虛擬儀器課程設(shè)計(jì)--基于聲卡的音頻采集分析儀與信號發(fā)生器設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-01-02 03:04 本頁面
【正文】 設(shè)計(jì)選題概述虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測試平臺。虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng),且功能靈活,很容易構(gòu)建,所以應(yīng)用面極為廣泛。目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境是美國國家儀器公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品。它是將儀器裝入計(jì)算機(jī)中, 以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托, 可以實(shí)現(xiàn)各種儀器的功能。LabVIEW是一種圖形化編程語言，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室,主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域,適用于多種不同的操作系統(tǒng)平臺。與傳統(tǒng)C、C++等編程語言不同，LabView采用強(qiáng)大的圖形化語言編程,面向測試工程師而非專業(yè)程序員，編程方便,人機(jī)交互界面直觀友好，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集是信號分析與處理的一個重要環(huán)節(jié)，在許多工業(yè)控制與生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控中，都需要對各種物理量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。但是，專用數(shù)據(jù)采集卡的價格一般比較昂貴，而我們PC機(jī)的聲卡就是一個很好的雙通道數(shù)據(jù)采集卡。實(shí)際測量中，在滿足測量要求的前提下，可以充分利用計(jì)算機(jī)自身資源，完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)，從而節(jié)省成本。要在LABVIEW環(huán)境中進(jìn)行對聲卡采集編程，就是運(yùn)用常用周期信號及測試領(lǐng)域特殊信號的雙通道模擬輸出。由于專用數(shù)據(jù)采集卡成本比較昂貴、而且和計(jì)算機(jī)兼容性比較差等缺點(diǎn)，這個論文就是應(yīng)用性能良好、價格低廉的計(jì)算機(jī)聲卡設(shè)計(jì)一套基于LabVIEW的信號采集分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有雙通道、高保真、22KHz甚至44KHz的采樣率，實(shí)現(xiàn)了音頻信號的實(shí)時采集、實(shí)時存儲、回放、信號分析（時域分析和頻域分析）等多種功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該設(shè)計(jì)方案具有設(shè)計(jì)簡便、成本低、通用性高、擴(kuò)展性好、界面大方簡潔等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工程測量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等環(huán)境。第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容要求具備數(shù)字存儲示波器、信號分析儀和信號發(fā)生器三個主要功能模塊，其中數(shù)據(jù)存儲示波器與分析儀整合在一個界面，信號發(fā)生器在另一個界面，共兩個界面；兩個組成部分可以分別獨(dú)立完成；信號采集模式可以在單次和連續(xù)兩種方式間進(jìn)行切換，采集的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行存儲，類型為TXT類型，數(shù)據(jù)存儲要求使用子VI實(shí)現(xiàn)；對于信號發(fā)生器，應(yīng)具備單次發(fā)生和連續(xù)發(fā)生兩種形式，并且要求可以疊加各種噪聲，信號類型和參數(shù)可調(diào)，具備雙通道發(fā)生，同時兩個通道信號能夠疊加為一個復(fù)合信號；另外支持讀取數(shù)據(jù)文件作為信號來源，數(shù)據(jù)文件類型為TXT，數(shù)據(jù)讀取用子VI實(shí)現(xiàn)。時頻分析儀應(yīng)該能夠完成大部分時域和頻域分析，可實(shí)現(xiàn)對原始信號分析前的加窗，實(shí)現(xiàn)濾波器操作，頻譜分析，原始數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)可進(jìn)行保存，示波器的各個參數(shù)靈活可調(diào)并且可以將已存數(shù)據(jù)重新載入進(jìn)行分析觀察。分析結(jié)果的橫縱坐標(biāo)物理意義必須明確，并與實(shí)際情況相符。濾波器截止頻率值要求用實(shí)際頻率作為輸入。分析儀的分析對象可以是采集的真實(shí)信號、模擬的仿真信號或數(shù)據(jù)文件中存儲的信號。第三章 設(shè)計(jì)思想及原理利用噪聲信號子VI，可實(shí)現(xiàn)疊加各種噪聲，通過調(diào)節(jié)前面板的顯示器及控件來觀察任意波形并改變參數(shù)；雙通道數(shù)字存儲示波器通過信號分析子VI 動態(tài)實(shí)現(xiàn)部分概率與統(tǒng)計(jì)的分析功能，通過濾波、加窗、快速傅立葉變換對信號進(jìn)行分析并在前面板上顯示分析結(jié)果。第四章 設(shè)計(jì)相關(guān)理論基礎(chǔ)知識 聲卡采集原理聲卡采集系統(tǒng)原理框圖如下圖1所示。它主要由聲源、信號調(diào)理模塊、計(jì)算機(jī)聲卡以及安裝于計(jì)算機(jī)機(jī)上的LabVIEW軟件等幾部分組成。圖1工作過程為：輸入時，測試信號首先經(jīng)過信號調(diào)理電路，利用PC機(jī)聲卡的麥克風(fēng)輸入或線路輸入作為信號的輸入端口，將獲取到的模擬音頻信號經(jīng)過左右兩個通道和A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，通過LabVIEW編寫的采集程序進(jìn)行各種處理和保存；輸出時，經(jīng)過采集系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)通過總線將數(shù)字化的信號以PCM方式送到D/A轉(zhuǎn)換器，編程模擬的音頻信號由線路輸出端口通過耳機(jī)或音響轉(zhuǎn)換為音波播放出來。信號調(diào)理電路：在信號進(jìn)入聲卡之前必須經(jīng)過信號調(diào)理，主要包括信號的放大、濾波、隔離和線性化處理，以使其能夠被聲卡正確的識別。聲卡的麥克風(fēng)輸入端具有高增益放大器，會使得信號產(chǎn)生較大失真，所以選擇線路輸入信號時，其輸入電壓應(yīng)為1～+1V。聲卡：計(jì)算機(jī)的聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡，其A/D轉(zhuǎn)換功能已經(jīng)成熟，
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