基于聲卡的信號發(fā)生器-開題報告

1、<p>　　畢業(yè)論文(設計)開題報告</p><p>　　題 目: 基于聲卡的虛擬信號發(fā)生器設計 </p><p>　　學 院： 機電工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 機械工程及自動化 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2011 年 3 月 14 日</p><p><b>　　一：課題背景：</b></p><p>　　隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，虛擬儀器技術在數(shù)據(jù)采集、自動測試和儀器控制領域得到了廣泛的應用，促進和推動測試

3、系統(tǒng)和儀器控制的設計方法與實現(xiàn)技術發(fā)生了深刻的變化?！败浖词莾x器”已成為測試與測量技術發(fā)展的重要標志。虛擬信號發(fā)生器就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的LabVIEW軟件來完成各種測試、測量和自動化應用。</p><p>　　信號發(fā)生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途。在現(xiàn)代電子學的各個領域，常常需要高精度且頻率可方便調節(jié)的信號發(fā)生器。頻率越高、產(chǎn)生波形種類越多的發(fā)生器性能越好，但器件成本和技術要

4、求也大大提高，因此在滿足工作要求的前提下，性價比高的發(fā)生器是我們的首選。虛擬儀器作為新興的測控儀器,將給用戶一個充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間，用戶可以根據(jù)自己的需求設計儀器系統(tǒng)，；來符合我們信號發(fā)生器的開發(fā)的要求。虛擬信號發(fā)生器是實驗室和電子測量中經(jīng)常用到的一種裝置，主要是用來產(chǎn)生不同幅值和頻率的信號，包括常用的正弦波、三角波、方波以及鋸齒波信號等。采用虛擬技術設計信號發(fā)生器，可以降低成本，節(jié)省開發(fā)時間，在無需添加硬件的基礎上就可以

5、產(chǎn)生信號輸出，供其它的測量儀器使用。并且還可以和其它的儀器構成一個完整的測試系統(tǒng)。由于是通過軟件實現(xiàn)的，虛擬信號發(fā)生器是開放的系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)的需要進行改進，以滿足不同場合的測試需要。</p><p>　　信號發(fā)生器是一種應用極為廣泛的儀器，它通常用于電子電路的性能試驗或參數(shù)測量．傳統(tǒng)的信號發(fā)生器價格昂貴，操作復雜，不易開發(fā)、維護和升級．而使用基于LabVIEW圖形化編程語言開發(fā)的虛擬信號發(fā)生器，具有編程簡單、

6、直觀、操作方便等特點；而且，可以通過調用或修改流程圖中不同的功能函數(shù)，可以得到不同的信號，如正弦波、方波、三角波等等。</p><p>　　二：虛擬信號發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀：</p><p>　　虛擬儀器是微電子領域與計算機技術的飛速發(fā)展及測量技術與計算機深層次相結合的一種革命性的產(chǎn)物。目前，微電子領域和計算機技術的飛速發(fā)展，測試技術與計算機深層次的結合正引起測試儀器領域里一場新的革命，一種全

7、新的儀器結構概念導致了新一代儀器——虛擬儀器的出現(xiàn)，它是現(xiàn)代計算機技術、通信技術和測量技術相結合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器概念的一次巨大變革，是儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要方向. 它的出現(xiàn)使得人類的測試技術進入了一個新的發(fā)展紀元.</p><p>　　從組成要素上講，虛擬儀器系統(tǒng)是計算機、應用軟件和儀器硬件組成。從構成方式講，則有以DAQ板和信號調理部分為硬件來組成的PC一DAQ測試系統(tǒng)，以GPIB、VXI、串行總線和現(xiàn)場總

8、線等標準總線儀器為硬件方式組成的GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)、串行總線系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)等。無論是哪種虛擬儀器系統(tǒng)，都是將硬件儀器搭建在筆記本電腦、臺式計算機或工作站等各種計算機平臺上，再加上應用軟件而構成的。因而，虛擬儀器的發(fā)展已經(jīng)與計算機技術的發(fā)展完全同步了。</p><p>　　在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關鍵，任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、

9、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器技術的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式，虛擬儀器技術給用戶一個充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間。用戶（而不是廠家）可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應用需求。</p><p>　　虛擬儀器系統(tǒng)概念是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是計算機系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)技術相結合的產(chǎn)物。它利用計算機系統(tǒng)的強大功能，結合相應的

10、硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、處理等方面的限制，使用戶可以方便地對其進行維護、擴展、升級等。</p><p>　　而虛擬信號發(fā)生器就是在虛擬儀器逐步取代傳統(tǒng)儀器的這種趨勢下逐步取代傳統(tǒng)信號發(fā)生器的。</p><p>　　三：虛擬信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢：</p><p>　　自從1986年美國NI(National Instrument)公司提出虛擬儀器

11、的概念以來，隨著計算機技術和測量技術的發(fā)展，虛擬儀器技術也得到很快的發(fā)展。虛擬儀器是指：利用現(xiàn)有的PC機。加上特殊設計的儀器硬件和專用軟件。形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器。與傳統(tǒng)的儀器相比其特點主要有：具有更好的測量精度和可重復性：測量速度快；系統(tǒng)組建時間短；由用戶定義儀器功能；可擴展性強；技術更新快等。虛擬儀器以軟件為核心，其軟件又以美國NI公司的Labview虛擬儀器軟件開發(fā)平臺最為常用。Labv

12、iew是一種圖形化的編程語言，主要用來開發(fā)數(shù)據(jù)采集，儀器控制及數(shù)據(jù)處理分析等軟件，功能強大。目前，該開發(fā)軟件在國際測試、測控行業(yè)比較流行，在國內的測控領域也得到廣泛應用。</p><p>　　虛擬儀器技術正在幫助人們更容易了解并掌握測量系統(tǒng)。例如，以往工程師們總是使用幾臺單獨的儀器設備分別進行各種量的測量，然后用手進行初步運算和分析，而現(xiàn)在，利用分析軟件與一簡單的測量硬件設備，他們就可以毫不費力地創(chuàng)建一套具有各種

13、儀器功能的系統(tǒng)，且整個系統(tǒng)成本低廉。 功能強大、現(xiàn)成即用的軟件使整個過程自動進行。工程師們使用個人電腦輕易就能完成整個數(shù)據(jù)采集、分析和顯示的工作，同時卻不影響到測量系統(tǒng)的性能或功能。例如，NI LabVIEW直觀的流程圖編程風格使得工程師們可以快速創(chuàng)建符合自己特定要求的應用程序，不管他以往有沒有過編程經(jīng)驗。NI LabVIEW正是這樣一個革命性的工具，它為工程師們提供的幫助就好像電子制表軟件簡化財務會計們繁重的工作量一樣。而且，與硬件設

14、備的緊密集成使它更簡單地實現(xiàn)測量和控制自動化，同時能充分利用個人電腦的分析、顯示和網(wǎng)絡連接功能。 隨著測量和控制應用領域對系統(tǒng)性能和靈活性要求的不斷提高，軟件的設計功能也日漸重要。購置直觀的工程應用開發(fā)平臺并擁有其最佳性能，可以使企業(yè)大大縮短開發(fā)時間并提高每個工程師的工作效率。配備了這樣強有力的武器，企業(yè)才能在劇烈的競爭中贏得最終勝利</p><p>　　目前，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)使數(shù)據(jù)共享進入了新的階段，加速了虛擬儀器的

15、新網(wǎng)絡技術及遠程計算技術的發(fā)展，而這些技術是傳統(tǒng)獨立儀器不可能實現(xiàn)的. 虛擬儀器技術很好地利用了互聯(lián)網(wǎng)的功能，因此，可以將來自測量或控制設備中的數(shù)據(jù)直接發(fā)布到Web 網(wǎng)頁上，或是用手持式的數(shù)字助理工具讀取數(shù)據(jù)，甚至還可以將數(shù)據(jù)輸出到手機上.使用虛擬儀器技術，可以使用互聯(lián)網(wǎng)的強大功能遠距離控制的儀器設備，或是與遠在其它辦公地點甚至其它國家的同事合作處理一個項目. </p><p>　　未來的這種連通水平將會更高，屆

16、時將賦予模塊化新的定義.隨著互聯(lián)網(wǎng)和無線技術 </p><p>　　的不斷發(fā)展，工程師們不僅能夠重新使用模塊化的組成部分，還可以更方便地在全球范圍 </p><p>　　內共享知識和經(jīng)驗——鞏固開發(fā)過程每個階段工程師們的努力成果.商業(yè)科技的發(fā)展浪潮將會繼續(xù)，同時也會將虛擬儀器技術推向新的水平.因此，性能的提高將會更容易實現(xiàn)，從而節(jié)省寶貴的開發(fā)及系統(tǒng)集成時間，同時又比傳統(tǒng)儀器測量方案成倍降低

17、成本.沒有人能夠準確地預測未來的虛擬儀器將會發(fā)展到怎樣的程度，但是有一點可以肯定——PC 機與其相關的科技將會是虛擬儀器技術的核心，而有了它的幫助將會更成功.</p><p>　　此外圖形化編程平臺的進一步發(fā)展與完善也是虛擬儀器技術發(fā)展的一個重要方向。如何是用戶進行少量的學習就可以使用功能強大的虛擬儀器，如何使用戶簡潔的構成虛擬儀器系統(tǒng)并完成復雜的測試內容，如何幫助用戶對測試結果進行分析和判斷等等，都是虛擬儀器技

18、術的努力方向。</p><p>　　隨著計算機、通信、微電子技術的日益完善，以及以Internet為代表的計算機網(wǎng)絡時代的到來和信息化要求的不斷提高，傳統(tǒng)的通信方式突破了時空限制和地域限制，大范圍通信變得越來越容易，對測控系統(tǒng)的組建也產(chǎn)生了越來越大的影響。一個大的復雜測試系統(tǒng)的輸入、輸出、結果分析往往分布在不同的地理位置，僅用一臺計算機并不能勝任測試任務，需要由分布在不同地理位置的若干計算機共同完成整個測試任務。

19、集成測試越來越不能滿足復雜測試任務的需要，因此，“網(wǎng)絡化儀器”的出現(xiàn)成為必然。</p><p>　　網(wǎng)絡技術應用到虛擬信號發(fā)生器中是虛擬儀器發(fā)展的大趨勢。同傳統(tǒng)的編程語言相比，采用LabVIEW圖形化編程方式可以節(jié)省大約80%的程序開發(fā)時間，并且其運行速度幾乎不受影響，其一般特征是將虛擬信號發(fā)生器、外部設備、被測點以及數(shù)據(jù)庫等資源納入網(wǎng)絡，實現(xiàn)資源共享，共同完成測試任務。使用網(wǎng)絡化虛擬信號發(fā)生器，可在任何地點、任

20、意時刻獲取測量數(shù)據(jù)。</p><p>　　和以PC為核心的虛擬信號發(fā)生器相比，網(wǎng)絡化將虛擬儀器的發(fā)展產(chǎn)生一次革命，網(wǎng)絡化虛擬儀器將把單臺虛擬儀器實現(xiàn)的三大功能（數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、及圖形化顯示）分開處理，分別使用獨立的基本硬件模塊實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的三大功能，以網(wǎng)線相連接，實現(xiàn)信息資源的共享。“網(wǎng)絡就是儀器”概念的確立，使人們明確了今后儀器儀表的研發(fā)戰(zhàn)略，促進并加速了現(xiàn)代測量技術手段的發(fā)展與更新。</p>

21、<p><b>　　四：本課題任務：</b></p><p>　　本設計是基于labview設計制作一個虛擬信號發(fā)生器。該信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、三角波、矩形波和鋸齒波信號。</p><p><b>　　系統(tǒng)的功能和特點：</b></p><p>　　1：本設計是基于聲卡的信號發(fā)生器。該信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦

22、波、三角波、矩形波、鋸齒波幾個簡單信號。</p><p>　　2該信號發(fā)生器主要有以下功能模塊。</p><p><b>　　(l)輸出顯示模塊</b></p><p>　　該模塊主要是顯示通道A、通道B的波形?？梢院芊奖愕母淖儠r基和幅值</p><p>　　比例，來觀察波形的變化，同時通過數(shù)組形式來顯示輸出波形的數(shù)據(jù)。

23、</p><p><b>　　(2)波形選擇模塊</b></p><p>　　該模塊主要是用來選擇通道A、通道B的輸出波形，這里主要有四種波形</p><p>　　輸出:三角波、方波、正弦波、鋸齒波。通過波形顯示來觀察輸出的波形并且可</p><p>　　以隨時調整輸出的波形。</p><p>&

24、lt;b>　　(3)波形調整模塊</b></p><p>　　該模塊主要是用來調整波形的頻率和幅值，同時用來加噪控制。幅值調節(jié)</p><p>　　范圍從0-10V，頻率調節(jié)范圍從0-10KHz。</p><p>　　五：任務計劃與進度：</p><p>　　1—2周熟悉課題，了解課題的實際意義。</p>&l

25、t;p>　　3—6周查閱相關資料，學習相關軟件的使用方法，完成開題報告及5000字外文翻譯。</p><p>　　6—10周完成相關虛擬儀器的設計工作。</p><p>　　10—12周完成畢業(yè)設計論文的書面部分。</p><p>　　12—14周完善設計，準本論文答辯</p><p><b>　　六：參考文獻：</b&

26、gt;</p><p>　　1：侯國屏、王坤、葉齊鑫 labview7.1編程與虛擬儀器設計 清華大學出版社</p><p>　　2李宏光 利用聲卡制作虛擬信號發(fā)生器 山東理工大學學報(自然科學版) 第20卷第2期</p><p>　　3：吳先球、向英 虛擬信號發(fā)生器基于聲卡的設計與實現(xiàn) 廣東技術師范學院學報 2006年第六期</p><p&g

27、t;　　4：李廣才、聶東 一種新型多功能虛擬信號發(fā)生器的設計 肇慶學院學報 第29卷第2期 </p><p>　　5：范福玲、韓建勛 基于Labview的虛擬信號發(fā)生器的設計 中原工學院學報 第17卷第4 期 </p><p>　　6：宋振燦 基于虛擬儀器的綜合信號發(fā)生器設計 [期刊]湖南農(nóng)機第37卷第1 期.學術</p><p>　　7：丁碩 基于 LabV I