基于声卡的扫频信号源设计

摘 要 扫频信号源就是其输出的正弦波信号的频率随时间在一定范围内反复扫描，在电子技术中利用压控振荡器可以实现。扫频信号源仪通常对于调试接收设备，通过扫频源测试系统的幅频响应。通常的扫频信号源的价格比较昂贵。本文使用VC控制电脑上的声卡，实现了一个低频的扫频信号源，通过软件产生扫频信号，然后经DAC输出。 本文设计的扫频信号源能够实现线性扫频，对数扫频，频率范围：20-20000HZ。为低成本下构建扫频信号源提供了一种新的思路。 关键词：扫频信号源，vc，声卡 目? 录第一章 绪论??? 21.1 课题背景??? 21.1 扫频信号源的发展现状??? 31.3 VC++开发环境介绍??? 41.3 论文结构??? 5第二章 扫频信号源??? 62.1 基本概念??? 62.2 测量原理??? 63.3 扫频信号源??? 7第三章 声卡基本结构和控制方式??? 93.1 声卡的基本结构和工作原理??? 93.2 VC下声卡控制服务??? 113.3 小结??? 14第四章 扫频信号源的设计??? 154.1扫频信号源框架??? 154.2 扫频数据生成??? 164.3线性扫频对数扫频??? 164.4 VC程序结构??? 184.5 界面设计??? 194.6 主要函数设计??? 194.7 线性扫频??? 224.8 对数扫频??? 23第五章 总结与展望??? 25致? 谢??? 27 课题背景 扫频技术是电子测量中的一种重要技术，广泛用于调频放大器、宽频带放大器、各种滤波器、鉴相器以及其他有源或无源网络的频率特性的测量。但是扫频信源的价格比较昂贵。 随着计算机技术、通信技术与仪器技术的深入发展和结合，使得虚拟仪器得到了进一步发展，虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、数字信号处理技术结合，把厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能。用户可根据测试的需要，自己设计所需要的仪器系统，利用一种或多种功能的通用模块，调用不同功能的软件模块，组成不同的仪器功能。在虚拟仪器中，计算机成为仪器的一部分，使得计算机可以得到充分发挥。除了仪器的输入、输出、数据处理分析、结果显示由计算机完成外，还可组成计算机网络。一个大的复杂的测试系统往往系统的测量、输入、输出、结果分析分布在不同的地理位置，仅用一台计算机并不能胜任测试任务，需要由分布在不同地理位置的若干计算机共同完成整个测试任务。计算机网络技术、总线技术与数据库技术的发展，乃至Internet网的发展拓展了虚拟仪器测试系统的应用范围。利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络内得以共享，减少了设备重复投资。一台计算机采集的数据可以立即传输到另一台处理分析机上进行处理分析，分析后的结果可被执行机构、设计师查询使用，使数据采集、传输、处理分析成为一体，容易实现实时采集、实时监测。重要的数据实行多机备份，提高了系统的可靠性。对于有些危险的、环境恶劣的不适合人员操作的数据采集工作可实行远程采集，将采集的数据放在服务器中供用户使用。虚拟仪器与计算机网络结合实现仪器的远程教学，学生通过网络学习仪器、操作仪器，这也是我们学校实验室建设的目标。虚拟仪器计算机网络化在测试系统中具有广泛的应用前景。 近年来电脑虚拟仪器的发展很快。在飞速发展的计算机技术支持下，“软件即仪器”的理念得到了充分的发挥。计算机加软件配合合适的AD/DA界面和传感器/控制器，就可以完成形形色色的传统仪器的所有功能，应用领域遍及现代科技的各个方面，大有星火燎原之势。而且由于其成本较低，升级容易换代快，维护简单，特别是数据的采集、分析、管理做到了智能化，大大提高了工作效率，在科研、计量、工控、自控等应用上特别受青睐，发展势头已将传统仪器远远抛在了后面，并将持续下去。 但是一般的虚拟仪器对于普通电子爱好者来说仍然是太昂贵了，而且由于通用的虚拟仪器要考虑高速信号，往往采用高速低分辨率的AD/DA芯片，一般分辨率只能达到8至12位，这对于电子爱好者常用的音频领域恰恰不够精确。 在现代多媒体电脑上，声卡已经成为一个必不可少的重要组成部分，它给我们提供了丰富多彩的视听娱乐和有声交流功能，使“多媒体”的名称名副其实。但是你是否知道，利用声卡高精度的AD/DA变换界面，加上合适的软件，就可以构成功能十分强大的音频虚拟仪器。 1.1 扫频信号源的发展现状 信号发生器诞生开始，就在电子测试、电子设计、模拟仿真工作中扮演着重 要角色，加快了电子测试与设计工作的效率，在电子技术和信号仿真应用中发挥 了较大的作用。随着科学技术的发展和测量技术的进步，对信号源的要求越来越 高，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的电子技术领域教学、科研和企 业生产调试的需要[4]。 目前，扫频信号发生器的设计方法有很多种，例如利用单片机MAX038实现、 采用555集成芯片实现、采用DDS波形发生技术等。随着通信技术的发展，频道 的分布日趋密集，高精度、高稳定度的通信频率就显得更加重要。由美国学者 J.Tier—ney,C.M.Rader和B.Gold在1971年首次提出的直接数字频率合成(DDS)是基于一种全数字化方式理念的频率合成方式。随着现代超大规模集成电路工艺的 高速发展，使得DDS技术有了质的飞跃。它具有频率分辨率高、频率切换速度快、 相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻 等优点。 因此， DDS技术越来越广泛的得到应用， 成为现代频率合成技术的趋势。 几乎每台电脑或掌上电脑都有一个内置声卡。声卡通常被用来作为音频输入输出设备，用于记录、合成和回放语言、音乐和歌曲。然而，声卡其实可以做得更多。从测控的角度来看，声卡是一个具有双通道模数转换（ADC）和双通道数模转换（DAC）的信号采集和输出设备。它在音频范围内具有平滑的频率响应，采样频率通常为44.1kHz和48kHz，最大可达192kHz，采样位数通常为16bit，最大可达24bit。由于声卡内部都带有增益控制，即使在不外加信号放大或衰减电路的情况下，它也可以测量从1微伏到1伏左右的信号。声卡支持以连续数据流模式工作，因此可完全利用电脑自身的内存（从数百MB到数GB）或电脑的硬盘来进行数据的不间断存储。与普通的独立式数字存储示波器相比，基于电脑声卡的测试系统的存储深度极大。今日个人电脑的运算速度和存储能力已远非二十年前的286中央处理器、1MB内存、10MB硬盘空间可比，可实时进行包括频谱分析所需要的快速傅里叶变换（FFT）等在内的复杂运算，这使得以前需要采用的极其昂贵的独立式传统仪器才能实现的功能，可通过电脑虚拟仪器软件以极低的成本来实现，而且维护方便，可不断升级。 声卡可以近乎完美地测量任何在音频范围内的信号，例如：声音、振动、心肺音、脑电、心电、地震波，电源谐波等，根据所用传感器的不同而不同，当然还要看所采用的软件所提供的功能。目前市面上基于声卡的虚拟仪器软件有不少，从免费的到售价上万元人民币的都有。部分付费软件也提供了免费下载，以让用户试用其部分或全部功能。配上这类软件，无需添加任何ADC和DAC硬件，即可将一台电脑或掌上电脑变成一台集示波器、频谱分析仪、信号发生器、频率计、声压计等多种功能于一体的测试仪器。