基于聲卡的虛擬示波器設計

1、基于聲卡的虛擬示波器設計1引言：隨著計算機技術和虛擬儀器技術的發(fā)展，虛擬儀器逐漸成為現代儀器的發(fā)展方向，其中大部分虛擬儀器都是基于各種數據采集卡的，如NI公司的PCI6221數據采集卡，研華公司PCL1800型數據采集卡，ISA型數據采集卡AC1820。在對采樣頻率要求不高的情況下，可以利用計算機的聲卡進行數據的輸入和輸出。聲卡是一個非常優(yōu)秀的音頻信號采集系統，其數字信號處理包括模數變換器ADC（Analogue Digital Converter）和 數模變換器DAC（Digital Analogue Converter），ADC用于采集音頻信號，DAC則用于重現這些數字聲音。聲卡已成為多媒

2、體計算機的一個標準配置，因此基于聲卡的虛擬儀器具有成本低，兼容性好，通用性和靈活性強的優(yōu)點，可以不接受硬件限制，安裝在多臺計算機上。本文利用LabVIEW8.2中的數字聲音記錄節(jié)點，編程實現了基于聲卡的虛擬雙蹤數字存儲示波器，采樣速率為44.1KHz，線路輸入端口最高電壓限制為1V，對高于1V的信號采用比例運算放大電路衰減后輸入，能適合很多場合的需要。從數據采集的角度來看，聲卡是一種音頻范圍內的數據采集卡，是計算機與外部的模擬量環(huán)境聯系的重要途徑。2認識聲卡【1】聲卡的作作用聲卡的主要功能能包括錄制與與播放，編輯輯與合成處理理MIDI接接口3個部分分【2】聲卡的主主要技術參數數彩樣的位數采樣位

3、數可以理理解為聲卡處處理聲音的解解析度。這個個數值越大，解解析度就越高高，錄制和回回放的聲音就就越真實。聲聲卡的位是指指聲卡在采集集和播放聲音音文件時所使使用的數字聲聲音信號的二二進制位數，它它客觀地反映映了數字聲音音信號對輸入入聲音信號的的描述的準確確程度。采樣頻率目前，聲卡的最最高采樣率是是44.1KKHz，少數數達48KHHz。對于民民用聲卡，一一般將采樣頻頻率設為4檔檔，分別是444.1KHHz，22.05 KHz，111.0255 KHz和88 KHz。222.05 KHz只能達達到FM廣播播的音樂品質質；44.11 KHz是理理論上的CDD音質界限，448 KHz則更更好一些。對對

4、20 KHz范圍圍內的音頻信信號，最高的的采樣頻率才才48 KHz，雖雖然理論上沒沒問題，但似似乎余量不大大。使用聲卡卡比較大的局局限性在于，它它不允許用戶戶在最高采樣樣頻率之下隨隨意設定采樣樣頻率，而只只能分4檔設設定。這樣雖雖然可使制造造成本降低，但但卻不便于使使用。用戶基基本上不可能能控制整周期期采樣，只能能通過信號處處理的方法來來彌補非整周周期采樣帶來來的問題。緩沖區(qū)與一般的數據采采集卡不同，聲聲卡面臨的DD/A和A/D任務通常常都是連續(xù)狀狀態(tài)的。為了了節(jié)省CPUU資源，計算算機的CPUU并不是在每每次聲卡D/A或A/DD結束后都要要響應一次中中斷，而是采采用了緩沖區(qū)區(qū)的工作方式式。在

5、這用工工作方式下，聲聲卡的D/AA，A/D都都對某一緩沖沖區(qū)進行操作作。以輸入聲聲音的A/DD變換為例，每每次轉換完畢畢后，聲卡控控制芯片都將將數據存放在在緩沖區(qū)中，待待緩沖區(qū)滿時時，發(fā)出中斷斷給CPU，CCPU響應中中斷后一次性性將緩沖區(qū)內內的數據全部部讀走。計算算機總線的數數據傳輸速率率非常高，讀讀取緩沖區(qū)數數據所用的時時間極短，不不會影響A/D變換的連連續(xù)性。緩沖沖區(qū)的工作方方式大大降低低了CPU響響應中斷的頻頻率，節(jié)省了了系統的資源源。一般聲卡使用的的緩沖區(qū)長度度的默認指是是8KB。這這是由于對處處理器來說，在在保護模式下下，內存以88KB為單位位被分成很多多頁，對內存存的任何訪問問都

6、是按頁進進行的，CPPU保證了在在讀寫8KBB長度的內存存緩沖區(qū)時，速速度足夠快，并并且一般不會會被其他外來來事件打斷。設設置81922字節(jié)或其整整倍數大小的的緩沖區(qū)，可可以較好地保保證聲卡與CCPU的協調調工作。3LabVIIEW軟件簡簡介LabVIEWW 軟件是使使用最早最廣廣的虛擬儀器器軟件開發(fā)平平臺, 它繼承了了傳統的編程程語言中的結結構化和模塊塊化特點, 采用32 位編譯譯型圖形化編編程語言.能完成一般般的數學運算算和輸入輸出出功能, 具有專門門用于數據采采集與儀器控控制的庫函數數和開發(fā)工具具, 尤其還帶帶有專業(yè)的工工具包. LLabVIEEW 軟件包包給用戶提供供設計虛擬儀儀器的工

7、作環(huán)環(huán)境, 包括前面面板和流程圖圖, 同時還提提供豐富的直直觀的調試工工具, 集開發(fā)、調調試與運行于于一體. 這為不熟熟悉文本式語語言編程的設設計者在測控控領域建立計計算機儀器系系統提供了一一個極為便捷捷、輕松的圖圖形化設計環(huán)環(huán)境. 在國際測測控領域LaabVIEWW 普及率已已超過了399%。（1）LabVVIEW中相相關聲卡操作作函數簡介：SI Conffig節(jié)點 用于設置聲聲卡的參數和和數字聲音格格式，如緩存存區(qū)大小、采采樣速率、采采樣通道數（單單通道或雙通通道）、樣本本位數（8 bits 或16 biits）。本本文虛擬示波波器用雙通道道采集數據，緩緩存區(qū)大小為為327688bytes

8、s，樣本位數數為16biits。SI Starrt節(jié)點 驅驅動聲卡開始始采集數據SI Readd節(jié)點 從緩緩沖區(qū)讀取數數據。根據不不同的數字聲聲音格式，讀讀取相應數據據格式的數組組。SI Stopp節(jié)點 停止止采集數據SI Cleaar節(jié)點 釋釋放聲卡占用用的計算機資資源從LabVIEEW8.0起起，LabVVIEW中增增加了許多EEXPRESSS的函數，省省去了過去我我們采用循環(huán)環(huán)結構采集數數據的煩惱，其其中也有有關關聲卡采集數數據的函數，如如圖：直接雙擊它，就就可以在里面面配置各種采采集數據時的的相關參數了了，如圖：4系統設計（1）因為聲卡卡輸入的電壓壓不能超過11V，故需要要外加電路將將

9、信號將比例例縮小，故采用比例運運算電路，在在同相和反相相兩種比例運運算電路中，同同相比例運算算電路只能將將電壓信號放放大，而反相相比例運算電電路可將電壓壓信號縮小，但但反相比例運運算電路的輸輸入阻抗較小小，不符合示示波器的基本本原則，而同同相比例運算算電路又正好好具有高輸入入阻抗，故采采用兩種比例例運算電路混混合的電路，電電路圖如下：由公式可得出，輸輸入信號都縮縮小為原來的的1/10進進入了聲卡的的采集，并且且信號反相，通通過程序中的的相應模塊，可可將信號還原原，在LabbVIEW中中顯示出來。（2）程序設計計的前面板如如圖所示，相相應的程序在在附件中提供供程序框圖的截圖圖：5總結 聲卡雖能較較好地實現示示波器的功能能，但在實際際應用中，它它也存在不少少缺陷。因為為外接了相應應的運放電路路，所以在實實際的測量過過程中經過了了從信號到電電路，從電路路再到聲卡的的過程，與普普通的示波器器，或是采集集卡的示波器器相比，中間間多了一個環(huán)環(huán)節(jié)，也就意意味著受到外外界干擾的機機會也就增大大了。我們在在對上面的設設計進行實際際應用的時候候也經常出現現上一秒與下下一秒的波形形產生劇變的的情況。另外外由于聲卡自自身缺陷，對對能測量的信信號的范圍和和幅度的限制制都比較高。在在本設計中，比比例運算放大大電路作為中中間級解決了了部分波形較較小的問題。但在信號源的頻率