【文章內(nèi)容簡介】 需要，個別性能指標還優(yōu)于商用數(shù)據(jù)采集卡，而價格卻為商用數(shù)據(jù)采集卡的十幾分之一甚至幾十分之一。計算機中的聲卡本身就是一個 A/D，D/A 的轉(zhuǎn)化裝置，并且造價低廉，對于設(shè)計者而言，在 PC 上完成數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，成本幾乎為 0；性能穩(wěn)定，在設(shè)計中完全可以滿足要求。因此在本設(shè)計中，數(shù)據(jù)采集裝置主要基于聲卡和數(shù)據(jù)模擬波形。聲卡的作用從數(shù)據(jù)采集的角度看，聲卡是一種音頻范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡，是計算機與外部的模擬量間環(huán)境聯(lián)系的重要途徑。LABVIEW 提供了操作聲卡的函數(shù)。聲卡的主要功能包括錄制與播放、編輯與合成處理、MIDI 接口三個部分。（1）錄制與播放通過聲卡，人們可將來自話筒、收錄機等外部音源的聲音錄入計算機，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字文件進行存儲和編輯等操作；人們也可以將數(shù)字文件還原成聲音信號，通過揚聲器回放，例如為電子游戲配音，以及播放 CD、VCD、DVD、MP3 和卡拉 OK 等。注意，在錄制和回放時，不僅要進行 D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換，還要進行壓縮和解壓縮處理。（2）編輯和合成處理通過對聲音文件進行多種特技效果的處理，包括加入回聲，倒放，淡入淡出，往返放音以及左右兩個聲道交叉放音等，可以實現(xiàn)對各種聲源音量的控制和混合。（3）MIDI（Musical Instrument Digital Interface 樂器數(shù)字接口）接口通過 MIDI 接口和波表合成，可以記錄和回放各種接近真實樂器原聲的音樂。7從一般意義上來看，上述功能主要是數(shù)據(jù)采集和信號處理，很自然的就可以聯(lián)想到用聲卡實現(xiàn)示波器、信號處理器、頻譜分析儀等虛擬儀器。聲卡的硬件結(jié)構(gòu) 圖 21 是一個聲卡的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。一般聲卡有 45 個對外接口。其中，輸出接口有 2 個，分別是 Ware Out 和 SPK Out。Ware Out（或 Line Out）給出的信號沒有經(jīng)過放大，需要外接功率放大器，例如可以接到有源音箱；SPK Out 給出的信號是通過功率放大的信號，可以直接接到喇叭上。這些接口可以用來作為雙通道信號發(fā)生器的輸出。圖 21 聲卡的硬件結(jié)構(gòu)示意圖輸入接口 Line In 和 Mic In 的區(qū)別在于，后者可以接入較弱的信號，幅值大約為，顯然這個信號較易受干擾，因而常使用 Line In，它可以接入幅值約為不超過 的信號。注意，這兩個輸入端口都有隔直電容，這意味著直流信號不能被聲卡所接受。多數(shù)聲卡的輸入也是雙通道的，但接入插頭線往往將這兩個通道短接成一個通道。另外這兩個通道是共地的。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。這個數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音也就越真實。聲卡的位是指聲卡在采集和播放聲音文件時所使用的數(shù)字聲音信號的二進制位數(shù)，它客觀的反映了數(shù)字聲音信號對輸入聲音信號描述的準確度。例如，8 位代表 ；16 位的代表 。比較之下，一段相同的音樂信息， 162568?64021?位聲卡能把它分為 64000 個精度單位進行處理，而 8 位聲卡只能處理 256 個精度單位，最終采樣效果當(dāng)然是無法相提并論的。（2）采樣頻率目前，聲卡的最高采樣頻率為 ，少數(shù)達到 48kHz。對于民用聲卡，一般將采樣頻率設(shè)為 4 檔，分別是 、8kHz。 只能達到 FM廣播的聲音品質(zhì)； 是理論上的 CD 音質(zhì)界限，48kHz 則更好一些。對 20kHz 范圍8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。使用聲卡比較大的局限在于，它不允許用戶在最高采樣頻率之下隨意設(shè)定采樣頻率，而只能分為 4 檔設(shè)定。這樣雖然可使制造成本降低，但卻不便于使用。用戶基本上不可能控制整周期采樣，只能通過信號處理的方法來彌補非整周期采樣帶來的問題。（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。為了在一個簡易的結(jié)構(gòu)下較好的完成某個任務(wù)，聲卡緩沖區(qū)的設(shè)計有其獨到之處。為了節(jié)省 CPU 資源，計算機的 CPU 并不是每次聲卡 A/D 或 D/A 結(jié)束后都要響應(yīng)一次中斷，而是采用了緩沖區(qū)的工作方式。在這種工作方式下，聲卡的 A/D、D/A 都對某一緩沖區(qū)進行操作。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，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。計算機總線的數(shù)據(jù)傳輸速率非常高，讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)所用時間極短，不會影響 A/D 變換的連續(xù)性。緩沖區(qū)的工作方式大大降低了 CPU 響應(yīng)中斷頻度，節(jié)省了系統(tǒng)資源。聲卡輸出聲音是的 D/A 變換也是類似的。一般聲卡使用的緩沖區(qū)長度的默認值是 8KB（8192 字節(jié)） 。這是由于對 x86 系列處理器來說，在保護模式（Windows 等系統(tǒng)使用的 CPU 工作方式）下，內(nèi)存以 8KB 為單位被分成很多頁，對內(nèi)存的任何訪問都是按頁進行，CPU 保證了讀寫 8KB 長度的內(nèi)存緩沖區(qū)時，速度足夠快，并且一般不會被其他外來事件打斷。設(shè)置 8192 字節(jié)或其整數(shù)倍（例如32768 字節(jié)）大小的緩沖區(qū)，可以較好的保證聲卡與 CPU 的協(xié)調(diào)工作。（4）沒有基準電壓聲卡不提供基準電壓，因此無論是 D/A 還是 A/D 在使用時，都需要用戶自己參照基準電壓進行標定。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。聲卡用于數(shù)據(jù)采集時的一些設(shè)置（1）聲卡的設(shè)置一般聲卡主要用于輸出聲音，輸入部分可能沒有處于正常工作狀態(tài)。建議首先使用耳機和 MIC 檢查聲卡的功能，特別是輸入功能（錄音功能）是否正常。如果不正常，需要檢查聲卡的設(shè)置。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)。下面介紹對 Line In 和 Mic In 的檢查和設(shè)置。按圖 22 所示，在“選項”菜單下選“屬性” ，得到圖 22（b）圖所示的對話框，在此對話框上選擇“錄音” ，并配置列表中的選項即可。注意圖 32 中的相關(guān)功能都不能處于靜音狀態(tài)。如圖 22（a）所示。9圖 22 （a）音量控制窗口圖 22 音量控制窗口和音量控制屬性對話框（2）硬件連接硬件連接采用兩種連接線：1 一條一頭是 插孔，另一頭是鱷魚夾的連接線，2 是雙頭為 插孔的音頻連接線（在市場上可以買的到） 。為測試聲卡的頻響特性，可使用測試線 2 將聲卡的輸入端與輸出端連接起來，形成一個閉合的環(huán)路。連接時要注意區(qū)分 Mic In 口和 SPK Out 口，不要把它們當(dāng)作 Line In 與 Line Out 接入。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。103 軟件模塊的設(shè)計在本章中詳細介紹各個功能模塊及其生成過程。 程序的流程圖程序流程框圖如圖 31 所示：初始化聲卡信號采集波形顯示低通濾波LABVIEW 模塊圖 31 數(shù)據(jù)采集程序流程圖流程圖簡介：首先對設(shè)計中運用到的模塊進行初始化，然后通過聲卡對數(shù)據(jù)進行采集，把采集到的信號送入 LABVIEW 模塊中，通過 LABVIEW 模塊的程序運行下，把采集到的信號通過圖形的形式，把波形顯示出來。通過波形的顯示，最后把波形的其他參數(shù)以數(shù)字的形式都顯示出來。11 程序的結(jié)構(gòu)圖程序的結(jié)構(gòu)圖如圖 32 所示：聲卡 參數(shù)設(shè)置 數(shù)據(jù)采集波形顯示低通濾波低通濾波后波形函數(shù)信號發(fā)生器圖 32 程序的結(jié)構(gòu)圖 LABVIEW 簡介 LABVIEW 是（實驗室虛擬儀器工作平臺）是一個程序開發(fā)環(huán)境。它類似于 Visual Basic，Visual C++。但是 LABVIEW 的特點在于：它使用圖形化編程語言 G 在流程圖中創(chuàng)建源程序，而沒有使用基于的文本語言來產(chǎn)生源程序代碼。LABVIEW 是一個多線程、最佳化的圖形編譯器，它能在最大程度上優(yōu)化系統(tǒng)的性能。無論是使用基于計算機的插入式儀器設(shè)備，還是使用 GPIB，VXI，Ether 接口或是串口的獨立儀器設(shè)備，LABVIEW 內(nèi)置的驅(qū)動程序庫和具有工業(yè)標準的設(shè)備驅(qū)動軟件都可以對儀器系統(tǒng)進行全面的控制。LABVIEW 的數(shù)據(jù)采集庫包含了許多有關(guān)采集和生成數(shù)據(jù)的函數(shù)，它們與 NI 的插卡式或遠程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品協(xié)同工作。數(shù)據(jù)采集卡是進行高速直接控制以及低速控制的理想設(shè)備。它能夠為集成式測量方案提供功能強大且完備的測量分析庫，這些軟件庫可以完成極限測試、頻率分析、濾波及信號生成等任務(wù)。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)用程序間進行數(shù)據(jù)傳遞。LABVIEW 擁有完整的 Web 服務(wù)器，可以隨時發(fā)布測量結(jié)果。LABVIEW 專業(yè)版開發(fā)系統(tǒng)包括應(yīng)用程序生成器（Application Builder） ，可以創(chuàng)建并發(fā)布獨立的可執(zhí)行程序、共享庫或動態(tài)連接庫（DLL） 。使用共享庫可以使開發(fā)的應(yīng)用程序代碼進行重新使用。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。LABVIEW 應(yīng)用程序生成器可以創(chuàng)建安裝程序，以便在 Windows 環(huán)境中執(zhí)行可運行程序。 G 語言簡介LABVIEW 是一個功能比較完整的軟件開發(fā)環(huán)境，但它是為代替常規(guī)的 BASIC 和 C 語言12設(shè)計的，它是一種編程語言而不僅僅是一個軟件開發(fā)環(huán)境。它除了編程方式不同外，具有編程語言的所有特點，稱之為圖形化編程語言（簡稱 G 語言） 。G 語言是一種適合應(yīng)用于編程任務(wù)，具有擴展函數(shù)庫的通用編程環(huán)境。和 BASIC 和 C語言一樣，G 語言也定義了