代測量綜合工程技能訓(xùn)練案例。8.教學(xué)目的（限100字）利用聲卡來實現(xiàn)虛擬示波器的設(shè)計是為了幫助學(xué)生認(rèn)識和掌握虛擬儀器這門實用的技術(shù)，消除學(xué)生對“虛擬儀器”的不解和疑惑，學(xué)生利用聲卡不僅可以完成既定題目，還可以發(fā)揮自己的創(chuàng)意，編制出趣味性強且有工程實際意義的儀器，從而使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得到提高。通過這一工程項目實現(xiàn)過程中引導(dǎo)學(xué)生了解掌握現(xiàn)代測量方法和工程實踐中需要注意的一些問題；引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)需要設(shè)計電路，構(gòu)建測試環(huán)境，并通過測試

6、與分析對項目作出技術(shù)評價。9.實驗教學(xué)與指導(dǎo)本實驗的過程是一個比較完整的工程實踐工程，需要經(jīng)歷計算機軟硬件學(xué)習(xí)研究、系統(tǒng)方案論證、軟硬件設(shè)計、實現(xiàn)調(diào)試、標(biāo)準(zhǔn)信號源測試完善、設(shè)計總結(jié)提高等過程。在實驗教學(xué)中，應(yīng)在以下幾個方面加強對學(xué)生的引導(dǎo)：1）學(xué)習(xí)編程環(huán)境LabVIEW的基本編程方法，了解圖形化編程環(huán)境，掌握虛擬儀器創(chuàng)建過程等知識。2）學(xué)習(xí)了解聲卡的知識，包括聲卡的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、主要技術(shù)參數(shù)。尤其要了解采樣位數(shù)、采樣頻率等參數(shù)，因為這些參數(shù)決定了虛擬示波器的性能指標(biāo)。另外特別要注意聲卡不提供基準(zhǔn)電壓，因此無論是A/D還是D/A在使用時，都需要自己參照基準(zhǔn)電壓進行標(biāo)定。3）

7、信號調(diào)理電路設(shè)計，由于聲卡適用電壓范圍有限，過大或微弱的信號都要進行調(diào)理才能輸入，那么信號的衰減和放大電路要專門設(shè)計，以擴大儀器測量范圍。4）在示波器設(shè)計調(diào)試完成后，必須要用標(biāo)準(zhǔn)信號源進行實際測定，標(biāo)定所完成的技術(shù)指標(biāo)誤差；并盡可能的改進設(shè)計，減小誤差。5）在實驗完成后，組織學(xué)生答辯、評講，并進行項目交流，使學(xué)生相互了解各自項目的特點和創(chuàng)新點，拓寬思路。6）項目設(shè)計中，要注意規(guī)范學(xué)生設(shè)計流程；如軟件各模塊構(gòu)成，模塊間的接口方式要求；在調(diào)試中，要注意系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性與可靠性；在調(diào)試分析中，要重