1、實驗七：基于聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1實驗?zāi)康模?）學(xué)習(xí)用聲卡作為數(shù)據(jù)采集裝置的LabVIEW編程方法；（2）從設(shè)計中深入理解虛擬儀器的組成，理解數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析的重要性，用LabVIEW實現(xiàn)測試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)；（3）實驗的應(yīng)用：目前的測試教學(xué)實驗中常常要用到A/D采集卡，而A/D采集卡價格不菲，以實驗室有限的經(jīng)費(fèi)，不能較多地購置以供同學(xué)們實驗使用。進(jìn)而考慮計算機(jī)中的聲卡本身就是一個A/D、D/A的轉(zhuǎn)化裝置，而且造價低廉，性能穩(wěn)定，在教學(xué)實驗中完全可以滿足實驗的需求，可以進(jìn)一步開發(fā)研制一個廣泛應(yīng)用的測試教學(xué)實驗系統(tǒng)。2實驗設(shè)備、儀器計算機(jī)、聲卡、LabVIEW軟件，其組成如下圖。3實驗任務(wù)設(shè)計一個基于

2、聲卡的頻譜分析儀，它可以采集從麥克風(fēng)輸入的聲音，儀器可以調(diào)節(jié)采樣頻率、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小等，可顯示其波形，并對波形作幅值譜分析。4實驗原理4.1聲卡簡介聲卡是現(xiàn)在計算機(jī)中非常常見的一個組件，是多媒體的標(biāo)準(zhǔn)配置。目前市場上的一般聲卡按照其位數(shù)可以分成8位和16位：8位：8位聲卡把音頻信號的大?。ㄒ袅浚┓殖?56個等級（0255）。16位：16位聲卡把音頻信號的大小分成為65536個等級（065535）。位數(shù)的每一等級對應(yīng)一個相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。在聲音錄入（采樣）時，按其音量大小給定一個二進(jìn)制數(shù)，播放時按此二進(jìn)制數(shù)實施還原。顯然，在LabVIEW軟件中，對于聲卡的聲道可以分為mono8-bit（單聲道8

3、位）、mono16-bit（單聲道16位）、stereo8-bit（立體聲8位）、stereo16-bit（立體聲16位）。其中，16位聲道比8位聲道采樣的信號質(zhì)量好，立體聲（stereo）比單聲道（mono）采樣信號好，采樣的波形穩(wěn)定，而且干擾小。另外，用單聲道采樣，左右聲道信號都相同，而且每個聲道的幅值只有原來幅值的1/2;用立體聲采樣，左右聲道信號互不干擾，可以采兩路不同的信號，而且采樣的信號幅值與原幅值相同。聲卡的采木頻率（rate）有4種選擇，即8000Hz、11025Hz、22050Hz、44100Hz,采樣頻率不同，采到波形的質(zhì)量也不同，應(yīng)該根據(jù)具體情況而采用合適的頻率。4.2L

4、abVIEW中有關(guān)聲卡的函數(shù)簡介LabVIEW中提供了一系列使用Windows底層函數(shù)編寫的與聲卡有關(guān)的函數(shù)。這些函數(shù)集中在下圖所示的SoundVI下。由于使用Windows底層函數(shù)（不是更高級更方便的MCI函數(shù)以及DirectX接口）直接與聲卡驅(qū)動程序打交道，因此封裝層次低，速度快，而且可以訪問、采集緩沖區(qū)中任意位置的數(shù)據(jù)，具有很大的靈活性，能夠滿足實時不間斷采集的需要。Beep中SoundSndReadWaveformSoundOutputSoundInputInfoSI7SOWE圖SoundVI本節(jié)主要關(guān)心的是SoundOutput和SoundInput這兩個子模板。下表是SoundIn

5、put中提供的函數(shù)。表SoundInput函數(shù)簡介圖標(biāo)函數(shù)名稱功能說明COMFIGmSIConfig該函數(shù)的功能是設(shè)置聲卡中與數(shù)據(jù)米集相關(guān)的一些硬件，如米樣率、數(shù)據(jù)格式、緩沖區(qū)長度。聲卡的采樣率由內(nèi)部時鐘控制，只有34種固定頻率可以選擇，一般采樣頻率設(shè)置為44100Hz,數(shù)據(jù)格式設(shè)置為16位字長。緩沖區(qū)長度可取默認(rèn)值。IcTAHI典SIStart該函數(shù)用于通知聲卡開始米集外部數(shù)據(jù)。米集到的數(shù)據(jù)會被暫存在緩沖區(qū)中，這一過程尢需程序十預(yù)，由聲卡硬件使用DMA直接完成，保證了采集過程的連續(xù)性。該函數(shù)用于等待數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿的消息。當(dāng)產(chǎn)生這一消息時，它將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容讀取到用戶程序的數(shù)組中，產(chǎn)一個采集數(shù)

6、據(jù)集合。升計算機(jī)速度不夠快，使得緩沖區(qū)內(nèi)容被覆蓋，則點(diǎn)0|豳SIRead會產(chǎn)L個錯誤信息。這時應(yīng)調(diào)節(jié)緩沖區(qū)大小，在米樣時間與讀取數(shù)據(jù)之間找到一個理想的平臺。STOP1誦SIStop該函數(shù)用于通知聲卡停止米集外部數(shù)據(jù)。已米集而未被讀出的數(shù)據(jù)會留在緩沖區(qū)中，可以使用SIRead函數(shù)一次完成。ICLEAR咽SIClear該函數(shù)用于完成最終的清理工作，例如關(guān)閉聲卡的米樣通道，釋放請求的一系列系統(tǒng)資源（包括DMA緩沖區(qū)內(nèi)存、聲卡端口等）由上面的介紹可以看出，使用LabVIEW構(gòu)建基于聲卡的虛擬儀器思路是相當(dāng)清晰的。實際的數(shù)據(jù)采集流程如下圖所示，這個流程與一般數(shù)據(jù)采集卡并無多大差別。圖聲卡數(shù)據(jù)采集的流程聲

7、音的輸出是聲卡的主要功能。SoundOutput中提供的有關(guān)聲音輸出的函數(shù)比SoundInput的函數(shù)相對多一些，有：SOClearSOStopSOConfigSOVolumeSOPauseSOWaiteSOStartSOWriteSOSetNumBuffers5實驗步驟1 .選才FFile>>New,打開一個新的前面板窗口。2 .從AllControl>>Graph中選擇2個WaveformGraph放到前面板中。3 .在第一個WaveformGraph的標(biāo)簽文本框中輸入"TimeWaveform”。4 .在第二個WaveformGraph的標(biāo)簽文本框中輸入

8、“Spectrum”,然后在其屬性對話框選擇Scales,將縱坐標(biāo)的name改為Magnitude。5 .Windows>>ShowBlockDiagram打開流程圖窗口。從功能模塊中選擇對象，將它們放到流程圖上組成下圖；ICompUl:呂th已ipettrurnuF己匚quirBd$ciundSound0-3*0|dt芍15,口位加而L卜m|deyice|BufFgr$識目MiCONFIGSVSTART51REHDSISTOP&回CLERRConfiguresoundcard切input圖流程圖該流程圖中新增加的控件有WhileLoop、CaseStructure、SIC

9、onfig、SIStart、SIRead、SIStop、SIClear、BuildWaveformTimeWaveform是由前面板的設(shè)置后自動帶出來的；、以及減法器、等等，Spectrum、6.由Functions>>Numeric中拖出;7.從Functions>>Structure中選擇While循環(huán)、Case結(jié)構(gòu)，把它們放置在流程圖中。將其拖至適當(dāng)大小，再將相關(guān)對象移到循環(huán)圈內(nèi)。8.COMFIG?TRRTR晶D8鉆PCLEfll?I研皿0W暇中I旬I©/從Functions>>Graphics&Sound>>Sound&

10、gt;>SoundInput中選擇SIConfig、SIStart、SIRead、SIStop、SIClear,按圖1-3所示將連續(xù)的模出和連續(xù)的模入通過Error的數(shù)據(jù)線相互關(guān)聯(lián)在一起。即即J忖從匕HJGraphics&SoundoHFuriI.Hiriiq§日日irh|(MagPhase).vi拖出;11.厘亙從由Functions>>Numeric>>Conversion>>ToTimeStamps拖出;14.用連線工具將各對象按流程圖所示連接起來;12.的errorout,用create中導(dǎo)出個cluster國,選TF得至IJ

11、;13.臼西可從15.選才FFile>>Saveas,把該VI保存為SoundSpectrum在希望的目錄中，在前面板中，單擊Run（運(yùn)行）按鈕，運(yùn)行該VI。運(yùn)行后，對麥克風(fēng)輕輕哼一個小調(diào)，所得到的聲音波形mono022050巨卻用create中導(dǎo)出一個cluster卜8bitTI1選(22050)rate得9.從laR1Q麴Functions>>BuildWaveform中選擇BuildfrO三口ndInpu:CLEARREADSUCOHfIGMTWaveform15ourdfem漱IGSJI'1一向；10.幅值譜分析IbtI從Functions>>Analyze>>WaveformeMeasurements>>FFTSpectrumGraphics&5oundSoundSoundInput和其幅值譜顯示如下:bitspersarnieTimeWdveTormiWaw時armiBufferSize