【正文】 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計 (論文 )，是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果?；?LabVIEW 的虛擬音頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分析與設計 [A]。李江 。鮑恝 。計算機波形文件的聲卡生成技術 [J]。于娜 。華東交通大學學報 。 20xx, (08). [7] 梅秀莊 。20xx， 02. [6] 王琳 。測控技術， 20xx（ 3）： 6163. [3] National LabVIEW to Create Multithreaded Vis [M].Texas: National Instruments,20xx. [4] 邵鐘武 。 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 30 參考文獻 [1] National User Manual[M].Texas:National Instruments,20xx. [2] 劉國福 。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 29 致謝 語 本次畢業(yè)設計整個過程和論文的完成都是在導師龔俊鋒博士的悉心指導下完成的，論文的選題、設計方案、系統(tǒng)實現(xiàn)和本文寫作都 得到了龔老師的全方位指導。測試的精度跟聲卡硬件和虛擬儀器軟 件的質量有關，可根據(jù)具體的測試目的和對測試精度的要求來選擇虛擬儀器軟件和聲卡硬件。 圖 48 dt 的倒數(shù)運算 起始時間 t0 的輸入，它 是 由一個數(shù)值型的控件或常數(shù)經(jīng)過一個 to time stamp 函數(shù)轉換為時間型的數(shù)據(jù)。 t0 端口為生成波的起始時間， dt 為兩采樣點之間的間隔時間。 SI Read 函數(shù)直接讀取緩存 (buffer)里的數(shù)據(jù)，如果緩存中已經(jīng)有數(shù)據(jù)的話，它就會返回給 SI Read，如果緩存里還沒有到達數(shù)據(jù)的話，那么 SI Read 一直會等，直到緩存里有了數(shù)據(jù)。而 case 函數(shù)的選擇器端口為字符串型或枚舉類型時， case 結構的圖框表示符的值為由雙引號括起來的字符串。如果提示溢出錯誤，則將此值設置大一點。只有經(jīng)過配置后，聲音數(shù)據(jù)才能被 SI START， SI READ 等程序調用從而進行數(shù)據(jù)的傳輸。 聲卡初始化模塊， 主要完成聲卡采樣頻率、采樣位數(shù)、緩沖區(qū)大小等參數(shù)的設置 ，編程圖如圖 42 所示 。由于聲卡的輸出阻抗很小，當連接到外部電路時通常將不會遇到任何阻抗匹配的問題。 最簡單的衰減方法就是在信號與聲卡之間添加一個串聯(lián)電阻，由此電阻與聲卡的輸入阻抗構成一個分壓電路，電阻的阻值越大，衰減比越大，此測量電路的輸入阻抗越高。 圖 31 最簡單的輸入連接方式 左聲道 地 右聲道 至聲卡的話筒輸入或線路輸入 自被測電路輸出 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 20 為避免過大的電壓 意外地 進入聲卡，可采用如下 圖 32 的限壓電 路。 最簡單的輸入連接就是直接將被測信號連到聲卡的線路輸入口或話筒輸入口，如圖 31 所示。 聲卡線路輸出口的輸出阻抗在 20 歐～ 500 歐之間（取決于聲卡），能輸出大約 2V 的信號。話筒輸入口通常只允許單通道輸入。 對于基于聲卡的系統(tǒng)，被測信號應連接到聲卡的話筒輸入口或線路輸入口。 (6）數(shù)字信號調理 即使傳感器直接輸出數(shù)字信號，有時也有必要進行調理，其作用是將傳感器輸出的數(shù)字信號進行必要的整形或電平調整。 (4）激勵 信號調理也能夠為某些傳感器提供所需的激勵信號，比如應變傳感器、熱敏電阻等就需要外界電源或電流激勵信號。 (3）濾波 濾波的目的是從所測量的信號中除去不需要的成分。信號調理模塊應盡可能靠近信號源或傳感器，使得信號在受到傳輸信號的環(huán)境噪聲影響之前已被放大，使信噪比得到改善。信號調理還要使信號轉化為數(shù)據(jù)采集板卡可以接受的方式，例如：電流信號變?yōu)殡妷盒盘柕?，還要將信號控制在數(shù)據(jù)采集板卡量程范圍內(nèi)。 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 18 第三章 面向 聲卡 的信號調理電路 通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號調理 一般的數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)中有許多噪聲干擾，會影響信號質量 ； 或系統(tǒng)信噪比過低； 或信號源電壓過高，會破壞電路等， 從而影響整個系統(tǒng)的操作，因此由信號源產(chǎn)生的信號一般不能直接被數(shù)據(jù)采集板卡利用，需要進行信號 調理。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 17 聲卡 數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng) 的 設計軟件 —— LabView 今天，個人電腦的運算速度和存儲能力已遠非二十年前的 286 中央處理器、 1MB 內(nèi)存、 10MB 硬盤空間可比，可實時進行包括頻譜分析所需要的快速傅里葉變換（ FFT）等在內(nèi)的復雜運算，這使得以前需要采用的極其昂貴的獨立式傳統(tǒng)儀器才能實現(xiàn)的功能，而近幾年發(fā)展迅猛的虛擬儀器軟件則可免除傳統(tǒng)儀器高成本的煩惱，通過在虛擬儀器的開發(fā)平臺上建立一個虛擬的數(shù)據(jù)采集、處理平臺，對聲卡所采集到的外部信號進行直觀處理，并輸出，使用虛擬儀器軟件的優(yōu)勢在于它的成本比傳統(tǒng)儀器低了很多，而且維護方便，可不斷升級 。 聲卡的選擇 聲卡的選擇對于系統(tǒng)而言是十分重要的。它在音頻范圍內(nèi) 具 有平滑的頻率響應，采樣頻率 通常為 48kHz，最大 可達 192kHz，采樣 位數(shù)通常為 16bit，最大 可達 24bit。 聲卡 數(shù)據(jù)采集 的特點 基于聲卡的虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成部分是由傳感器部件、信號調理 、 信號采集部件（聲卡）、通用計算機構成。 輸入輸出端口 聲卡的輸入輸出端口負責原始信號的輸入與處理后信號的輸出。 功率放大芯片 從聲音處理芯片出來的信號還不能直接推動喇叭放出聲音，絕大多數(shù)聲卡都帶有功率放大芯片(簡稱：功放 )以實現(xiàn)這一功能。從結構上分，聲卡可分為模數(shù)轉換電路和數(shù)模轉換電路兩部分 ,模數(shù)轉換電路負責將輸入設備采到的信號轉換為電腦能處理的數(shù)字信號；而數(shù)模轉換電路負責將電腦使用的數(shù)字信號轉換為模擬信號 。 傳感器 信號調理 程 控 放 大 A / D 轉 換 器 采樣 / 保持器 計算機 被測物理量 聲卡 信號處理、記錄 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 15 PC 機 虛擬儀器就是 利 用計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力代替以往需要硬件電路才能完成的功能，所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件運行的計算機平臺的選擇至關重要。信號 處理與 記錄采用計算機，計算機內(nèi)置的聲卡作為 A/D轉換設備。 這些數(shù)據(jù)采集卡 種類繁多， 有著各自的優(yōu)點， 但卻有著普遍的共同點，那就是價格高昂，成本過高 ，這對于設計一個簡而易用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言負擔過重 。 PXI(PCI eXtension For Instrumentation)是 Compact PCI 總線在儀器領域的擴展，是一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。 目前，通常將采樣保持器和 A/D 轉換器集成在同一塊芯片上。 (3）采樣保持器。將各路信號輪流切換至放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集 。一般最好能夠使進入采集卡的電壓范圍剛好與其符合，以便利用其可靠的分辨率范圍。例如，三位的 A/D 轉換把模擬電壓范圍分成 23=8 段，每段用二進制代碼在 000到 111 之間表示。 (2）采樣方法 采集卡通常都有好幾個數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個放大器和 A/D 轉換器，要比每個通道單獨使用各自的經(jīng)濟的多，但這僅適用于對時間不是很重要的場合。 數(shù)據(jù)采集板卡的性能與眾多因素相關，要根據(jù)具體情況來具體分析。而在 LabVIEW 中提供的圖標 /連接工具正是為實現(xiàn)模塊化設計而準備的。 如果將 VI 與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對應的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線端子相當于傳統(tǒng)儀器箱內(nèi)的硬件電路。但并非畫出兩個控件后程序就可以運行，在前面板后還有一個與之對應的流程圖。 利用 LabVIEW ，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的 32 編譯器。 LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬 件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，是一個功能強大且靈活的軟件。這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能。隨著軟件技術的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)的模塊化、復用化，和各種硬件儀器驅動軟件的模塊化、標準化，虛擬儀器軟件開發(fā)將變得更加快速、方便。 虛擬儀器的軟件結構 虛擬儀器技術的核心是軟件，其軟件基本結構如圖 13 所示。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結果顯示三部分組成。這種結合基本有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。 (7）可方便地存貯和交換測試數(shù)據(jù)，測試結果的表達方式更加豐富多樣。 (3）儀器的功能是由用戶根據(jù)需要用軟 件來定義，不是事先由廠家定義的。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復雜的功能。它可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀 器全部功能且操作靈活。源代碼庫函數(shù)為用戶構造自己的虛擬儀器（ VI）系統(tǒng)提供了基本的軟 件模塊。虛擬儀器以通用計算機和配備標準數(shù)字接口的測量儀器（包括 GPIB、 RS232 等傳統(tǒng)儀器以及新型的 VXI 模塊化儀器）為基礎，將儀器硬件連接到各種計算機平臺上，直接利用計算機豐富的軟硬件資源，將計算機硬件（處理器、存儲器、顯示器）和測量儀器（頻率計、示波器、信號源）等硬件資源與計算機軟件資源（包括數(shù)據(jù)的處理、控制、分析和表達、過程通訊以及圖形用戶界面）有機的結 合起來。所謂虛擬儀器是基于計算機的軟硬件測試平臺，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng)之中；可自由構建 成專有儀器系統(tǒng)。 A/D 轉換器是采樣通道的核心，因此 A/D 轉換器是影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速率和精度的主要因素之一。這樣，在多路開關改變其通道序號時，程控放大器也由相應的一組數(shù)碼控制改變放大倍數(shù)，即為每個模擬通道提供最合適的放大倍數(shù)，它的使用大大拓寬了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的適應面。 . 程控放大器 在數(shù)據(jù)采集時，來自傳感器的模擬信號一般都是比較弱的低電平信號。在不要求高速采樣的場合，一般采用公共的 A/D轉換器，分時對各路模擬量進行模 /數(shù)轉換，目的是簡化電路，降低成本。 現(xiàn)行通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 構成 現(xiàn)行通用 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng) 主要由硬件和軟件兩部分組成，它是由傳感器、模擬多路開關、程控放大器、采樣 /保持器、 A/D 轉換器、計算機等部分組成 。隨著科學技術的進步，特別是以傳感器技術、通信技術和計算機技術為基礎的現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，以及測試理論的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術的發(fā)展也是日新月異。 關鍵詞： 聲卡 LabVIEW 數(shù)據(jù)采集 系 統(tǒng) 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 4 The design of sound card date collection’s system based on the labview Gao Fan 20xx Electronics and Information Engineering Sanming University, Sanming, Fujian 365004 Abstract: This paper describes the data acquisition system which based on sound card is developed by LaView. In this system, the sound card is used to replace the mon data acquisition card to act as signal recorder, and then realized the acquisition of many kinds of signals, A/D or D/A convertion and processing. At last, the structure and principle are explained. Keywords: sound card LabVIEW Data Acquisition System 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 5 第一章 引言 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述 數(shù)據(jù)采集在現(xiàn)代科學技術、工業(yè)生產(chǎn)和國防科技等諸多領域中應用十分廣泛，它的現(xiàn)代化已被認為是科學技術、國防現(xiàn)代化的重要條件和明顯標志。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使 用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保