1、虛擬儀器技術(shù)姓 名：史昌波學(xué) 號：2131391指導(dǎo)教師：孫來軍院系(部所)：電子工程學(xué)院專 業(yè)：控制工程目 錄1、前言22、聲卡的硬件結(jié)構(gòu)和特性321 聲卡的作用和特點322 聲卡的構(gòu)造43、LABVIEW中與聲卡相關(guān)的函數(shù)節(jié)點54、LABVIEW程序設(shè)計641 程序原理642 程序結(jié)構(gòu)643 結(jié)果分析85、結(jié)束語106、參考文獻10基于聲卡的數(shù)據(jù)采集與分析1、前言虛擬儀器技術(shù)是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件解決信號的輸入和輸出，軟件可以方便地修改儀器系統(tǒng)的功能，以適應(yīng)不同使用者的需要。其中硬件的核心是數(shù)據(jù)采集卡。目前市售

2、的數(shù)據(jù)采集卡價格與性能基本成正比，一般比較昂貴 李江全等. LABVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測試應(yīng)用實踐.北京：人民郵電出版社，2010.。隨著DSP(數(shù)字信號處理)技術(shù)走向成熟，計算機聲卡可以成為一個優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它同時具有AD和DA轉(zhuǎn)換功能，不僅價格低廉，而且兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活通用，驅(qū)動程序升級方便，在實驗室中，如果測量對象的頻率在音頻范圍，而且對指標(biāo)沒有太高的要求，就可以考慮使用聲卡取代常規(guī)的DAQ設(shè)備。而且LABVIEW中提供了專門用于聲卡操作的函數(shù)節(jié)點，所以用聲卡搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是非常方便的 劉勝等. LABVIEW2009程序設(shè)計. 北京：電子工業(yè)出版社，201

3、0.。2、聲卡的硬件結(jié)構(gòu)和特性21 聲卡的作用和特點聲卡的主要功能就是經(jīng)過DSP（數(shù)字信號處理）音效芯片的處理，進行模擬音頻信號的與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，在實際中，除了音頻信號以外，很多信號都在音頻范圍內(nèi)，比如機械量信號，某些載波信號等，當(dāng)我們對這些信號進行采集時，使用聲卡作為采集卡是一種很好的解決方案。聲卡的功能主要是錄制與播放，編輯與合成處理，MIDI接口三個部分 程學(xué)慶等.LABVIEW圖形化編程與實例應(yīng)用.北京：中國鐵道出版社，2005.。（1）錄制與播放通過聲卡，人們可以將來自話筒等外部音源的聲音錄入計算機，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字文件存儲到計算機中進行編輯等操作，人們也可以將這些數(shù)字文件轉(zhuǎn)換成聲音信

4、號，通過計算機揚聲器播放。（2）編輯與合成處理通過對聲音文件的多種特技效果的處理，包括加入回聲、倒放、淡入淡出、往返放音以及左右兩個聲道交叉放音等，可以實現(xiàn)對各種聲源音量的控制與混合。（3）MIDI接口通過MIDI接口和波表合成，可以記錄和回放各種接近真實樂器原聲的音樂。基于聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖如下圖可示。聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖使用聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡具有以下優(yōu)點（1） 價格便宜。一般情況下，聲卡的價格一般在一百多元甚至幾十元都可以買得到，比起數(shù)據(jù)采集卡便宜很多，而且絕大多數(shù)計算機都會配置相應(yīng)的聲卡，這更加節(jié)約了成本，開發(fā)周期短，節(jié)省了數(shù)據(jù)采集卡的開發(fā)時間或購買時期。（2） 與PC整合完美。使用

5、聲卡進行數(shù)據(jù)采集，不必?fù)?dān)心像使用數(shù)據(jù)采集卡一樣擔(dān)心采集卡與系統(tǒng)的沖突，聲卡與計算機緊密結(jié)合為一體，這正是虛擬儀器的實質(zhì)。當(dāng)然使用聲卡也具有局限性，那就是聲卡針對音頻信號（20-20000）Hz設(shè)計的，因此它既不能采集高頻信號，也不能采集低頻信號。22 聲卡的構(gòu)造一般聲卡由聲音控制/處理芯片、功放芯片、聲音輸入/輸出端口等構(gòu)成。聲音控制/處理芯片是聲卡的核心，集成了采樣保持，A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、音效處理等電路。一般多媒體計算機的聲卡的構(gòu)造框圖如下所示聲卡的構(gòu)造框圖對于不同的聲卡，其硬件接口有所不同，一般聲卡有4-5個對外接口。Wave Out（或Line Out）和SPK Out是輸出接口，

6、Wave Out輸出的是沒有經(jīng)過放大的信號，需要外接功率放大器。Mic In和Line In是輸入接口，Mic In接口只能接受較弱的信號，幅值約為0.02-0.2V，很容易受干擾，對于數(shù)據(jù)采集，一般常用Li多數(shù)聲卡的輸入都是雙通道的，在實際數(shù)據(jù)采集中，可以通過3.5mm音頻插頭將信號從聲卡接口引入或引出，可以使用壞的立體聲耳機做一個雙通道的輸入線，剪去耳機，保留線和插頭即可，注意這兩個通道時共地的。3、LABVIEW中與聲卡相關(guān)的函數(shù)節(jié)點在LABVIEW中函數(shù)（Functions）編程（programming）圖形與聲音（Graphics&Sound）聲音（Sounds）子選板下，提

7、供了與聲卡相關(guān)的函數(shù)節(jié)點，如圖所示，這些節(jié)點都是使用Windows底層函數(shù)編寫的，直接與聲卡驅(qū)動聯(lián)系，可以實現(xiàn)與聲卡的快速訪問與操作，具有比較高的執(zhí)行性能. 豈興明等.LABVIEW入門與實踐開發(fā)100例.北京:電子工業(yè)出版社，2011.聲音函數(shù)自選板包含了輸出、輸入和文件3個子選板，他們分別提供聲音輸出、聲音輸入和文件相關(guān)的節(jié)點。對聲音的實時采集主要用到聲音子面板中的聲音采集子函數(shù)，如下圖所示，它從聲音設(shè)備采集數(shù)據(jù)，供別的節(jié)點分析使用。其中的設(shè)備是計算機的聲音設(shè)備，持續(xù)時間是設(shè)置需要采集數(shù)據(jù)的時間，采樣率是設(shè)置采樣率，通常頻率設(shè)置為44.1Hz，22.05Hz和11.025Hz。通道數(shù)是指定

8、采樣的通道數(shù)，對于大多數(shù)聲卡，1為單聲道，2為立體聲。4、LABVIEW程序設(shè)計41程序原理聲音的本質(zhì)是一種波，表現(xiàn)為振幅、頻率、相位等物理量的連續(xù)性變化。聲卡作為語音信號與計算機的通用接口，其主要功能就是將所獲取的模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過DSP音效芯片的處理，將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。聲卡的基本工作流程為：輸入時，麥克風(fēng)獲取的音頻信號通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送到計算機進行播放、錄音等各種處理；輸出時，計算機通過總線將數(shù)字化的聲音信號以PCM(脈沖編碼調(diào)制)方式送到D/A轉(zhuǎn)換器，變成模擬的音頻信號，進而通過功率放大器送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波。42程序結(jié)構(gòu)LABVIEW程序

9、包括兩大部分：一是前面板，二是程序框圖。前面板主要顯示程序的結(jié)果，而程序框圖主要是程序的具體設(shè)計LABVIEW程序框圖LABVIEW前面板程序構(gòu)造過程如下：首先調(diào)用聲音采集子VI，對來自麥克風(fēng)的聲音進行采集，采樣信號的參數(shù)如采樣率、通道數(shù)、分辨率等參數(shù)可以根據(jù)實際情況修改。另一方面是從電腦中通過文件路徑選擇聲音文件。對于采樣的麥克風(fēng)的聲音和文件路徑的聲音文件通過在前面板的波形圖表顯示出來，如上圖的采集波形圖和原有聲音波形，接下來是對采集的信號進行濾波處理，濾波后的信號通過播放聲音文件子VI播放出來，另外一部分是對聲音文件進行頻譜測量處理，測量的結(jié)果同樣用波形圖表顯示波形。接下來用合并信號子VI把兩者的聲音信號進行合并，合并后的信號對于其進行頻譜測量，并用波形圖表進行顯示。 最后實現(xiàn)的功能是把合并的信號進行分解，觀察分解的信號和合并前的信號是否一樣，采用動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子VI進行分解，所分解的結(jié)果用波形圖表顯示43結(jié)果分析當(dāng)點擊程序運行時，我們通過計算機的麥克風(fēng)進行錄音，程序會自動錄入5S，然后對信號進行濾波，頻譜分析等功能，其程序運行結(jié)果如圖所示圖為程序運行的結(jié)果，每個圖形分別顯示了各自的結(jié)果5、結(jié)束語本文主要是通過利用