【正文】 即是儀器” 。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點(diǎn)之一，有了這一點(diǎn)，儀器的開發(fā)和換代時(shí)間將大大縮短。這樣，當(dāng)用戶從一個(gè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)向另一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，就能簡單地構(gòu)造出新的 VI系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。 (1）傳統(tǒng)儀器的面板只有一個(gè)，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。同時(shí)，還可以根據(jù)要求和操作需要來設(shè)計(jì)儀器面板。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 9 (5）虛擬儀器開放、靈活，與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。 表 11 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器 開發(fā)維護(hù)費(fèi)用低 開發(fā)維護(hù)費(fèi)用高 技術(shù)更新周期短（ ～ 1 年） 技術(shù)更新周期短（ 5～ 10 年） 軟件是關(guān)鍵 硬件是關(guān)鍵 價(jià)格低 價(jià)格昂貴 開放、靈活與計(jì)算機(jī)同步，可重復(fù)用和重配置 固定 可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊各儀器 只可連有限的設(shè)備 自動(dòng)化、智能化、多功能、遠(yuǎn)距離傳輸 功能單一，操作不便 虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成 虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 采 集 與 控 制插 入 式 數(shù) 據(jù) 采 集 板G P I B 儀 器V X I / P X I 儀 器R S 2 3 2 儀 器數(shù) 據(jù) 分 析 和 處 理數(shù) 字 信 號 處 理數(shù) 字 濾 波統(tǒng) 計(jì) 分 析數(shù) 值 分 析結(jié) 果 顯 示網(wǎng) 絡(luò) 通 信硬 盤 拷 貝 輸 出文 件 I / O圖 形 用 戶 接 口 圖 12 虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分 對于傳統(tǒng)儀 器，這三個(gè)部分幾乎均由硬件完成；對于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實(shí)現(xiàn)。以美國 NI 公司的軟件產(chǎn)品 LabVIEW 和 LabWindows/CVI 為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺(tái)是當(dāng)前流行的集成化開發(fā)工具。但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當(dāng)難度的。 LabVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件。 傳統(tǒng)的文本式編程是一種順序的設(shè)計(jì)思路，必須寫出執(zhí)行的語句。 基于 LabVIEW 平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì) 所有的 LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖 (Block Diagram)以及圖標(biāo) /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分。在 流程圖中對 VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。 (3）圖標(biāo) /連接設(shè)計(jì)：這部分的設(shè)計(jì)突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設(shè)計(jì)的思想。 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 數(shù)據(jù)采集卡 在當(dāng)今高速發(fā)展的時(shí)代，人們對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求也越來越高，數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域正在發(fā)生著重要的發(fā)展與變化。 數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo) (1）采樣頻率 采樣頻率的高低，決定了在一定時(shí)間內(nèi)獲取原始信號信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個(gè)數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。如果增加到十二位，代碼數(shù)從 8 增加到 212=4096，這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號數(shù)字化表示。電壓取值范圍從 0 到 10V，增益為 50， 則理想分辯電壓是： 1210 V50 * 2V ? μ (5） I/O 通道數(shù) 該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號路數(shù)。將切換進(jìn)入采集卡的信號放大至需要的量程內(nèi)。 (4） A/D 轉(zhuǎn)換器。 數(shù)據(jù)采集 卡 的現(xiàn)狀 目前市場上的數(shù)據(jù)采集 卡 大致有以下幾個(gè)類別 ： USB 數(shù)據(jù) 采集卡、 PCI 數(shù)據(jù)采集卡、 PCI 高速數(shù)據(jù)采集卡、無線數(shù)據(jù)采集卡、 PXI 數(shù)據(jù)采集卡、 PXI 高速數(shù)據(jù)采集卡 、 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡 等。 PXI增加了用于多個(gè)板卡 同步的觸發(fā)總線和 10MHz 參考時(shí)鐘、用于精確定時(shí)的星形觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等。 聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 采集系統(tǒng)的硬件 結(jié)構(gòu) 聲卡 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成如圖 21 所示 。 圖 21 聲卡 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成 采集系統(tǒng)的軟件 采集系統(tǒng)軟件分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析兩大部分，利用 LabVIEW 編制。 相關(guān)配置： 處理器： Intel (R) Pentium (R) Dual CPU T3400 內(nèi)存： 1GB 硬盤： 250GB 顯卡： 512M 聲卡 聲卡 (Sound Card)：聲卡是實(shí)現(xiàn) 模擬信號和 數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換的一種硬件。主要有：輸入輸出 端口 、 總線連接端口、功率放大芯片 、 DSP 處理 芯片 等。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，為了 盡量減少噪音，一種方法是在功放前端加入濾波器來濾掉一些高頻的噪音信號， 另一種 的解決方法是繞過功放，利用聲卡上線路輸出 (Line Out)端口。一片聲音卡通常會(huì)有 Line In/Line Out、 MIC/Speaker Out 兩組輸入輸出插孔及一個(gè) 15pin的 MIDI 接口，而各種聲音卡在制作上都有其考慮，所以會(huì)有些差異。 幾乎每臺(tái)電腦或掌上電腦都有一個(gè)內(nèi)置聲 卡。 聲卡支持以連續(xù)數(shù)據(jù)流模式工作，因此 可完全利用電腦自身的內(nèi)存 （從數(shù)百 MB 到數(shù) GB）或電腦的 硬盤（從數(shù)十 GB 到數(shù)百 GB）來進(jìn)行數(shù)據(jù)的不間斷存儲(chǔ)。對于本課題來說，我們在信號處理時(shí)只需要觀測信號的波形和頻譜分布，因此電腦自帶的聲卡可以滿足要求，因?yàn)槟壳暗穆暱ㄖ辽偈?16 位的，比一般數(shù)字示波器的 8 位或 12 位的采樣位數(shù)高。 目前市面上基于聲卡的虛擬儀器軟件有不少，在本課題中，我們選用 LabView 這一虛擬儀器軟件，因?yàn)?LabVIEW 與其他計(jì)算機(jī)語言 不同，它們之間的 顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而 LabVIEW 使用的是圖形化編輯語言 G 編寫程序，產(chǎn)生的 程序是框圖的形式 ，因此在設(shè)計(jì)過程中我們可以更加直觀、更加便捷地找出設(shè)計(jì)中的問題，并方便地進(jìn)行直觀的修改 。也就是說，信號調(diào)理裝置可以將低壓信號放大，加以隔離使前端和后端不會(huì)相互干擾，濾除各種噪音，以便進(jìn)行更加精確的測量。按照以上標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)或購買信號調(diào)理系統(tǒng)后，還要注意要使調(diào)理電路接線標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù) 采集板卡匹配。使用隔離的原因：是從安全的角度考慮；二是隔離可使從數(shù)據(jù)采集卡讀出來的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響。通常還需要抗混疊濾波器，濾除信號中感興趣的最高頻率以上的所有頻率的信號。 (5）線性化 許多傳感器對被測量的響應(yīng)是非線性的，因而需要對 其輸出信號進(jìn)行線性化，以補(bǔ)償傳感器帶來的誤差。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 19 面向聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 信號調(diào)理 對于基于聲卡的系統(tǒng)，由于聲卡是十分脆弱的 ，為了避免信號源電壓過大而燒壞電路，因此 從傳感器得到的信號大多要經(jīng)過調(diào)理才能進(jìn)入數(shù) 據(jù)采集設(shè)備，信號調(diào)理功能包括放大、隔離、濾波、激勵(lì)、線性化等。 在通常情況下，聲卡話筒輸入口的輸入阻抗在 600 歐～ 50 千歐之間（取決于聲卡），它的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換滿程電壓在 ?1mV～ ?500mV 之間（取決于聲卡），可通過 Windows 控制面板中的錄音控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。若聲卡帶有外部硬件增益調(diào)節(jié)旋鈕，也可由該旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。 聲卡揚(yáng)聲器輸出口的輸出阻抗在 4 歐～ 8 歐之間（取決于聲卡），能輸出大約 2W 的功率。否則可能會(huì)燒壞聲卡甚至電腦。如果聲卡的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換滿程范圍因此受到限幅影響，則可多串聯(lián)一個(gè)硅二極管以將輸入 聲卡的 電壓鉗制在 3=(V) 左右。 圖 32 具有簡單過壓保護(hù)的輸入連接方式 聲卡的輸出連接如下圖 33 所示。 圖 41 系統(tǒng)整體編程圖 聲音初始化模塊 關(guān)于 聲卡初始 化 模塊， LabVIEW 環(huán)境下的功能模板中提供了聲卡的相關(guān) VI 子函數(shù)： SI Config、SI Start。在圖 43 中，顯示了本文中聲音數(shù)據(jù)采集的格式 的具體設(shè)置 ： 單 聲 道 、 44100Hz 的采樣率， 16位的 采樣位數(shù) 。隨著時(shí)間的推移，前次緩存里的數(shù)據(jù)會(huì)被清空，新的數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)來。 此外，聲音格式中設(shè)置的 音頻采集參數(shù)簇 除 輸送給 SI config 值 外 ，還有一路要經(jīng)過一個(gè)解簇函數(shù)（ unbundle），將采樣率分解出來，輸送給一個(gè) case 函數(shù)。那么當(dāng)解簇函數(shù)輸出一個(gè)采樣率的枚舉時(shí)，例如 44100，它對應(yīng) case 中的字符串 ”44100” ，如圖 45 所示，而這是 case 結(jié)構(gòu)中的子函數(shù)為數(shù)值型的 44100控件，這樣就把采樣率轉(zhuǎn)換為數(shù)值型參與到后面的運(yùn)算中了。 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊主要進(jìn)行對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行波形建立，將信號轉(zhuǎn)化為可直觀觀測的波形，主要通過 建立波形函數(shù) ， 隨后再對其進(jìn)行頻譜分析， 如圖 47 所示 。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 25 dt 則 來自采樣率的大小，采樣率越大，經(jīng)過倒數(shù)運(yùn)算，輸出越小，而 dt 越小，采樣生成的波形就越細(xì)膩。 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 圖 49 原始信號 圖 410 頻譜分析后的信號波形 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 27 圖 411 加 hanning 窗后的信號波形 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 結(jié) 論 利用電腦及聲卡，配上適當(dāng)?shù)亩喙δ芴摂M儀器軟件，即可將電腦變?yōu)榈囊慌_(tái)在音頻甚至略超音頻的范圍內(nèi)工作的多功能測試儀器。其實(shí)大多數(shù)情況下的波形觀察、頻譜分析等 都是相對測量，并不要求對聲卡先進(jìn)行幅度標(biāo)定。 龔老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、工作熱情負(fù)責(zé)、待人真誠、關(guān)心學(xué)生，龔老師豐富的專業(yè)知識(shí)、求真務(wù)實(shí)的科學(xué)研究作風(fēng)都深深地影響了我，讓我有一個(gè)良好的心態(tài)對待畢業(yè)設(shè)計(jì)，并從中學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識(shí)，這些都將成為我人生中一筆寶貴的財(cái)富。淳靜 。1984， 04. [5] 肖忠祥 。王學(xué)偉 。劉舉平 。夏志忠 。冶金企業(yè)自動(dòng)化、信息化與創(chuàng)新 —— 全國冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)建網(wǎng) 30 周年論文集 [C]。20xx 年 03 期 . [10] 蔣帥鋒 。第七屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 [C]。第十六屆全國煤炭自動(dòng)化學(xué)術(shù)年會(huì)、中國煤炭學(xué)會(huì)自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 [C]。20xx —— 全國第 18 屆計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用（ CACIS）學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 [C]。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 33 致 謝 時(shí)間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方方面面都有很大的進(jìn)步。郭謙功老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。 另外，我還要感謝大學(xué)四年和我一起走過的同學(xué)朋友對我的關(guān)心與支持，與他們一起學(xué)習(xí)、生活，讓我在大學(xué)期間生活的很充實(shí)，給我留下了很多難忘的回憶。 回首四年，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。 在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵(lì)和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。 他無論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導(dǎo)。是他們在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵(lì)，給了我很多解決問題的思路，在此表示衷心的感激。 學(xué)友情深，情同兄妹。 四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?，心中是無盡的難舍與眷戀。再次對周巍老師表示衷心的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利 完成這次設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明 本人完全了解 濱州學(xué)院 關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。 論文密級： □ 公開 □ 保密 （ ___年 __月至 __年 __月） (保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議 ) 作者簽名： _______ 導(dǎo)師簽名： _______ _______年 _____月 _____日 _______年 _____月 _____日 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 獨(dú) 創(chuàng)