基于声卡的信号发生器-开题报告

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青岛大学

毕业论文(设计)开题报告

题目: 基于声卡的虚拟信号发生器设计学院：机电工程学院专业：机械工程及自动化姓名：尹启昌指导教师：李智

2011 年 3 月 14 日

一：课题背景：

随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术在数据采集、自动测试和仪器控制领域得到了广泛的应用，促进和推动测试系统和仪器控制的设计方法与实现技术发生了深刻的变化。“软件即是仪器”已成为测试与测量技术发展的重要标志。虚拟信号发生器就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的LabVIEW软件来完成各种测试、测量和自动化应用。

信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。在现代电子学的各个领域，常常需要高精度且频率可方便调节的信号发生器。频率越高、产生波形种类越多的发生器性能越好，但器件成本和技术要求也大大提高，因此在满足工作要求的前提下，性价比高的发生器是我们的首选。虚拟仪器作为新兴的测控仪器,将给用户一个充分发挥自己的才能、想象力的空间，用户可以根据自己的需求设计仪器系统，；来符合我们信号发生器的开发的要求。虚拟信号发生器是实验室和电子测量中经常用到的一种装置，主要是用来产生不同幅值和频率的信号，包括常用的正弦波、三角波、方波以及锯齿波信号等。采用虚拟技术设计信号发生器，可以降低成本，节省开发时间，在无需添加硬件的基础上就可以产生信号输出，供其它的测量仪器使用。并且还可以和其它的仪器构成一个完整的测试系统。由于是通过软件实现的，虚拟信号发生器是开放的系统，用户可以根据的需要进行改进，以满足不同场合的测试需要。

信号发生器是一种应用极为广泛的仪器，它通常用于电子电路的性能试验或参数测量．传统的信号发生器价格昂贵，操作复杂，不易开发、维护和升级．而使用基于LabVIEW图形化编程语言开发的虚拟信号发生器，具有编程简单、直观、操作方便等特点；而且，可以通过调用或修改流程图中不同的功能函数，可以得到不同的信号，如正弦波、方波、三角波等等。

二：虚拟信号发生器的发展现状：

虚拟仪器是微电子领域与计算机技术的飞速发展及测量技术与计算机深层次相结合的一种革命性的产物。目前，微电子领域和计算机技术的飞速发展，测试技术与计算机深层次的结合正引起测试仪器领域里一场新的革命，一种全新的仪器结构概念导致了新一代仪器——虚拟仪器的出现，它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器概念的一次巨大变革，是仪器产业发展的一个重要方向. 它的出现使得人类的测试技术进入了一个新的发展纪元.

从组成要素上讲，虚拟仪器系统是计算机、应用软件和仪器硬件组成。从构成方式讲，

则有以DAQ板和信号调理部分为硬件来组成的PC一DAQ测试系统，以GPIB、VXI、串行总线和现场总线等标准总线仪器为硬件方式组成的GPIB系统、VXI系统、串行总线系统、现场总线系统等。无论是哪种虚拟仪器系统，都是将硬件仪器搭建在笔记本电脑、台式计算机或工作站等各种计算机平台上，再加上应用软件而构成的。因而，虚拟仪器的发展已经与计算机技术的发展完全同步了。

在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。虚拟仪器技术的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，虚拟仪器技术给用户一个充分发挥自己的才能、想象力的空间。用户（而不是厂家）可以随心所欲地根据自己的需求，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用需求。

虚拟仪器系统概念是对传统仪器概念的重大突破，是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。它利用计算机系统的强大功能，结合相应的硬件，大大突破传统仪器在数据处理、显示、传送、处理等方面的限制，使用户可以方便地对其进行维护、扩展、升级等。

而虚拟信号发生器就是在虚拟仪器逐步取代传统仪器的这种趋势下逐步取代传统信号发生器的。

三：虚拟信号发生器的发展趋势：

自从1986年美国NI(National Instrument)公司提出虚拟仪器的概念以来，随着计算机技术和测量技术的发展，虚拟仪器技术也得到很快的发展。虚拟仪器是指：利用现有的PC机。加上特殊设计的仪器硬件和专用软件。形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器。与传统的仪器相比其特点主要有：具有更好的测量精度和可重复性：测量速度快；系统组建时间短；由用户定义仪器功能；可扩展性强；技术更新快等。虚拟仪器以软件为核心，其软件又以美国NI公司的Labview虚拟仪器软件开发平台最为常用。Labview是一种图形化的编程语言，主要用来开发数据采集，仪器控制及数据处理分析等软件，功能强大。目前，该开发软件在国际测试、测控行业比较流行，在国内的测控领域也得到广泛应用。

虚拟仪器技术正在帮助人们更容易了解并掌握测量系统。例如，以往工程师们总是使用几台单独的仪器设备分别进行各种量的测量，然后用手进行初步运算和分析，而现在，利用分析软件与一简单的测量硬件设备，他们就可以毫不费力地创建一套具有各种仪器功能的系统，且整个系统成本低廉。功能强大、现成即用的软件使整个过程自动进行。工

程师们使用个人电脑轻易就能完成整个数据采集、分析和显示的工作，同时却不影响到测量系统的性能或功能。例如，NI LabVIEW直观的流程图编程风格使得工程师们可以快速创建符合自己特定要求的应用程序，不管他以往有没有过编程经验。NI LabVIEW正是这样一个革命性的工具，它为工程师们提供的帮助就好像电子制表软件简化财务会计们繁重的工作量一样。而且，与硬件设备的紧密集成使它更简单地实现测量和控制自动化，同时能充分利用个人电脑的分析、显示和网络连接功能。随着测量和控制应用领域对系统性能和灵活性要求的不断提高，软件的设计功能也日渐重要。购置直观的工程应用开发平台并拥有其最佳性能，可以使企业大大缩短开发时间并提高每个工程师的工作效率。配备了这样强有力的武器，企业才能在剧烈的竞争中赢得最终胜利。这一方法使得工程师们可以专注于他们应用系统的开发而非花大量的时间去迎合操作系统的升级或网络的转移等变化，从而实现工程资源的有效利用。测量系统历来被称为“自动化的荒岛”，因为您必须为每个单一的应用专门设计一套独立的系统。有了虚拟仪器系统，模块化的硬件组成及开放式的工程应用软件可以帮助您简单地使一套系统同时符合各种测量应用的要求。

目前，互联网已经使数据共享进入了新的阶段，加速了虚拟仪器的新网络技术及远程计算技术的发展，而这些技术是传统独立仪器不可能实现的. 虚拟仪器技术很好地利用了互联网的功能，因此，可以将来自测量或控制设备中的数据直接发布到Web 网页上，或是用手持式的数字助理工具读取数据，甚至还可以将数据输出到手机上.使用虚拟仪器技术，可以使用互联网的强大功能远距离控制的仪器设备，或是与远在其它办公地点甚至其它国家的同事合作处理一个项目.

未来的这种连通水平将会更高，届时将赋予模块化新的定义.随着互联网和无线技术的不断发展，工程师们不仅能够重新使用模块化的组成部分，还可以更方便地在全球范围内共享知识和经验——巩固开发过程每个阶段工程师们的努力成果.商业科技的发展浪潮将会继续，同时也会将虚拟仪器技术推向新的水平.因此，性能的提高将会更容易实现，从而节省宝贵的开发及系统集成时间，同时又比传统仪器测量方案成倍降低成本.没有人能够准确地预测未来的虚拟仪器将会发展到怎样的程度，但是有一点可以肯定——PC 机与其相关的科技将会是虚拟仪器技术的核心，而有了它的帮助将会更成功.

此外图形化编程平台的进一步发展与完善也是虚拟仪器技术发展的一个重要方向。如何是用户进行少量的学习就可以使用功能强大的虚拟仪器，如何使用户简洁的构成虚拟仪器系统并完成复杂的测试内容，如何帮助用户对测试结果进行分析和判断等等，都是虚拟仪器技术的努力方向。

随着计算机、通信、微电子技术的日益完善，以及以Internet为代表的计算机网络

时代的到来和信息化要求的不断提高，传统的通信方式突破了时空限制和地域限制，大范围通信变得越来越容易，对测控系统的组建也产生了越来越大的影响。一个大的复杂测试系统的输入、输出、结果分析往往分布在不同的地理位置，仅用一台计算机并不能胜任测试任务，需要由分布在不同地理位置的若干计算机共同完成整个测试任务。集成测试越来越不能满足复杂测试任务的需要，因此，“网络化仪器”的出现成为必然。

网络技术应用到虚拟信号发生器中是虚拟仪器发展的大趋势。同传统的编程语言相比，采用LabVIEW图形化编程方式可以节省大约80%的程序开发时间，并且其运行速度几乎不受影响，其一般特征是将虚拟信号发生器、外部设备、被测点以及数据库等资源纳入网络，实现资源共享，共同完成测试任务。使用网络化虚拟信号发生器，可在任何地点、任意时刻获取测量数据。

和以PC为核心的虚拟信号发生器相比，网络化将虚拟仪器的发展产生一次革命，网络化虚拟仪器将把单台虚拟仪器实现的三大功能（数据采集、数据分析、及图形化显示）分开处理，分别使用独立的基本硬件模块实现传统仪器的三大功能，以网线相连接，实现信息资源的共享。“网络就是仪器”概念的确立，使人们明确了今后仪器仪表的研发战略，促进并加速了现代测量技术手段的发展与更新。

四：本课题任务：

本设计是基于labview设计制作一个虚拟信号发生器。该信号发生器可以产生正弦波、三角波、矩形波和锯齿波信号。

系统的功能和特点：

1：本设计是基于声卡的信号发生器。该信号发生器可以产生正弦波、三角波、矩形波、锯齿波几个简单信号。

2该信号发生器主要有以下功能模块。 (l)输出显示模块

该模块主要是显示通道A、通道B的波形。可以很方便的改变时基和幅值比例，来观察波形的变化，同时通过数组形式来显示输出波形的数据。 (2)波形选择模块

该模块主要是用来选择通道A、通道B的输出波形，这里主要有四种波形输出:三角波、方波、正弦波、锯齿波。通过波形显示来观察输出的波形并且可以随时调整输出的波形。

(3)波形调整模块

该模块主要是用来调整波形的频率和幅值，同时用来加噪控制。幅值调节范围从0-10V，频率调节范围从0-10KHz。

五：任务计划与进度：

1—2周熟悉课题，了解课题的实际意义。

3—6周查阅相关资料，学习相关软件的使用方法，完成开题报告及5000字外文翻译。 6—10周完成相关虚拟仪器的设计工作。 10—12周完成毕业设计论文的书面部分。 12—14周完善设计，准本论文答辩