專利名稱：自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法
自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及虛擬示波器領(lǐng)域。特別是關(guān)于一種能夠自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方 法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器逐漸成為現(xiàn)代儀器的一個(gè) 發(fā)展方向，它的核心思想是利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大資源使本來需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化，以 便最大限度降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能和靈活性。目前大部分虛擬儀器都是基于商用 的數(shù)據(jù)采集卡作為硬件平臺(tái)，但是整個(gè)系統(tǒng)價(jià)格昂貴，并且在一些具體的應(yīng)用場(chǎng)合有些功 能可能并不實(shí)用。作為多媒體計(jì)算機(jī)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置的音頻信號(hào)采集系統(tǒng)-聲卡，其數(shù)字 信號(hào)處理系統(tǒng)包括模數(shù)裝換其A/D和數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換器D/A，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬信號(hào)的采集和輸 出，因此基于聲卡的虛擬儀器具有成本低、通用性好和靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)有基于聲 卡的虛擬示波器、虛擬萬用表和虛擬頻譜分析儀。但是現(xiàn)有的聲卡示波器要么沒有校準(zhǔn)的功能，只能大致查看波形；要么標(biāo)定校準(zhǔn) 的條件比較苛刻，比如需要標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)發(fā)生器和示波器；要么就是標(biāo)定校準(zhǔn)之后，當(dāng)麥克風(fēng) 音量變化之后又得重新標(biāo)定校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，其可以通過簡(jiǎn)單的操作完成 以往聲卡虛擬示波器的標(biāo)定校準(zhǔn)的難點(diǎn)問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為利用電腦的聲卡作為聲卡示波器的數(shù)據(jù)采集卡，所述聲卡的麥克風(fēng)插口作為數(shù)據(jù) 采集輸入端；在所述聲卡的麥克風(fēng)音量發(fā)生變化之后，所述聲卡示波器根據(jù)公式V, 二 ^vdGvTmsNmax
lcVolN0計(jì)算出在當(dāng)前麥克風(fēng)音量值下所述聲卡示波器的量程V1。，并調(diào)整顯示畫面的每格 刻度，以正確顯示輸入的采集信號(hào)的波形值；其中Vol是代表當(dāng)前的麥克風(fēng)音量值，Vrms是輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的 電壓有效值，Voltl是輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)的麥克風(fēng)音量值，Ntl是輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)所述聲卡示波 器采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)的最大值減去最小值得出的數(shù)值所得的差，Nfflax是所采用聲卡的量程。進(jìn)一步地、前述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是由前述電腦中的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生。進(jìn)一步地、前述電腦中的信號(hào)發(fā)生器是由軟件產(chǎn)生。進(jìn)一步地、前述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為固定頻率的正弦波信號(hào)。進(jìn)一步地、前述輸入麥克風(fēng)插孔的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是由前述電腦聲卡的耳機(jī)插孔輸出的 前述電腦中信號(hào)發(fā)生軟件產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
進(jìn)一步地、在測(cè)量前述Ntl時(shí)，是將所述耳機(jī)插孔輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過音頻線輸入 到麥克風(fēng)插孔，通過聲卡示波器采集到的所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)數(shù)據(jù)的最大值減去最小值得 出的數(shù)值所得的差。進(jìn)一步地、前述Vms是通過萬用表的交流電壓檔測(cè)量所述耳機(jī)插孔輸出的標(biāo)準(zhǔn)信 號(hào)得出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的有效值。進(jìn)一步地、所述聲卡采用的是16位聲卡，其量程N(yùn)max為65535。進(jìn)一步地、前述Vol和前述Voltl都是由聲卡示波器從前述電腦自動(dòng)實(shí)時(shí)獲得的數(shù) 據(jù)。本發(fā)明利用數(shù)字萬用表和虛擬信號(hào)發(fā)生器、通過簡(jiǎn)單的標(biāo)定校準(zhǔn)方法改進(jìn)了以往 傳統(tǒng)聲卡虛擬示波器的難以校準(zhǔn)的缺點(diǎn)。

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 的附圖。圖1，其示出了本發(fā)明中采用的聲卡的正常工作原理圖。圖2，其示出了本發(fā)明自動(dòng)校準(zhǔn)的聲卡虛擬示波器的工作原理圖。圖3，其示出了本發(fā)明中標(biāo)定時(shí)的硬件連接圖。圖4，其示出了本發(fā)明中標(biāo)定校準(zhǔn)的方法流程圖。圖5，其示出了麥克風(fēng)音量控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。很顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基 于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明本質(zhì)和精神的情況下所獲得的 所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明公開和保護(hù)的范圍。信號(hào)采集是工程中信號(hào)分析和處理的前提，通常采用數(shù)據(jù)采集卡來完成，數(shù)據(jù)采 集卡一般包括多路開關(guān)、放大及采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)I/O接口等部分，性能比較完 善，但價(jià)格比較昂貴。而對(duì)于PC機(jī)而言，聲卡幾乎是最常見的配置了，甚至許多主板就集 成了聲卡。聲卡的高、低檔之分主要是在于聲音的回放效果上，比如對(duì)三維立體聲、環(huán)繞效 果、多聲道、復(fù)音、杜比、硬波表等的支持，但是基本都具有信號(hào)濾波、放大及采樣保持、A/D 和D/A轉(zhuǎn)換等功能，這些功能與數(shù)據(jù)采集卡相當(dāng)，常用聲卡可對(duì)音頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)雙聲道16位、 高保真的數(shù)據(jù)采集，最高采樣率可達(dá)44. 1kHz，具有較高的采樣頻率與精度，對(duì)于許多科學(xué) 實(shí)驗(yàn)和工程測(cè)量來說，聲卡對(duì)信號(hào)的量化精度和采樣率都是足夠高的，完全可以作為數(shù)據(jù) 采集卡來使用，在使用聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡時(shí)，主要關(guān)注的是聲卡的錄制效果，即采集通路 數(shù)、采樣頻率、采樣位數(shù)，以及輸入信號(hào)的規(guī)格。PC中的常用聲卡特性為采集通路數(shù)聲卡支持單路、雙路采集；
采樣頻率聲卡支持的標(biāo)準(zhǔn)采樣頻率有8000，11025、22050、44100(每秒)；采樣位數(shù)聲卡支持的采樣位數(shù)一般為8位，16位。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中采用了可對(duì)音頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)雙聲道16位、高保真的數(shù)據(jù) 采集，最高采樣率可達(dá)44. IkHz的AC97聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡，PC機(jī)的顯示器作為顯示設(shè)備， 并結(jié)合軟件構(gòu)成基于聲卡的虛擬示波器。所述聲卡的外部接口有線路輸入(Line-in)、揚(yáng) 聲器(SpeakerOut)、麥克風(fēng)(Microphone)、游戲端口(GamePort)0 Line-in 禾口 Microphone 兩者均可作為信號(hào)輸入端口。顯然，由聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)的示波器所能接受的信號(hào) 變化范圍應(yīng)適應(yīng)Line-in或microphone端口的信號(hào)變化范圍。請(qǐng)參閱圖1所示，其示出了本發(fā)明中采用的聲卡的正常工作原理圖。本發(fā)明采用 的聲卡10包括信號(hào)前置處理模塊11、數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)模塊12、數(shù)字信號(hào)處理模塊12、數(shù)據(jù) 輸出緩沖區(qū)模塊14和D/A波形重建模塊15。當(dāng)通過Line-in接口或者M(jìn)icrophone接口輸 入的模擬聲信號(hào)經(jīng)過所述信號(hào)前置處理模塊11及A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，送入數(shù)據(jù)輸入 緩沖區(qū)模塊12，然后數(shù)字信號(hào)處理模塊12通過各種數(shù)字信號(hào)處理的方法對(duì)數(shù)據(jù)輸入緩沖 區(qū)模塊14的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成聲音消噪、音效處理、聲音合成等功能，最后把處理好的數(shù) 據(jù)保存在數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)14里，通過D/A波形重建模塊15送到揚(yáng)聲器(SpeakerOut)輸出 接口完成聲音播放，同時(shí)對(duì)于不同的揚(yáng)聲器可能還有功放芯片完成功率放大功能。請(qǐng)參閱圖2所示，其示出了本發(fā)明中可自動(dòng)校準(zhǔn)的聲卡虛擬示波器的工作原理 圖。本發(fā)明采用了聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡，PC機(jī)顯示器作為顯示設(shè)備，配合軟件形成了 可自動(dòng)校準(zhǔn)的聲卡虛擬示波器20，其包括數(shù)據(jù)采集模塊21、信號(hào)前置處理模塊22、數(shù)據(jù)輸 入緩沖區(qū)23、數(shù)字信號(hào)處理模塊M、數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)25、自動(dòng)校準(zhǔn)模塊沈和波形顯示模塊 27，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括測(cè)試線、微型計(jì)算機(jī)(PC)的聲卡上的麥克風(fēng)(MIC)接口和線路 輸入(Line-in)接口，其中麥克風(fēng)接口和線路輸入接口都可以做為輸入接口，在下面的講 解中，都以麥克風(fēng)接口作為輸入接口來講解，當(dāng)線路輸入接口作為輸入接口時(shí)，與其類似， 不再累述。測(cè)試線(一根輸入，一根輸出，它實(shí)際上就是立體聲音頻線)的制作方法是將 立體聲插頭旋開，可以看到3個(gè)接線柱，分別對(duì)應(yīng)地線、左聲道、右聲道，將三芯屏蔽線對(duì)應(yīng) 端接上，屏蔽層接地；用萬用表檢測(cè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，確保不短路。三芯屏蔽線可以接上魚夾、表筆 等，以便測(cè)量。然后另外一頭接在微型計(jì)算機(jī)(PC)的聲卡上的麥克風(fēng)(MIC)接口和線路輸 入(Line-in)接口，為保證測(cè)量的安全，應(yīng)了解電腦上聲卡的一些參量，如輸入范圍和輸出 范圍(一般聲卡為IV AC)；若要輸入更大信號(hào)，應(yīng)將信號(hào)衰減后輸入，否則會(huì)損壞聲卡。所 述信號(hào)前置處理模塊22包括微型計(jì)算機(jī)(PC)上聲卡的信號(hào)前置處理模塊，主要是將模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，即A/D轉(zhuǎn)化器。在本發(fā)明的實(shí)施例中，其是以44. IkHz的采樣率工作 的。所述數(shù)字信號(hào)處理模塊對(duì)，是通過微型計(jì)算機(jī)(PC)上的聲卡中的DSP音頻處理芯片來 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。所述數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)23和數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)25都是微型計(jì)算機(jī)(PC)上的 聲卡中的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。所述波形顯示模塊27是利用微型計(jì)算機(jī)(PC)上的顯示設(shè)備。所述 聲卡虛擬示波器還包括虛擬信號(hào)發(fā)生器模塊。當(dāng)通過數(shù)據(jù)采集模塊21輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過所述的信號(hào)前置處理模塊22及A/D 轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，送入數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)23，然后數(shù)字信號(hào)處理模塊M通過各種數(shù)字信 號(hào)處理的方法對(duì)數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)模塊14的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成濾波，合成等功能，最后把處理好的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)25里，在波形顯示模塊27提取數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)25里 的數(shù)據(jù)完成波形顯示前，自動(dòng)校準(zhǔn)模塊將檢查標(biāo)定的刻度是否正確，不正確時(shí)，馬上修改再顯不。所述的自動(dòng)校準(zhǔn)需要首先進(jìn)行標(biāo)定，即在第一次使用時(shí)，對(duì)示波器的量程和刻度 做標(biāo)定。標(biāo)定時(shí)的方法多種多樣，傳統(tǒng)的方法是采用標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)發(fā)生器發(fā)出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 輸入到虛擬示波器里來進(jìn)行標(biāo)定，在本發(fā)明中，采用的是虛擬信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 來進(jìn)行標(biāo)定，具體的標(biāo)定方法如下請(qǐng)繼續(xù)參考圖3，其示出了本發(fā)明中標(biāo)定時(shí)的硬件連接圖。用一根兩頭都是3. 5mm插頭的音頻線連接耳機(jī)輸出插孔和麥克風(fēng)插孔(或者是 Line-in 插孑L )。請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，其示出了本發(fā)明中標(biāo)定校準(zhǔn)的方法流程圖。該方法步驟為步驟410，首先通過虛擬信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)固定頻率(如1kHz)的正弦波，通過 耳機(jī)插孔輸出，步驟420，再通過音頻線輸入到麥克風(fēng)輸入插孔。步驟430，這時(shí)在軟件示波器界面上可以看到采集到正弦波波形，調(diào)節(jié)輸出音量， 使得采集到的波形沒有發(fā)生飽和失真。步驟440，然后把音頻線從麥克風(fēng)輸入插孔拔出，用數(shù)字萬用表交流電壓檔測(cè)試輸 出的電壓值，該值就是正弦波的有效值V s。步驟450，然后把音頻線再插入到麥克風(fēng)輸入插孔，同時(shí)把該Vms值輸入到軟件的 校準(zhǔn)程序中，點(diǎn)擊設(shè)定按鈕，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)。上述方法的特點(diǎn)在于通過虛擬信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的正弦波，省略去了 傳統(tǒng)標(biāo)定方法時(shí)需要標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的局限，又使用了數(shù)字萬用表來獲得正弦波的有效 值Vniis,結(jié)合前面已知的頻率，就可以通過計(jì)算獲得波形相關(guān)的所有參數(shù)來對(duì)示波器進(jìn)行標(biāo) 定，例如通過Vniis可以計(jì)算出正弦波的峰值Vpp
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，其特征在于，該方法包括利用電腦的聲卡作為聲卡示波器的數(shù)據(jù)采集卡，所述聲卡的麥克風(fēng)插口作為數(shù)據(jù)采集 輸入端；在所述聲卡的麥克風(fēng)音量發(fā)生變化之后，所述聲卡示波器根據(jù)公式V _ V2Vol0VnnsNmax lcVolN0計(jì)算出在當(dāng)前麥克風(fēng)音量值下所述聲卡示波器的量程V1。，并調(diào)整顯示畫面的每格刻 度，以正確顯示輸入的采集信號(hào)的波形值；其中Vol是代表當(dāng)前的麥克風(fēng)音量值，Vrms是輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的電壓 有效值，Voltl是輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)的麥克風(fēng)音量值，Ntl是輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)所述聲卡示波器采 集到的信號(hào)數(shù)據(jù)的最大值減去最小值得出的數(shù)值所得的差，Nfflax是所采用聲卡的量程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，其特征在于前述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是 由前述電腦中的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求2所述的自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，其特征在于前述電腦中的信號(hào) 發(fā)生器是由軟件產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，其特征在于前述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為 固定頻率的正弦波信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，其特征在于前述輸入麥克風(fēng) 插孔的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是由前述電腦聲卡的耳機(jī)插孔輸出的前述電腦中信號(hào)發(fā)生軟件產(chǎn)生的標(biāo) 準(zhǔn)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，其特征在于在測(cè)量前述Ntl時(shí)， 是將所述耳機(jī)插孔輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過音頻線輸入到麥克風(fēng)插孔，通過聲卡示波器采集到 的所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)數(shù)據(jù)的最大值減去最小值得出的數(shù)值所得的差。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，其特征在于，前述Vms是通過萬 用表的交流電壓檔測(cè)量所述耳機(jī)插孔輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)得出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的有效值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)權(quán)利要求項(xiàng)所述的自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，其特征在 于，所述聲卡采用的是16位聲卡，其量程N(yùn)max為65535。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)權(quán)利要求項(xiàng)所述的自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，其特征在 于，前述Vol和前述Voltl都是由聲卡示波器從前述電腦自動(dòng)實(shí)時(shí)獲得的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供自動(dòng)校準(zhǔn)聲卡示波器的方法，該方法包括利用電腦的聲卡作為聲卡示波器的數(shù)據(jù)采集卡，所述聲卡的麥克風(fēng)插口作為數(shù)據(jù)采集輸入端；在所述聲卡的麥克風(fēng)音量發(fā)生變化之后，所述聲卡示波器根據(jù)公式計(jì)算出在當(dāng)前麥克風(fēng)音量值下所述聲卡示波器的量程vlc，并調(diào)整顯示畫面的每格刻度，以正確顯示輸入的采集信號(hào)的波形值，并且包括了一種簡(jiǎn)單的標(biāo)定方法，改進(jìn)了以往傳統(tǒng)聲卡虛擬示波器的難以校準(zhǔn)的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R35/00GK102096056SQ20091023169
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者徐志強(qiáng) 申請(qǐng)人:無錫愛睿芯電子有限公司