摘 要

随着科学技术日新月异的发展，人们对虚拟仪器的要求也越来越高。本文首先介绍了虚拟声信号发生器的开发背景，阐述设计一个虚拟仪器系统所涉及的相应工作。其次，本文介绍了虚拟声信号发生器设计的工作原理，详细阐述了虚拟声信号发生器的设计过程。最后，详细说明了界面的设计过程。近些年，在许多行业和领域，虚拟信号发生器得到了广泛的应用。可以用来进行各种声学测试。因此，设计一款性能好、功能全的虚拟信号发生器非常有必要。声卡是计算机最基本的配置硬件之一,不仅价格便宜,而且使用方便。Matlab 是一个处理和数据分析功能十分强大的工程软件，为输出提供方便的命令和函数,并且Matlab 简单明了的图形用户接口便于掌握和使用。

本论文讲解了一种用 GUI 工具箱，并且使用 Matlab 来完成虚拟声信号发生器的设计过程。本论文设计的信号发生器能够加深对信号处理概念的全面理解，并且编程简单、成本低，因此更具有现实意义。

关键词：Matlab; 声卡; 虚拟仪器; 信号发生器

The design of virtual sound signal generator is reviewed

ABSTRACT

With the rapid development of science and technology, people on the requirements of the virtual instrument is also getting higher and higher.Firstly, this paper introduces the background of the development of the virtual sound signal generator, and expounds the design of a virtual instrument system. Secondly, this paper introduces the working principle of the design of the virtual sound signal generator.Finally, the interface design process is described in detail.In recent years,virtual signal generator is widely used in many industries and fields.It can be used for a variety of acoustic tests.Therefore，the virtual signal generator design a good performance and full function is very necessary. The audio card is one of the most basic disposition hardware of computer.Not only is it cheap,but also easy to use.Matlab is a software with very strong function for data process and analysis .Data acquisition toolbox of Matlab offers very convenient function and order for realizing the input＆output of data.

This paper explains the use of GUI toolbox, and the use of Matlab to complete the virtual signal generator design process. The signal generator designed in this paper can deepen the understanding of the concept of signal processing, and the programming is simple, low cost, so more practical significance.

Keywords: Matlab；Audio Card ；Virtual Instrument ；Signal Generator

目 录

1绪论 - 1 -

1.1 课题研究背景 - 1 -

1.2 课题研究目的与意义 - 2 -

1.2.1 课题研究目的 - 2 -

1.2.2课题研究意义 - 3 -

1.3 国内外研究状况 - 3 -

1.4 课题研究内容 - 4 -

1.5 主要创新点 - 4 -

2信号发生器软、硬件系统及信号概述 - 5 -

2.1 Matlab概况 - 5 -

2.2 虚拟仪器的概述 - 5 -

2.2.1电子测量仪器的发展 - 5 -

2.2.2传统仪器的缺陷 - 5 -

2.2.3 虚拟仪器的提出及发展 - 7 -

2.2.4 虚拟仪器的优势 - 8 -

2.2.5 虚拟仪器的未来发展趋势 - 8 -

2.3 声卡的介绍 - 9 -

2.3.1声卡的定义 - 9 -

2.3.2声卡的工作原理 - 9 -

2.3.3声卡的主要作用 - 9 -

2.3.4声卡的分类 - 10 -

2.4 GUI界面使用介绍 - 10 -

2.5信号阐述 - 13 -

2.5.1信号的概念 - 13 -

2.5.2信号的分类 - 13 -

2.6工作原理 - 14 -

3用户界面整体设计 - 16 -

3.1 设计所需控件简介 - 16 -

3.2 界面设计 - 16 -

3.2.1草图设计 - 16 -

3.2.2草图设计评价 - 17 -

3.2.3内容及细节设计 - 17 -

3.2.4控件回调函数程序编写 - 20 -

3.2.5导入回调函数 - 23 -

3.2.6绘制完成界面 - 23 -

3.3 运行界面 - 24 -

3.4 总结 - 35 -

4 分析调试 - 36 -

5结语及展望 - 43 -

致 谢 - 44 -

参考文献 - 45 -

附件 - 46 -

1 绪论

声卡作为多媒体技术中最基本的组成部分,它的技术发展已经渐渐走向成熟,它同时拥有D/A和A/D两种转换功能,不仅方便还经济,近年来，已被广泛的用在数据的采集，虚拟仪器系统的设计也常常使用到声卡^[1-3]。MATLAB 也被称作矩阵实验室，它是由美国 Mth Works 公司最早出品的作为一种商业用途的数学应用软件。MATLAB 不仅可以用来建立用户界面,绘图函数,矩阵运算,算法和数据,还有一系列其他的编程语言,主要应用于工程计算、控制系统设计、信号处理与通讯、信号检测、图像处理、金融建模分析和设计等。图形用户界面的意思就是用图形的方式来表示计算机的操作用户界面。与之前的计算机使用的命令界面相比较，图形界面在视觉上是可以接受的。MATLAB本身具有丰富而强大的GUI工具^[4-5],信号发生器通常被称为振荡器或信号源,在生产实践中有着非常广泛的应用。各种波形都能用三角函数方程式的方式来将其表示出来。可以产生大量的波形,如锯齿波,正弦波,三角波与方波电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备测试中有着非常广泛的应用^{[ 6 ]}。本文的设计的是可以产生三角波,正弦波,锯齿波,方波,白噪声、脉冲信号等许多种类信号的虚拟声信号发生器，并且可以发出相应的声音^[7]。

1.1 课题研究背景

虚拟仪器就是计算机技术与微电子领域的飞速发展所带来的一种革命性的产物^[8]。随着微电子领域和计算机技术的飞速发展，一种新的仪器概念带来了新一代的仪器——虚拟仪器,现在是计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物,在传统仪器的基础上做了很大的改变,它给仪器仪表行业的发展方向提供了指导。无论它是哪一种虚拟仪器系统，都无非是将硬件仪器搭建在各种形式的计算机平台上，再加上应用相应的软件而构成的。虚拟仪器的发展越来越依赖计算机技术的发展。在虚拟仪器系统中,硬件只用于输入和输出信号的处理,软件是整个仪器系统的核心和关键,，任何用户都可以用修改该软件的方法,很容易改变系统的功能。由于虚拟仪器技术的发展，从此彻底打破了以往由传统仪器厂家定义，用户不能够改变的不利模式，用户利用虚拟仪器技术可以充分发挥自己的知识才能与想象力。虚拟信号发生器就是这种趋势下渐渐地取代了传统信号发生器。

虚拟仪器是在现有PC机的基础上,结合专用软件和专门设计的仪器硬件。不仅有一般设备的基本功能,还有以及普通仪器没有特殊功能的仪器。与传统仪器相比,其主要特点是:重复性好,测量精度高,可扩展性好,测量速度快,技术更新快,也可以由用户定义仪器的功能。Labview大家并不陌生，它是一个图形化编程语言,主要用于开发数据,仪器控制和数据处理分析,功能很强大^[9-10]。就目前来看，该开发软件在测控行业还是比较流行的，在国内的测控领域也得到了较为广泛地应用。 互联网的功能很好地为虚拟仪器技术服务，能够用互联网的功能远距离的控制仪器设备。以后的类似的连通水平将会得到提高，也会将虚拟仪器技术推向新的更高的水平。所以，提高性能将会更容易，可以节省十分宝贵的系统集成及开发时间，而且又比传统仪器测量方案的成本低很多。任何人都不能够精确地预测以后的虚拟仪器将会变成什么样，但是可以肯定的是，PC 机与其相关的技术将会是虚拟仪器技术的关键，有了它的帮助将会更容易成功。由于用Labview设计虚拟声信号发生器编程复杂，成本比较高，所以使用Matlab实现虚拟信号发生器的设计具有更经济的现实意义。

1.2 课题研究目的与意义

1.2.1 课题研究目的

我们可以利用次毕业设计的宝贵机会加强对目前国内外的虚拟声信号发生器技术状况和发展趋势的了解，并掌握简单的编程。通过了解虚拟信号发生器界面的设计过程，我们能够更深刻的理解一个产品对实际生活的重要性。并且针对生产实践中遇到的一些具体问题，我们可以设计出更稳定、更便捷的产品。计算机系统中最常见的硬件之一是声卡，它的技术日渐成熟，它具有D/A和A/D转换功能，经济效益好，而且很方便。常被用在数据的采集和虚拟仪器系统的有关设计工作。声信号发生器可以发射各种各样的声信号，用来进行各种声学测试，比如测试音乐厅声学指标，道路和草坪的降噪性能等。

1.2.2 课题研究意义

在当今社会，虚拟仪器是一种应用非常广泛的重要的教学和模拟设备。随着科学技术的迅速发展，它的种类日益渐增，适用范围也很广。因此，我们必须花更多的时间去研究虚拟声信号发生器方面的知识，以方便设计出性能稳定的产品。目前常用的是利用Lab VIEW进行虚拟声信号发生器的设计，由于编程复杂，价格较高。高校实验室使用的信号发生器携带不便,户外供电和环境适应性力差等一系列问题，对室外测量而言很不方便。