1基于Matlab和聲卡的虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)

1.1系統(tǒng)實現(xiàn)原理

通常PC機(jī)配置的聲卡提供了麥克風(fēng)輸入和揚聲器輸出2個接口，他集成了信號輸入/輸出需要 的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）,，因此,，利用Matlab軟件產(chǎn)生的各種虛擬信號通過聲卡的DAC單元就可以直接輸出。普通計算機(jī)與Matlab軟件相結(jié)合實現(xiàn)虛擬信號發(fā)生器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。   

圖1中,，只需要用音頻線將軟件系統(tǒng)產(chǎn)生的信號由線性輸出（line out）接口引出，就可以通過聲卡直接作為信號源輸出,，顯然,，在這種虛擬信號發(fā)生器系統(tǒng)中，只需要一臺帶有普通多媒體聲卡并安裝了Matlab軟件的PC機(jī)就可以滿足要求實現(xiàn)虛擬信號的輸出,，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單方便,。

1.2基于Matlab的信號發(fā)生器的實現(xiàn)方法

Matlab的數(shù)據(jù)采集工具箱（DAT）提供了一系列的函數(shù)和命令來實現(xiàn)實時模擬信號的輸出，通過調(diào)用這些函數(shù)和命令可以直接控制聲卡輸出虛擬信號,，在Matlab中用聲卡產(chǎn)生虛擬信號的過程如圖2所示。    

Matlab的數(shù)據(jù)采集工具箱提供的控制聲卡輸出模擬信號的主要函數(shù)和命令如下：    

(1) 初始化操作

Matlab將聲卡等設(shè)備都作為對象處理,，其后的一切操作都不與硬件直接相關(guān),，而是通過對該 對象的操作來作用對象,，所以，首先要為聲卡建立一個設(shè)備對象,。Matlab建立設(shè)備對象的函數(shù)如下：

analogouput（）為模擬輸出設(shè)備對象建立函數(shù),，通過該函數(shù)將聲卡映射為Matlab環(huán)境中的一個模擬輸出設(shè)備對象句柄。winsound為聲卡設(shè)備驅(qū)動程序,。

(2) 添加數(shù)據(jù)輸出通道操作

Matlab中用于添加數(shù)據(jù)輸出通道操作的函數(shù)為addchannel,，其函數(shù)格式如下： 

其中：ao為聲卡對象的句柄(下同)，ch為聲卡通道號,，最大為2通道,。

(3) 輸出數(shù)據(jù)操作

Matlab中用于輸出數(shù)據(jù)操作的函數(shù)為putdata，其函數(shù)格式如下：

putudata(ao,data)

其中：data為所需要輸出的數(shù)據(jù),。

(4) 啟動并觸發(fā)聲卡設(shè)備操作

當(dāng)完成輸出數(shù)據(jù)操作后,，并沒有真正輸出數(shù)據(jù)，必須啟動聲卡,，才能對外輸出信號,，啟動并觸發(fā)聲卡設(shè)備操作的命令如下：

start(ao)

(5) 停止并刪除聲卡設(shè)備操作

信號輸出完成后，聲卡設(shè)備仍然保留在計算機(jī)系統(tǒng)中,，若不將聲卡設(shè)備停止并刪除,，計算機(jī)系統(tǒng)中仍會保留該設(shè)備，在下次啟動虛擬信號發(fā)生器系統(tǒng)時將會發(fā)出聲卡設(shè)備仍然在使用的錯誤信息,。從系統(tǒng)中停止和刪除聲卡設(shè)備操作的命令分別如下：

2應(yīng)用實例

利用Matlab的數(shù)據(jù)采集工具箱和圖形用戶接口［3］可以方便地通過設(shè)計的界面控制輸出信號的幅度,、頻率、寬度等參數(shù),，并可以用示波器直接觀測,，圖3為虛擬信號發(fā)生器系統(tǒng)的主界面，可以用來產(chǎn)生正弦波信號,、方波信號,、矩形波信號、三角波信號和隨機(jī)信號等常用信號,。   

這里以三角波虛擬信號發(fā)生器為例來說明利用Matlab和聲卡輸出三角波信號的具體軟件實現(xiàn) 方法,。三角波信號發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置界面如圖4所示，他除了可以用于參數(shù)設(shè)置外,，還可以顯示輸出信號的模擬波形,。   

3結(jié)語

Matlab的數(shù)據(jù)采集工具箱和圖形用戶接口提供了十分簡便的實現(xiàn)聲卡輸出功能的命令和函數(shù) ，利用Matlab和聲卡設(shè)計虛擬信號發(fā)生器十分方便,，而在硬件上只需要一塊聲卡,，無需添加 任何其他設(shè)備，價格十分便宜。雖然聲卡的設(shè)計是以產(chǎn)生聲音為目的,，有效的音頻范 圍和輸出電壓的幅度在一定程度上限制了他的使用,，但這已完全能滿足產(chǎn)生基本信號源的 要求。在本設(shè)計的基礎(chǔ)上,，通過進(jìn)一步的Matlab編程或硬件上的改進(jìn)和擴(kuò)展,，可以實現(xiàn)一些 常規(guī)儀器設(shè)備不能產(chǎn)生的信號，這在實際應(yīng)用中具有廣泛的推廣應(yīng)用前景,。