基于matlab和声卡的虚拟仪器设计

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1、万方数据自动化与仪器仪表ZIDONGHUAYUYIQIYIBIAO2005年第3期(总第119期)文章编号：1001—9227【2005)03—0023--03基于MATLAB和声卡的虚拟仪器设计常春，倪铭+(湖北工业大学电气与电子工程学院武汉，430068)(’解放军63981部队武汉，430311)摘要：提出了一种基于MATLAB和声卡的虚拟仪器设计方案，该方案使学生在不需要太大的实验空间和额外的资金投入下，就能创建集示波器、频谱仪、信号发生器等为一体的电路调试实验环境。关键词：声卡；MATLAB；

2、虚拟仪器ABSTRACT：耽ispaperpresentsadesignmethodofvirtualinstrumentsystembasedonMATLABandsoundcard．Byusingthissystem，studentscaneasilyobtainthecircuitdebugexperimentalenvironmentinclu—dingoscilloscope，spectrumanalyzerandsignalgenerator，withoutmuchexperimentals

3、paceandextraexpense．KEY＼／VORDS：Soundcard；MATLAB；Virtualinstrument中图分类号：TM938．1：。、文献标识码：A0引言随着用人单位越来越关注毕业生的实际工程经验，动手能力的培养成为大学电子类专业本科教育中一个日益重要的方面。如果要加强学生在实践方面的自主学习、自主设计的能力，首先必须给学生提供相应的硬件环境。但对于某些实验资源相对紧张的院校，很难在短时间内满足学生对实验条件的需求。但应该注意到，现在高校学生的计算机持有率日渐增高。基于这样一

4、个现状之下，可以利用计算机优势，营造一个基于计算机的基本电路调试实验环境。一般进行电子设计实验，学生先在面包板或通用板上搭建电路，再到实验室借助实验仪器调试电路，最常用到的实验仪器有电源、示波器、信号源和频谱分析仪等。但实验开放时间有限，能够容纳的学生人数也很有限。本文提出了一种基于MATLAB和声卡的虚拟仪器设计方案。该方案能使学生在寝室里只需一台配备声卡的计算机，就能拥有具有示波器、信号源和频谱分析仪的实验环境(电源学生可自己制作)。在不需要太大的实验空间和额外的资金投入下，学生可随时灵活地开展自己

5、的电子设计制作活动。1虚拟仪器简介虚拟仪器概念是1986年由美国国家仪器公司(NI收稿日期：2005一01—25公司)提出的。所谓虚拟仪器(vu就是利用通用计算机，外加一些特殊设计的功能化硬件(如数据采集卡、输入／输出卡等)和一组专用软件，构成的功能强、灵活度高的集成新型仪器系统。虚拟仪器和传统仪器_样，可以分成采集和控制部分、数据处理和分析部分、用户与仪器交互部分三个部分，如图1所示。对于传统仪器，三部分基本上全部由硬件完成。而对于虚拟仪器，后两部分由计算机来承担，利用计算机的人机交互接口来完成仪器面

6、板的显示和控制，利用计算机强大的运算功能完成数据的分析和处理。所以，虚拟仪器除了必备的硬件之外，都可以用基于计算机的软件实现，因此有“软件就是仪器”⋯的概念。图1仪器功能组成框图虚拟仪器的结构可以分成硬件和软件两部分。(1)硬件部分：虚拟仪器硬件部分由I／O接口设备和计算机构成，如图2所示。I／O接El设备能够完成被测信号的采集和控制信号的输出。根据实际情况，可采用不同的接口硬件设备(如数据采集卡DAQ、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口仪器等)。(2)软件部分：虚拟仪器软件部分由I／O接口设备

7、驱动程序和应用程序组成。I／0接口设备驱动程序负责I／O接口设备和应用程序之间的数据交换。应用程序建立在驱动程序之上，完成数据的分析处理，提供虚拟仪器的人机交互界面，供用户操作。23万方数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯_YO接13投备—叫堡呈塑里卜——+

8、竖塑主卜_一--tGPIB接口卡和设备j叫PXI、VXl设备卜—————一一l-．I并行口设备I一—一串行口设备，PLc卜———一—I一USB设备卜—————一：—一其它接口设备

9、+—————一图2虚拟仪器的硬件结构2系统设计2．1硬件结构如图2所示，接口设

10、备有四种以上。其中采用GPIB、VXI、PXI总线方式的I／O接口设备，适合大型高精度集成系统，其价格昂贵；PC插卡、并口、串口、USB等接口方式的I／O设备，适合于普及型的廉价系统。相比于前面的工业级I／0接口设备，PC机上可插的专业数据采集卡虽然便宜许多，但仍然不在大多数学生的承受范围之内。一般的声卡都至少具有两个通道输入和左右声道输出，可实现44．1kHz／48kHz、16bit的数据采集和lV左右的电平输出。所以对于音频信号范围内的