【正文】 ....... 21 聲音初始化模塊 ..................................................... 21 Sound format ................................................... 22 Si Config ...................................................... 23 Case 函數(shù) ...................................................... 23 數(shù)據(jù)讀取模塊 ....................................................... 24 數(shù)據(jù)處理模塊 ....................................................... 24 實(shí)際信號(hào)分析 ....................................................... 25 結(jié)論 ..................................................................... 28 致謝語(yǔ) ................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ................................................................. 30 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 3 基于 LabVIEW 的聲卡數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 高凡 三明學(xué)院 06 級(jí) 電子信息工程 福建 三明 365004 摘要 ： 本課題在 LabVIEW 的開(kāi)發(fā)環(huán)境中 ,描述 了基于 LabView 的 PC 機(jī)聲卡 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,采用 計(jì)算機(jī)聲卡作為 替代普通 數(shù)據(jù)采集 卡 的信號(hào)記錄儀器 ,從而 實(shí)現(xiàn)對(duì) 外部多種 信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、 模數(shù) /數(shù)模 處理 和輸出 ，并對(duì) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了說(shuō)明。 而為采集數(shù)據(jù)而采用的技術(shù)叫做 數(shù)據(jù)采集 技術(shù)，它 主要指從傳感器輸出的微弱電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換到存儲(chǔ)、記錄這一過(guò)程所涉及的技術(shù)。 同時(shí)，在 農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 、設(shè)備生產(chǎn) 等 方面， 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 也 扮演著 十分 重要的角色，然而，數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域本身也正在進(jìn)行著一次又一次的發(fā)展與變化 ，以滿足日益進(jìn)步的社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)和各個(gè)領(lǐng)域的要求。 . 模擬多路開(kāi)關(guān) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往要對(duì)多路模擬量進(jìn)行采集。有規(guī)律地周期性改變 N 個(gè)選通信號(hào)，可以按固定的序列周期性閉合各個(gè)開(kāi)關(guān)，構(gòu)成一個(gè)周期性分組的分時(shí)復(fù)印輸出信號(hào)，由后面的 A/D 轉(zhuǎn)換器分時(shí)復(fù)用對(duì)各通道模擬信號(hào)進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換。程控放大器能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)要求，它的放大倍數(shù)隨時(shí)可以由一組數(shù)碼控制。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 7 . A/D 轉(zhuǎn)換器 因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，所以須把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn) 這一轉(zhuǎn)換功能的器件是 A/D 轉(zhuǎn)換器。 虛擬儀器的概念 虛擬儀器的概念是由美國(guó)國(guó)家儀器公司（ National Instruments）最先提出的。該技術(shù)把儀器分為計(jì)算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件三部分。虛擬儀器中應(yīng)用程序?qū)⒖蛇x硬件（如 GPIB， VXI， RS232， DAQ 板）和可重復(fù)用庫(kù)函數(shù)等軟件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時(shí)與觸發(fā)。 虛 擬 儀 器 開(kāi) 發(fā) 者虛 擬 儀 器 軟 件 面 板虛 擬 儀 器 軟 件 開(kāi) 發(fā) 平 臺(tái)底 層 驅(qū) 動(dòng) 程 序硬 件 模 塊虛 擬 儀 器 開(kāi) 發(fā) 者操 作 系 統(tǒng) 圖 11 虛擬儀器開(kāi)發(fā)框圖 虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可由用戶定義自己的專(zhuān)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。由此導(dǎo)致許多識(shí)讀和操作錯(cuò)誤。 (2）在通用硬件平臺(tái)確定后，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。 (6）由于其以 PC 為核心，使得許多數(shù)據(jù)處理的過(guò)程不必像過(guò)去那樣由測(cè)試儀器本身來(lái)完成，而是在軟件的支持下，利用 PC機(jī) CPU 的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來(lái)完成，使得基于虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度、速度大為提高，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、多任務(wù)測(cè)量。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計(jì)日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)工作量大大減小。這些軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供了強(qiáng)大的儀器軟面板設(shè)計(jì)工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的 各種硬件的驅(qū)動(dòng)程序模塊，簡(jiǎn)化了虛擬儀器的設(shè)計(jì)工作。除了要花大量時(shí)間進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)外 ，還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和底層控制程序。 圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái) —— LabVIEW LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。而 LabVIEW 是基于數(shù)據(jù)流的工作方式，同時(shí)是基于圖形化的編程，不必掌握大量的編程語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)技巧便可設(shè)計(jì)出虛擬儀器系統(tǒng)。 (1）前面板：前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類(lèi)對(duì)象，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。流程圖中包括前面板上的控件連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。在設(shè)計(jì)大型 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)一步完成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)有難度的。而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行采集，因此，數(shù)據(jù)采集卡的更新?lián)Q代對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起著重大的影響。根據(jù)奈奎斯特理論采樣頻率至少是原信號(hào)的兩倍，但實(shí)際中，一般都需要 5～ 10 倍。 (3）分辨率 ADC 的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。 (4）電壓動(dòng)態(tài)范圍 電壓范圍指 ADC 能掃描到的最高和 最低電壓。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 13 數(shù)據(jù)采集卡 (DAQ 卡 )的組成 (1）多路開(kāi)關(guān)。通常中的放大器都是增益可調(diào)的，使用者可根據(jù)需要來(lái)選擇不同的增益倍數(shù)。將模擬的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，完成信號(hào)幅值的量化。其中 USB 是最新技術(shù)的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點(diǎn)，它能充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測(cè)試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。 NI PCI6221 是 NI 公司的 M 系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的是一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器，雖然是多路采集，實(shí)際上是分時(shí)工作的，所有在多路同時(shí)工作時(shí)采樣率會(huì)成倍降低。 根據(jù) 傳感器 選擇相應(yīng)的 信號(hào)調(diào)理儀器。 LabVIEW 采用圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，以數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行。 聲卡的 麥克風(fēng)和喇叭所用的都是模擬信號(hào)，而電腦所能處理的都是數(shù)字信號(hào)，兩者不能混用，聲卡的作用就是實(shí)現(xiàn)兩者的轉(zhuǎn)換。 DSP 處理芯片 DSP 處理芯片基本上決定了聲卡的性能和檔次，其基本功能包括對(duì)聲波采樣和回放的控制、處理 MIDI 指令等 。 總線連接端口 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 聲卡插入到計(jì)算機(jī)主板上的那一端稱為總線連接端口，它是聲卡與計(jì)算機(jī)互相交換信息的 “ 橋梁 ” 。因?yàn)橐话沱溈孙L(fēng)的信號(hào)較小，所以 MIC 端的放大率會(huì)設(shè)計(jì)得較大，并且會(huì)配合麥克風(fēng)的特性來(lái)修正，所以一般的信號(hào)輸入和麥克風(fēng)最好分別輸往 Line In 及 MIC，不可混用，以免造成失真或放大率不足的情形。 從 數(shù)據(jù)采集 的角度來(lái)看，聲卡是一個(gè)具有雙通道 模數(shù)轉(zhuǎn)換（ ADC） 和雙通道 數(shù)模轉(zhuǎn)換（ DAC） 的信號(hào)采集和輸出設(shè)備。與普通的獨(dú)立式數(shù)字存儲(chǔ)示波器相比，基于電腦聲卡的測(cè)試系統(tǒng)的存儲(chǔ)深度極大 。 本課題所 選 聲卡型號(hào)為 Intel82801T(ICH9)。另外，配上 LabView，我們就無(wú)需添加任何 ADC 和 DAC 硬件，即可將一 臺(tái) PC 機(jī)變成一臺(tái)集示波器、頻譜分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻率計(jì)等多種功能于一體的測(cè)試儀器。另外，有些傳感器需要有電壓或電流的激勵(lì)才能工作，這就要求調(diào)理電路為它們提供這些激勵(lì)。 信號(hào)調(diào)理的 主要 功能如下： (1）放大 微弱信號(hào)都要進(jìn)行放大以提高分辨率和降低噪聲，使調(diào)理后信號(hào)的電壓范圍和 A/D的電壓范圍相匹配。如果數(shù)據(jù)采集卡的地與信號(hào)地之間有電位差，而又不進(jìn)行 隔離，那么就有可能形成接地回路，引起誤差。另外，某些高性能的數(shù)據(jù)采集卡自身帶有抗混疊濾波器。目前，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也可以利用軟件來(lái)解決這一問(wèn)題。由于不同傳感器有不同的特性，除了這些功能外，還要根據(jù)具體傳感器的特性和要求來(lái)設(shè)計(jì)特殊的信號(hào)調(diào)理功能。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)。在可能的情況下應(yīng)盡量使用聲卡的線路輸入來(lái)檢測(cè)信號(hào)，因?yàn)樗男旁氡龋?SNR）和帶寬都比話筒輸入口好。聲卡的耳機(jī)輸出口的輸出阻抗在 4 歐～ 100 歐之間（取決于聲卡）能輸出約 100mW 的功率。聲卡通常只允許不超過(guò) 3V 的電壓輸入（取決于聲卡）。 當(dāng)被測(cè)信號(hào)幅度超過(guò)聲卡模 /數(shù)轉(zhuǎn)換滿程電壓 時(shí) ，應(yīng)將它衰減后再連入聲卡。在不小心將輸出短路的情況下，串聯(lián)的電阻可起保護(hù)作用。分別對(duì)聲卡進(jìn)行音頻采集配置，啟動(dòng)音頻采集。 圖 43 聲卡設(shè)置 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 23 Si Config SI CONFIG 子程序，這個(gè)函數(shù)用來(lái)對(duì)聲音設(shè)備（也就是本文中的聲卡）進(jìn)行配置。格式為無(wú)符 號(hào)長(zhǎng)整型，默認(rèn)值為 8192 位 ，本系統(tǒng)中設(shè)定為 10000 位 。 本系統(tǒng)中 音頻采集參數(shù)設(shè)定簇內(nèi)的三個(gè)元素并非數(shù)值型，而是枚舉類(lèi)型（ enum），那么經(jīng)過(guò)解簇函數(shù)輸出的值為一個(gè)枚舉 類(lèi)型的數(shù)據(jù)，它并不能直接進(jìn)入循環(huán)結(jié)構(gòu)去參與運(yùn)算，而必須把它轉(zhuǎn)換成數(shù)值型。 圖 45 case 結(jié)構(gòu) 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 數(shù)據(jù) 讀取 模塊 圖 46 Si Read 聲卡設(shè)置完成 并由 Si Start 采集數(shù)據(jù) 后，則進(jìn)入數(shù)據(jù) 讀取 步驟，數(shù)據(jù) 讀取 模塊主要是由 SI Read組成，該 函數(shù) 負(fù)責(zé) 讀取聲卡采集的數(shù)據(jù) 。 圖 47 數(shù)據(jù)處理模塊 建立波形函數(shù) 的 作用是建立新的波形或者是對(duì)已存在的波形進(jìn)行修改。這是同采樣率增大相對(duì)應(yīng)的 ，編程圖如圖 48 所示 。它可集多個(gè)獨(dú)立昂貴儀器的功能于一身，且成本低廉。即便是真的需要標(biāo)定，也只需以一臺(tái)普通萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量聲卡 ADC 和 DAC 的滿程電壓即可。在本次設(shè)計(jì)結(jié)束之際，謹(jǐn)以最誠(chéng)摯的心向龔老師表示我最崇高的敬意和由衷的感謝！ 感謝所有在本科期間給我關(guān)系和幫助的老師、同學(xué)和朋友。DSP 與 ISA 總線聲卡的接口技術(shù)研究 [J]。數(shù)據(jù)采集原理 [M] 西北工業(yè)大學(xué)出版社 。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用 [J]電測(cè)與儀表 。基于聲卡的信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]。尹吉倫 。20xx 年 . [9] 黃斌 ,蔣笑梅 。施展 。20xx年 . [11] 隋波 。20xx 年 . [12] 劉延華 。20xx 年 . [13] 閻麗 ,祝軒 ,王小寧 . 基于 Sound Blaster 聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) [J]測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào) , 20xx,(02) . [14] 徐云峰 ,張世慶 ,張西良 ,陳曉燕 . 基于聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 , 20xx, (04) . [15] 周愛(ài)軍 ,馬海瑞 . 基于聲卡的 LabVIEW 數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 微計(jì)算機(jī)信息 , 20xx, (15) . 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 31 學(xué)位論 文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作所取得的成果。 學(xué)位論文作者（本人簽名）： 年 月 日 學(xué)位論文出版授權(quán)書(shū) 本 人及導(dǎo)師完全同意《中國(guó)博士學(xué)位論文全文 數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程》、《中國(guó)優(yōu)秀 碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程》 (以下簡(jiǎn)稱“章程” )，愿意將本人的學(xué)位論文提交“中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤(pán)版）電子雜志社”在《中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》中全文發(fā)表和以電子、網(wǎng)絡(luò)形式公開(kāi)出版，并同意編入 CNKI《中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)》，在《中國(guó)博碩士學(xué)位論文評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)》中使用和在互聯(lián)網(wǎng)上傳播，同意按“章程”規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。 本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 首先非常感謝學(xué)校開(kāi)設(shè)這個(gè)課題，為本人日后從事計(jì)算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。 最后，我要感謝我的父母對(duì)我的關(guān)系和理解，如果沒(méi)有他們?cè)谖业膶W(xué)習(xí)生涯中的無(wú)私奉獻(xiàn)和默默支持，我將無(wú)法順利完成今天的學(xué)業(yè)。感謝老師四年來(lái)對(duì)我孜孜不倦的教誨，對(duì) 我成長(zhǎng)的關(guān)心和愛(ài)護(hù)。 最后，我要特別感謝我的導(dǎo)師趙達(dá)睿老師、和研究生助教熊偉麗老師。在論文的撰寫(xiě)過(guò)程中老師們給予我很大的幫助，幫助解決了不少的