基于声卡的LabVIEW虚拟信号发生器设计.doc

基于声卡的LabVIEW虚拟信号发生器设计 摘要：利用声卡DSP 技术和LabVIEW 多线程技术,提出了一种基于声卡的廉价虚拟信号发生器设计方案,具有界面友好、扩充性强、动态范围宽及性能稳定可靠等诸多优点。在LabVIEW 环境中对声卡编程,实现了常用周期信号及测试领域特殊信号的双通道模拟输出。 关键词：信号发生器声卡（DSP）数字信号处理LabVIEW 虚拟仪器 背景：信号发生器是一种常用的信号源,广泛应用于电子技术实验、自动控制系统和科学研究等诸多领域。近年来推出的数字存储信号发生器由于引入微处理器,极大地提高了测量准确度,同时还具有较强的数字化处理能力。但这种信号发生器存在一些局限性,例如价格昂贵,仪器功能和模式固定,不具备用户对仪器进行定义及编程的功能等。随着DSP (数字信号处理) 技术走向成熟,声卡作为PC 最基本的硬件已被广泛应用,它同时具有D/ A 和A/ D 转换功能,不仅价格低廉,而且兼容性好、性能稳定,软件(特别是驱动程序) 升级方便。ISA 总线向PCI 总线的过渡,解决了以往声卡与系统交换数据的瓶颈问题,同时也充分发挥了DSP 芯片的性能。而且声卡采用DMA (直接内存读取) 方式传送数据,极大地降低了CPU 占用率。一般声卡具有16 位的D/ A 转换精度,通常比12 位市售D/ A 卡的精度高,对于许多工程测量和科学实验来说都是足够高的,而其价格却比后者便宜得多。如果将声卡作为信号转换模块,并采用“用户自定义仪器功能”的虚拟仪器技术,可以组成一个低成本高性能的信号发生器。基本设计思路：LabVIEW 是美国NI 公司基于图形化编程语言的虚拟仪器开发环境,内置信号采集、测量分析与数据显示功能,集开发、调试、运行于一体,是业界领先的测试测量和控制系统的开发工具。它可以非常容易地与各种数据采集硬件无缝地集成,与各种主流的现场总线通信以及与大多数通用数据库链接,大大简化了应用系统的开发进程。LabVIEW 应用程序称为虚拟仪器(Virtual Inst rument ,简称VI) , 其交互式的Express VI 易与各种范围的I/ O信号连接,用户甚至只需点击鼠标配置应用系统,即可完成搭建工作并开始运行。“用户自定义仪器的功能”反映了VI 的本质特征。 Labview给我们提供了几个基本的周期信号，使用Basic Function Generator . vi 节点可以产生基本的周期信号(如正弦波、方波、三角波和锯齿波)。因此，我们可以很简单实现基本信号的输出。另外， 可以利用FormulaWaveform. vi 节点,其输入可以是很复杂的数学表达式,输出的波形数据则和前者一样携带时间信息,可以直接参与后续仿真、分析和处理。最后，利用LabVIEW连接声卡，实现虚拟信号的输出。实现方法：虚拟信号发生装置基本上有三部分组成：虚拟前面板，信号发生模块和声卡的输出模块。虚拟前面板提供与用户交互的图形化界面，是虚拟发生器的最上层。（如图所示）。通过面板上的各种按钮、开关等控件可以实现对整个系统的操作或控制,而且实时波形显示窗口能对产生的信号波形进行预览和监视,在使用中直接通过鼠标和键盘即可设定产生信号的类型和相应参数。还可以通过LabVIEW 波形显示器(Waveform Grap h) 自带的功能对波形进行观察和测量,对稳定的周期信号可以直接准确的读出幅值和频率。 图（一）虚拟前面板信号发生模块是整个程序的核心，也是最关键最复杂的部分。 它首先接受前面板控件发出的波形类型、幅值、频率等信息,然后调用不同函数生成各种周期或非周期信号,不断地送到声卡进行D/ A 转换,再经外部电路进行电压调节和功率放大后即可送入物理设备作为激励信号使用。对信号进行后期处理是传统信号发生器所不具备的功能,也是该虚拟仪器的主要特点。（图为信号发生模块框图） 图（二）信号发生模块框图驱动程序是对声卡的软件描述,是应用程序控制声卡的桥梁,它通过封装复杂的底层编程细节,将用户在前面板中指明的各种操作直接反映到声卡上。在安装某些型号的驱动时,Windows 自带的驱动程序可能会引起不兼容。此时要选择“厂家提供的驱动程序”而不是“Windows 默认的驱动程序”。 下列图片为虚拟信号发生器工作时产生的各种波形：图（三）正弦波信号图（四）方形波信号图（五）锯齿波信号图（六）三角波信号结束语：虚拟信号发生器以计算机强大的信息处理能力为依托,充分利用声卡DSP技术、LabVIEW多线程技术及其图形化、结构化的特征,实现了对多种常用信号和特殊信号的生成及模拟输出,而且具有界面友好、输出相位连续、动态范围宽和抗干扰能力强等诸多优点。另外利用声卡的左右双声道或在PC 上