虚拟示波器基于声卡的设计与实现

　　1 引 言

　　虚拟仪器技术的提出和发展，标志着二十一世纪自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能，使用者在操作这台计算机时就像在使用一台自己设计的专用的传统电子仪器。操作人员可通过友好的图形化用户界面和图形化编程语言来控制仪器的启动、运行和结束，完成对被测信号的数据采集、信号分析、谱图显示、波形图显示、故障诊断、数据存储以及控制输出等功能。

　　虚拟仪器系统中，硬件解决信号的输入和输出，软件可以很方便地修改，改变仪器系统的功能，以适应不同使用者的需要。其中信号的输入部分一般使用数据采集卡实现。商用的数据采集卡具有较大的通用性，但其价格昂贵。普通声卡，具有16位的量化精度、数据采集频率是44kHz，完全可以满足特定应用范围内数据采集的需要。

　　2 虚拟仪器软件开发工具LabVIEW介绍

　　LabVIEW是一种基于G语言(Graphical programming language)的可视化(图形化)优秀开发平台，主要用于数据的采集、分析、处理和表达，总线接口、VXI仪器以及GPIB与串口仪器的驱动程序编制和驱动虚拟仪器。它与C、Pascal等传统编程语言有着诸多相似之处，如相似的数据类型、数据流控制结构、程序调试工具等。与传统编程语言最大的区别是LabVIEW使用图形语言(即各种图标、图形符号、连线等)，以框图的形式编写程序。

　　一个LabVIEW程序包括三个主要部分：前面板、框图程序、图标/接线端口。前面板是交互式图形化用户界面，用于设置输入数值和观察输出量。框图程序是利用图形语言对前面板的控制量和指示量进行控制。图标/接线端口用于把LabVIEW程序定义成一个子程序，以便在其它程序中加以调用[1]。

　　3 虚拟示波器的设计与实现

　　本虚拟数字示波器主要由普通的声卡和相应的软件组成。其操作与显示主面板如图1所示。

　　3.1数据采集的实现

　　在一块声卡上有晶振、AD/DA转换芯片和数字信号处理芯片及其他辅助电路。因此，它可以作为数据采集卡使用，不过被采信号的频率被限制在音频范围之内。设定了采样频率、采样位数、缓冲区大小之后，再利用声卡的DMA方式进行数据采集工作[2]。本文在LabVIEW环境下，借助硬件驱动程序对声卡的采样频率、采样位数、缓冲区大小等分别进行控制，根据用户的需要调整波形显示，进行波形分析，从而构成功能强大的虚拟存储示波器。

　　本虚拟示波器所能测量的信号全部为弱电，大约为1 VAC以下的信号(一般由声卡的性能决定)，如果需要测量更大的信号，需要将信号衰减到量程以内。