【文章內(nèi)容簡介】 IEW 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(gè)論文就是應(yīng)用性能良好、價(jià)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(shí)采集、實(shí)時(shí)存儲、回放、信號分析（時(shí)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 基于計(jì)算機(jī)聲卡完成以下功能 具備數(shù)字存儲示波器、信號分析儀和信號發(fā)生器三個(gè)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(gè)界面，信號發(fā)生器在另一個(gè)界面，共兩個(gè)界面；兩個(gè)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(shí)兩個(gè)通 道信號能夠疊加為一個(gè)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(shí)頻分析儀應(yīng)該能夠完成大部分時(shí)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(gè)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。 4 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(shí)，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(gè)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(shí)，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(shí)，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，而且計(jì)算機(jī)無需添加額外配件便能完成所有音頻信號的采集功能，具有價(jià)格低廉、采樣精度高，與 LabView 結(jié)合編程簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此，利用聲卡可以構(gòu)成一個(gè)較高采樣精度、中等采樣頻率、靈活性好的信號采集系統(tǒng)。 聲卡主要技術(shù)指標(biāo)有采樣位數(shù)、采樣頻率、頻率范圍和頻率響應(yīng)、基準(zhǔn)電壓等。 （ 1） 采樣位數(shù)：采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度。這個(gè)數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音就越真實(shí)。如今市面上所有的主流產(chǎn)品都是 16 位的聲卡，而一般的數(shù)據(jù) 采集卡大多也才有 12 位，因此，聲卡相較于常用的數(shù)據(jù)采集卡毫不遜色。 （ 2） 采樣頻率：采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對聲音信號的采樣次數(shù)，采樣頻率越高聲音的還原就越真實(shí)越自然。在當(dāng)今的主流民用聲卡上，采樣頻率一般共分為 8 KHz、 、 和 四個(gè)等級，少數(shù)可以達(dá)到 48 KHz 。對于 20Hz～ 20KHz 范圍內(nèi)的音頻信號，如果采用 48 KHz 5 采樣頻率，雖然理論上是可行的，但是效果已經(jīng)不是最好。因而使用聲卡的局限性就是不允許用戶在最高采樣率下隨意設(shè)定采樣頻率。對于高于 48KHz 的采樣頻率人耳已無法辨別出來了，因此沒有實(shí)用價(jià)值。 （ 3） 頻率范圍和頻率響應(yīng)：前者是指音響系統(tǒng)能夠回放的最低有效回放頻率與最高有效回放頻率之間的范圍；后者是指將一個(gè)以恒電壓輸出的音頻信號與系統(tǒng)相連接時(shí)，音箱產(chǎn)生的聲壓隨頻率的變化而發(fā)生增大或衰減、相位隨頻率而發(fā)生變化的現(xiàn)象。以聲卡作為虛擬測試儀器的硬件設(shè)備必須對其頻率特性有所了解。本系統(tǒng)所用計(jì)算機(jī)主板集成聲卡是 Reaktek 的 ALC880 Codec，根據(jù)其性能指標(biāo)，設(shè)置采樣率為 ，采樣位數(shù)為雙通道，采樣比特?cái)?shù)為16 位，以保證采樣時(shí)的干擾較小 、波形穩(wěn)定。 （ 4） 基準(zhǔn)電壓：聲卡沒有基準(zhǔn)電壓，因此無論是 A/D 還是 D/A 轉(zhuǎn)換器，都需要用戶參照基準(zhǔn)電壓進(jìn)行標(biāo)定。 窗函數(shù)原理 為了減少頻譜能量泄漏，可采用不同的截取函數(shù)對信號進(jìn)行截?cái)?，截?cái)嗪瘮?shù)稱為窗函數(shù)，簡稱為窗。信號截?cái)嘁院螽a(chǎn)生的能量泄漏現(xiàn)象是必然的，因?yàn)榇昂瘮?shù) w(t)是一個(gè)頻帶無限的函數(shù)，所以即使原信號 x(t)是有限帶寬信號，而在截?cái)嘁院笠脖厝怀蔀闊o限帶寬的函數(shù)，即信號在頻域的能量與分布被擴(kuò)展了。又從 采樣定理 可知，無論 采樣頻率 多高，只要信號一經(jīng)截?cái)?，就不可避免地引起混疊，因此信號截?cái)啾厝粚?dǎo)致一些 誤差 。 對于窗函數(shù)的選擇，應(yīng)考慮被分析信號的性質(zhì)與處理要求。如果僅要求精確讀出主瓣 頻率 ，而不考慮 幅值 精度，則可選用 主瓣寬度 比較窄而便于分辨的矩形窗，例如測量物體的自振頻率等；如果分析窄帶信號，且有較強(qiáng)的干擾噪聲，則應(yīng)選用旁瓣幅度小的窗函數(shù)，如漢寧窗、三角窗