基于声卡的虚拟示波器设计实验案例-

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1、案例设计信息表1.实验课程名称：虚拟仪器课程实验2.实验案例名称：基于声卡的虚拟示波器设计3.实验学时安排（课内/课外）：4/84.学生专业、年级：电子信息类、2年级5.实验内容与任务（限500字）1）以普通计算机声卡作为采集卡，以LabVIEW作为开发平台，设计一种方便的、灵活性强的单通道虚拟示波器，该系统能够正确采集声卡设计频率范围内的信号（普通声卡具有16位量化精度，44K采样频率），构建虚拟示波器前面板，通过调整其上的旋钮或按键，使波形便于观察；（基本）2）双通道示波器设计，不仅具有通用双综示波器的功能，还可同时显示、记录、存储双通道输

2、入的波形，对存储波形可通过“回放功能”显示在屏幕上；（提高）3）设计信号调理电路，使虚拟示波器可测量声卡频率范围内的信号，如声音、脉搏、心电、脑电、电话等。（拓展应用）6.实验过程及要求（限300字）1）学习了解通用示波器基本结构和原理，深刻理解示波器性能指标参数，如采样速率和分辨率等；2）学习虚拟仪器软件编程环境LabVIEW的使用，掌握虚拟仪器设计流程；3）学习了解电脑声卡工作原理，思考声音是怎么转换为电信号，又经过那个单元由模拟信号转换为数字信号等知识；4）构思虚拟示波器的结构、组成和实现的功能，思考在工程实践中怎么样根据需要灵活构建前面

3、板；5）用LabVIEW进行软件设计，包括通道控制模块、时基控制模块、声卡设置模块、波形运算模块、数据存储与回放模块、触发控制模块、参数测量模块和滤波模块；6）虚拟示波器信号输入通道设计，自制一个输入接头：如利用废弃的MIC接头和声卡输入端口连接起来。根据声卡参数确定虚拟示波器的分辨率、带宽、精度等技术参数指标，注意声卡制作虚拟仪器适用范围：a)由于声卡输入端存在隔直电容，测量范围一般受限为10HZ-22KHZ；b)最大输入电压1V；c)声卡MIC输入端具有高增益放大器，会使信号产生较大失真，应选用LINEIN作为信号输入端口；d)思考声卡即可

4、输入又可输出信号，注意输出信号若作为信号源使用，可从LINEOUT取出，已获得较小的失真度，若从SPEAKER输出可获得数瓦的功率信号。7）选用信号源对照测试，把采集的波形电压幅值、频率和信号源对比，如误差较大，分析原因，设计改进；8）选择合适的传感器以获取声音、脉搏、心电、脑电、电话信号，并根据传感器类型选择放大器类型，设计放大电路,注意放大电路的输入阻抗和增益，实现虚拟示波器采集信号；9）撰写设计总结报告，并通过分组答辩讲评，相互交流不同解决方案的特点和优点。7.相关知识及背景（限150字）本案例是虚拟仪器技术的一个具体应用，它将软件和虚拟

5、仪器硬件紧密结合在一起，在计算机上实现了示波器的各种功能，并可进行各种扩充。虚拟示波器三大部分除了数据采集部分由硬件实现之外，其它两部分信号处理和结果显示两部分都由软件实现。整个项目涉及到信号的调理、采集、处理和显示技术，是计算机软硬件相结合，综合应用的一种工程概念与方法，是一个较全面的现代测量综合工程技能训练案例。8.教学目的（限100字）利用声卡来实现虚拟示波器的设计是为了帮助学生认识和掌握虚拟仪器这门实用的技术，消除学生对“虚拟仪器”的不解和疑惑，学生利用声卡不仅可以完成既定题目，还可以发挥自己的创意，编制出趣味性强且有工程实际意义的仪器

6、，从而使学生学习的积极性得到提高。通过这一工程项目实现过程中引导学生了解掌握现代测量方法和工程实践中需要注意的一些问题；引导学生根据需要设计电路，构建测试环境，并通过测试与分析对项目作出技术评价。9.实验教学与指导本实验的过程是一个比较完整的工程实践工程，需要经历计算机软硬件学习研究、系统方案论证、软硬件设计、实现调试、标准信号源测试完善、设计总结提高等过程。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：1）学习编程环境LabVIEW的基本编程方法，了解图形化编程环境，掌握虚拟仪器创建过程等知识。2）学习了解声卡的知识，包括声卡的硬件结构、工

7、作原理、主要技术参数。尤其要了解采样位数、采样频率等参数，因为这些参数决定了虚拟示波器的性能指标。另外特别要注意声卡不提供基准电压，因此无论是A/D还是D/A在使用时，都需要自己参照基准电压进行标定。3）信号调理电路设计，由于声卡适用电压范围有限，过大或微弱的信号都要进行调理才能输入，那么信号的衰减和放大电路要专门设计，以扩大仪器测量范围。4）在示波器设计调试完成后，必须要用标准信号源进行实际测定，标定所完成的技术指标误差；并尽可能的改进设计，减小误差。5）在实验完成后，组织学生答辩、评讲，并进行项目交流，使学生相互了解各自项目的特点和创新点，

8、拓宽思路。6）项目设计中，要注意规范学生设计流程；如软件各模块构成，模块间的接口方式要求；在调试中，要注意系统工作的稳定性与可靠性；在调试分析中，要重