【正文】 ，它可以接入幅值約為不超過 的信號。 聲卡的主要技術(shù)參數(shù) （ 1）采樣的位 數(shù) 采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度。比較之下，一段相同的音樂信息， 16位聲卡能把它分為 64000 個(gè)精度單位進(jìn)行處理，而 8 位聲卡只能處理 256 個(gè)精度單位，最終采樣效果當(dāng)然是無法相提并論的。對 20kHz 范圍內(nèi)的音頻信號，最高的采樣頻率才 48kHz，雖然理論上沒有問題，但似乎余量不大。 （ 3）緩沖區(qū) 與一般數(shù)據(jù)采樣卡不同，聲卡面臨的 D/A 和 A/D 任務(wù)通常是連續(xù)狀態(tài)的。以輸入聲音的 A/D 變換為例，每次轉(zhuǎn)換完畢后，聲卡控制芯片都將數(shù)據(jù)存放在緩沖區(qū)，待緩沖區(qū)滿時(shí)，發(fā)出中斷給 CPU， CPU 響應(yīng)中斷后一 次性將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)全部讀走。 一般聲卡使用的緩沖區(qū)長度的默認(rèn)值是 8KB（ 8192 字節(jié)）。 聲卡的頻率范圍與頻率響應(yīng) 人耳對頻率的感覺從 20Hz 到 20kHz 之間，而聲卡的頻率響應(yīng)上限范圍在 20kHz。一般來說，這里的設(shè)置有兩層含義，首先是要配置所需的功能，其次是要保證已經(jīng)配置的功能不處于關(guān)閉（靜音）狀態(tài)。如圖 22（ a）所示。如果測試輸入信號，則使用測試線 1 把信號源連接到聲卡輸入端 Line In 口；如果測試輸出信號，就把該測試線連接到聲卡輸出端 Line Out 口。 初始化 聲卡 信號采集 波形顯示 低通濾波 LABVIEW 模塊 程序的結(jié)構(gòu)圖 程序的 結(jié)構(gòu)圖如圖 32 所示： 圖 32 程序的結(jié)構(gòu)圖 LABVIEW 簡介 LABVIEW 是（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺）是一個(gè)程序開發(fā)環(huán)境。無論是使用基于計(jì)算機(jī)的插入式儀器設(shè)備，還是使用 GPIB， VXI， Ether 接口或是串口的獨(dú)立儀器設(shè)備， LABVIEW 內(nèi)置的驅(qū)動程序庫和具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動軟件都可以對儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制。 LABVIEW 具有許多特性，能使測量和自動化應(yīng)用方案完成適用于用戶企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，能將應(yīng)用方案以網(wǎng)頁的形式發(fā)表，或在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。 DLL 提供最大的靈活性，可以將 LABVIEW 與其他開發(fā)工具如 VB， VC 和 NI 的 Measurement Studio 結(jié)合起來。 G 語言是一種適合應(yīng)用于編程任務(wù)，具有擴(kuò)展函數(shù)庫的通用編程環(huán)境。 LABVIEW 程序組成 該環(huán)境包括三個(gè)部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo) /連接端口。 一個(gè)程序前面板都對應(yīng)著一段框圖程序。節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)連線按照一定的邏輯關(guān)系相互連接，可定義框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向?？刂贫丝诤椭甘径丝谟糜谇懊姘鍖ο?，當(dāng) VI 程序運(yùn)行時(shí)，從控制輸入的數(shù)據(jù)通過控制端傳遞到框圖程序，供其中的程序使用，產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)再通過指示端口傳輸?shù)角懊姘鍖?yīng)的指示中顯示?？刂屏鲌?zhí)行的是指令驅(qū)動，而數(shù)據(jù)流執(zhí)行的是數(shù)據(jù)流驅(qū)動或依賴數(shù)據(jù)的 。 數(shù)據(jù)采集和處理模塊 數(shù)據(jù)采集模塊是虛擬軟件的硬件驅(qū)動部分，在這里主要是利用 LABVIEW 里面的聲卡函數(shù)完成聲卡的硬件參數(shù)設(shè)置、啟動聲卡采集數(shù)據(jù)、等待采樣數(shù)據(jù) 緩沖區(qū)滿的消息、通知聲卡停止采集等任務(wù)。另外，用單聲道采樣，左右聲道信號都相同，而且每個(gè)聲道的幅值只有原信號幅值的 1/2；采用立體聲采樣，左右聲道互不干擾，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。而在采樣率的選擇方面，我采用了一個(gè) case 循環(huán)，目的是在采樣率為 44100Hz 的條件下，在循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)。 1） Functions → Structures → While Loop 選擇 While 循環(huán)。 4） 右鍵點(diǎn)擊 SI Config 函數(shù)的 Buffer Size 輸入，選擇 create control，自動生成無符號長整數(shù)類型的控鍵。 6)聲卡參數(shù)設(shè)置如如圖 331 圖 331 數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置 虛擬儀器 Sound Input Configure .Vi 的前面板如圖 34所示。 圖 35 Sound Input Configure .Vi 的后面板 程序說明： Sound Input Configure， 該函數(shù)的主要功能是設(shè)置聲卡中與數(shù)據(jù)采集有關(guān)的一些硬 件參數(shù)，如采樣率，數(shù)據(jù)格式，緩沖區(qū)長度等。 Sound → Sound → Input → Configure 選擇 configure函數(shù)。當(dāng)產(chǎn)生這一消息時(shí)，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)生一個(gè)數(shù)據(jù)采樣集合。 Sound → Sound → Input → Read 選擇 read 函數(shù)。 Sound → Sound → Input → Clear 選擇 clear 函數(shù)。 正弦波 ： 公式為 y=Asin(ωx+φ ） A 為振幅， ω 周期， φ 相位。 方波不一定是交流波。 1=x2 輸入 f[x_]:=f[x2] /。具體實(shí)現(xiàn)如圖311，控制如圖 312 圖 311 模擬波形實(shí)現(xiàn)模 塊后面 板 模擬波形實(shí)現(xiàn)模塊前面板 如圖 312 所示 ： 圖 312 模擬波形實(shí)現(xiàn)模塊前面板 程序說明： 兩個(gè)通道的波形疊加成一個(gè)需要的波形，進(jìn)行分析等！當(dāng)聲卡沒有采集數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以用 labview 模擬的數(shù)據(jù)波形代替通過聲卡采集到的波形。 后面板實(shí)現(xiàn)模塊如圖： 前面板演示如圖 313，可以設(shè)定截止頻率： 圖 313 前面板演示圖 低頻濾波 器配置方法 如圖 314 所示 : 314 頻譜分析模塊 的前面板 波形 顯示模塊 波形 顯示模塊如圖 315 所示 ： 圖 315 波形 顯示模塊 程序說明： 波形顯示控件可以手動調(diào)整 X、 Y軸的最大值和最小值，這樣可以更準(zhǔn)確的分析波形。 4 程序設(shè)計(jì) 顯示 程序的使用方法 程序的環(huán)境 本 程序是在 labview 環(huán)境下編寫的，用高版本可以查看此程序，低版本是打不開的。 圖 41 程序前面板 聲卡配置 1 采樣頻率 系統(tǒng)能測試到的最高頻率與電路所選器件的性能有關(guān) ，本論文選用聲卡的最高采樣頻率為 ，根據(jù)采樣定理，所能測試模擬信號的最高頻率為 22KHz。 程序的 總框 圖 程序的總框圖如圖 52 所示 ： 圖 42 程序總框圖 總框圖說明： 信號通過聲卡采集進(jìn)虛擬器中， 通過聲卡的基本設(shè)置，設(shè)置 聲卡的一些基本參數(shù)，聲卡的采樣頻率不能太低，如果頻率太低，采集過程中，不能連續(xù)的采集。 程序的調(diào)試結(jié)果 受聲卡硬件條件的限制，頻率范圍比較窄，可以用來測量音頻范圍的信號（如聲音、脈搏、心電、腦電和電話等）。 圖 44 模擬波形 圖 45 疊加后的波形 小結(jié) 由 調(diào)試結(jié)果可知，設(shè)計(jì)用普通低廉的聲卡代替 了數(shù)據(jù)采集卡，在 LABVIEW 圖形編程語言環(huán)境下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種方便、靈活性強(qiáng)的虛擬示波器，對一些應(yīng)用領(lǐng)域是一種很好的選擇。 如圖 51 圖 61 6 總結(jié)與展望 設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅具有聲卡采集的功能，而且充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能和軟件設(shè)計(jì)的靈活性，模擬采集數(shù)據(jù)。 （二）主要技術(shù)指標(biāo)： 1 采樣頻率 系統(tǒng)能測試到的最高頻率與電路所選器件的性能有關(guān)，本論文選用聲卡的最高采樣頻率為 ，根據(jù)采樣定理，所能測試模擬信號的最高頻率為 22KHz。 4 低通 濾波器的應(yīng)用 應(yīng)用低通濾波器的主要目的是去除外界干擾，去掉高頻噪聲信號。也要感謝跟我一組的同學(xué)，許多次在我設(shè)計(jì) 不知如何下手時(shí)，他都給了我許多的建議，使我大大加快了設(shè)計(jì)的進(jìn)程 。 該生在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，各方面均表現(xiàn)較出色，在同學(xué)的幫助下完成通虛擬儀 器設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 電子科技大學(xué)中山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄 學(xué)生姓名 陳建文 專業(yè)班級 20xx通信工程 A班 學(xué)號 2520xx05081 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 虛擬儀器設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 指導(dǎo)教師 孟慶元 評閱教師 答辯時(shí)間 答辯地點(diǎn) 答辯小組提問及學(xué)生回答問題情況記錄 答辯組提問一： 學(xué)生回答情況（請打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問二： 學(xué)生回答情況（請打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問三： 學(xué)生回答情況（請打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問四： 學(xué)生回答情況（請打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯組提問五： 學(xué)生回答情況（請打勾）： 好（ ） 較好（ ） 一般（ ） 差（ ） 答辯小組成員 ： 答辯小組組長（簽名）： 答辯小組秘書（簽名）： 年 月 日 35 電子科技大學(xué)中山學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績評定表 學(xué)生姓名： 陳建文 班級、學(xué)號： 20xx 通信工程 A 班 .2520xx05081 題 目： 虛擬儀器設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 綜合成績： 指導(dǎo)者評語： 該生領(lǐng)悟能力較強(qiáng)， 能夠通過自己觀察發(fā)現(xiàn)解決問題的新方法，并且能夠?qū)⑵鋵?shí)現(xiàn)。首先謝謝我的指導(dǎo)老師： 孟慶元 。 2 采樣精度 系統(tǒng)采樣精度與電路所選器件的位數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)中選用 16 位采樣的聲卡，采樣精度為 00 00 ? ，分辨率約為 %。 （ 2）充分利用了計(jì)算機(jī)的外設(shè)連接能力，測試結(jié)果和波形顯示。經(jīng)過長時(shí)間的反復(fù)熟悉之后，對這些 VI 的點(diǎn)選路徑都熟悉了。 聲卡采集到的波形 如圖 43 所示 ： 圖 43 聲卡采集到的 波形顯示 說明：波形分為直接聲卡采集到的波形和經(jīng)過低通濾波后的波形，同時(shí)可以通過右側(cè)控件，改變波形的顏色和設(shè)置低通濾波的截止頻率。 當(dāng)信號切換的控件位真時(shí) ，波 形 瀏覽器直接 把 聲卡讀出的 波形顯示出來； 當(dāng)信號切換的控件為假時(shí)，波形瀏覽器顯示模擬數(shù)據(jù) ； 然后經(jīng)過低通濾波送給波形瀏覽器顯示 。 2 采樣精度 系統(tǒng)采樣精度與電路所選器件的位數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)中選用 16 位采樣的聲卡，采樣精度為 00 00 ? ，分辨率約為 %。最終使用的時(shí)候可以生成應(yīng)用程序，直接在別的電腦上安裝使用即可。將這些模塊在主 VI 的框圖程序中按照一定的邏輯關(guān)系組合起來，就形成了一個(gè)完整的 程序 。因此在測量信號時(shí)希望把高頻噪聲信號去掉。 程序的主要實(shí)現(xiàn)模塊，當(dāng)選擇模擬波形時(shí)，有兩個(gè)通道可以選擇波形，可以調(diào)整幅值、頻率、相位。 三角波： 三角波函數(shù)： 輸入 f[x_]:=x /。 電流的波形為矩形的電流即為方波電流。發(fā)出的波形主要有：正弦波、方波、三角波、鋸齒波、 高斯 白噪聲 、 Gamma。例如關(guān)閉聲卡采樣通道，釋放請求的一系列系統(tǒng)資源（包括 MDA，緩沖區(qū)內(nèi)存，聲卡端口等）。這時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)緩沖區(qū)的大小，在采樣時(shí)間和數(shù)據(jù)讀取之間找到一個(gè)理想的平衡點(diǎn)。 Sound Input Read .VI 的前面板為聲卡采集時(shí)的參數(shù)設(shè)置。緩沖區(qū)長度可選默認(rèn)值。 參數(shù)設(shè)置 如圖 34所示。對輸入簇 Cluster 進(jìn)行解包。 3） 右鍵點(diǎn)擊 SI Config 函數(shù)的 Sound Format 輸入，選擇 create control，自動生成 Sound Format 簇類型控鍵。 主要操作說明； 在 block diagram： Functions → Graphics amp。所以在設(shè)計(jì)中我采用 stereo 16bit 進(jìn)行雙聲道采樣。 圖 33 數(shù)據(jù)采集和處理模塊 程序說明： 在 LABVIEW 軟件中，對于聲卡的聲道可以分為 mono 8bit（單聲道 8位）， mono 16bit（單聲道 16 位）， stereo 8bit（立體聲 8 位）和 stereo 16bit（立體聲 16 位）。圖標(biāo)連接端口可以把 VI 變成一個(gè) Sub VI，然后象子程序一樣在其他程序中調(diào)用。 LABVIEW 采用的一種獲得專利的數(shù)據(jù)流編程模式。 數(shù)據(jù)端口是數(shù)據(jù)在前面板對象和框圖程序之間傳輸?shù)耐ǖ?，是?shù) 據(jù)在框圖程序內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)慕涌凇？驁D程序由節(jié)點(diǎn)（ Node）、數(shù)據(jù)連線（ Wire）構(gòu)成。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（ Controls），為虛擬儀器的框圖程序提供數(shù)據(jù)；輸出量被稱為顯示（ Indicators），顯示虛擬儀器流程圖中產(chǎn)生或獲得的數(shù)據(jù)。 G 語言與傳統(tǒng)高級編程語言最大的差別在于編程方式一般高級語言采用文本編程，而 G 語言采用圖形化編程語言。 G 語言簡介 LABVIEW