【正文】 。 不管怎樣，對(duì)于這兩種基于 LabVIEW 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究，有助于對(duì) LabVIEW與數(shù)據(jù)采集的深入認(rèn)識(shí)?？v使成本再低，也無(wú)法掩蓋這些巨大的缺陷。為此本文還從另一個(gè)角度出發(fā)來(lái)談?wù)摶贚abVIEW 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。從這個(gè)背景來(lái)出發(fā)， LabVIEW 的出現(xiàn)毫無(wú)疑問(wèn)是一個(gè)革命性的產(chǎn) 品，將工程師從線纜纏繞的桎梏中解脫出來(lái)，進(jìn)行更方便更快捷更準(zhǔn)確的測(cè)量?；?LabVIEW 利用 DAQ 數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集確實(shí)展現(xiàn)了強(qiáng)大的功能，此外還有無(wú)與倫比的靈活性和簡(jiǎn)單的維護(hù)性。 總之，聲卡測(cè)量頻率范圍較窄，不能測(cè)直流信號(hào)（若測(cè)量的話，需要轉(zhuǎn)換電路），只能測(cè)量音頻范圍內(nèi)的信號(hào)，而且其增益較大 ，不能直接測(cè)量強(qiáng)度較強(qiáng)的信號(hào)，一般只能直接測(cè)量毫伏級(jí)的信號(hào)。用集成聲卡做數(shù)據(jù)采集時(shí)，被測(cè)信號(hào)應(yīng)從淺藍(lán)色的 Line In 口引入，輸出信號(hào)應(yīng)從草綠色 Wave Out 口輸出。 圖 411 用一個(gè)簡(jiǎn)單的音頻線即可實(shí)現(xiàn)雙通道輸入 Fig. 411 Dual inputs by a simple audio line 對(duì)于不同的聲卡，其硬件接口有所不同，對(duì)于最普通的集成聲卡，一般有 3 個(gè)接口，從外觀上區(qū)分 ，粉紅色的為 Mic In，草綠色的為 Wave Out，淺藍(lán)色的為 Line In。對(duì)于測(cè)試，信號(hào)頻率在50Hz～ 10KHz 范圍內(nèi)比較好。但是利用聲卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的簡(jiǎn)單方便還是給我留下了深刻印象，如圖 411 所示，音頻線里包含了 3 根線，分別為左聲道輸入、右聲道輸入、地 線，左、右聲道分別與地線組合，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙通道輸入。 聲卡的采集頻率有其先天的不足，一般的聲卡的采樣率最多能達(dá)到 44100Hz，且只有 8000、 11250、 22500、 44100Hz這四種采樣率。主要表現(xiàn)在一下方面：聲卡的輸入電壓范圍有限，好一點(diǎn)的聲卡可以達(dá)到 1V1V 的輸入范圍，為此我們必須在外電路上加上衰減調(diào)理電路。那么我現(xiàn)在面臨的難題是，如何突破聲卡數(shù)據(jù)采集的局限。對(duì)于像 PCI6014 這樣的數(shù)據(jù)采集卡，你會(huì)舍得花上幾千元去購(gòu)買(mǎi)嗎？一個(gè)小小數(shù)據(jù)采集卡的價(jià)格比一個(gè)完整 的微型計(jì)算機(jī)還貴，這就是憑借著技術(shù)的壟斷從而盛氣凌人的姿態(tài)。經(jīng)過(guò)頻譜頻譜變換后也更證實(shí)了這一猜測(cè)，因?yàn)閺膶?shí) 驗(yàn)結(jié)果圖中可以看到，在 PCI6014 的能力范圍內(nèi)（只能測(cè)量小于 100KHz 的信號(hào)），信號(hào)過(guò)多的集中于 6000Hz、 56200Hz、 62200Hz、68200Hz、 74300Hz 附近，現(xiàn)在我還不能對(duì)這些信號(hào)做出客觀上的解釋，不知道信號(hào)從哪里來(lái)，也不知道它的作用，需要進(jìn)一步查看翻閱資料才能得出結(jié)論。為了驗(yàn)證這個(gè)假設(shè) ，我們?cè)谛盘?hào)輸出處加上功率放大電路，來(lái)推動(dòng)一個(gè)揚(yáng)聲器來(lái)工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以輸出一段聲音，表明我們的檢測(cè)是正確的。 運(yùn)行結(jié)果及說(shuō)明 如圖 47 所示，這是運(yùn)行結(jié)果。該程序的前置面板如圖 46 所示，可以看見(jiàn)前置面板對(duì)一些重要參數(shù)的配置。 Actual sample period 指出了兩個(gè)采集的樣本之間的時(shí)間。 High limit 和 low limit 指出了信號(hào)的上下限， 這里選取了默認(rèn)值，那么它的默認(rèn)值就是在 DAQ 配置是指定的值。 Number of samples 指出了采集的樣本數(shù)量。 Device 為 DAQ 配置 PCI6014 時(shí)所設(shè)置的設(shè)備號(hào)，這里設(shè)定的是 1。 程序設(shè)計(jì) 這個(gè)程序總體很簡(jiǎn)單，但要用到數(shù)據(jù)采集板卡，所以這里要用到一個(gè) AI Acquire Waveform 函數(shù)，這個(gè)函數(shù)從指定的通道上以特定的頻率獲取指定數(shù)量的樣本并返回獲得的數(shù)據(jù)。從 VT3 的集電極上引出的導(dǎo)線將信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集卡上。但是音頻信號(hào)的強(qiáng)度依然很小，這就需要加上一個(gè)復(fù)合放大器來(lái)提升信號(hào)的強(qiáng)度。前面說(shuō)過(guò)， PCI6014 數(shù)據(jù)采集卡的最大的采樣率為每秒 202100 個(gè)樣本 ，這樣對(duì) 100KHz 以上的信號(hào)就無(wú)能為力了。 接下來(lái)信號(hào)進(jìn)入結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 VT1 進(jìn)行放大和檢波。 圖 43 接收電路 Fig. 43 The circuit for receive signals C1 與 L 組成選頻回路，當(dāng)天線感應(yīng)收到信號(hào)，經(jīng)這個(gè)并聯(lián)諧振電路選取最大的諧振電壓，其它的臨頻信號(hào)則被衰減，這樣就會(huì)選出一個(gè)特定帶寬的信號(hào)。電路如圖 43 所示， 其中，其中 C1 為 3659PF 可變電容器，磁棒線圈為纏繞了 40 匝的市售漆包線。 圖 42 線圈 Fig. 42 winding 但是這樣的線圈只能感應(yīng)出微伏級(jí)的電壓。我們先用一個(gè)線圈來(lái)接收來(lái)自空中的電磁波。相關(guān)參數(shù)與性能也已做出介紹。因此本章在對(duì)載波上的音頻信號(hào)進(jìn)行測(cè)量前必須做相應(yīng)的處理。這也意味著每秒鐘最多只能采集 20 萬(wàn)個(gè)樣本，依據(jù)香農(nóng)定理，所采集的最大頻率只能達(dá)到100KHz。此文中我們的主 要目的正是測(cè)出空中的電磁波載波上的音頻信號(hào)的相關(guān)參數(shù)。 圖 41 電磁波譜 Fig. 41 Electromagic spectrum 現(xiàn)在要測(cè)量載波上的音頻，必須另外制作相應(yīng)的硬件電路來(lái)接收。當(dāng)電磁波頻率低時(shí)，主要藉由有形的導(dǎo)電體才能傳遞；當(dāng)頻率漸提高時(shí)，電磁波就會(huì)外溢到導(dǎo)體之外，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。電與磁可說(shuō)是一體兩面，變動(dòng)的電會(huì)產(chǎn)生磁，變動(dòng)的磁則會(huì)產(chǎn)生電。電磁波譜如圖 41 所示。關(guān)于電壓的測(cè)量，由于聲卡并未提供有關(guān)電壓基準(zhǔn)的界定，因此 在進(jìn)行測(cè)量前必須先進(jìn)行電壓的定標(biāo)。信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的交流信號(hào)通過(guò)音頻線進(jìn)入 MIC IN 接口，再通過(guò)聲卡采集，然后顯示在 LabVIEW 界面上。信號(hào)發(fā)生器模擬信號(hào)的產(chǎn)生。從圖 331 可以看到其結(jié)果也是相當(dāng)準(zhǔn)確的。我們看到在頻域函數(shù)上出現(xiàn)的波形的基波就在 1760Hz 處，表明這個(gè)程序測(cè)量是相當(dāng)準(zhǔn)確的。 圖 329 聲音的頻域信號(hào)、時(shí)域信號(hào) Fig. 329 The timedomain signal and friquencydomain signal of sound 這里是另一個(gè)更有趣的例子，如圖 330 所示。如圖 329所示，這是人們談話時(shí)進(jìn)行的音頻采集時(shí)截下來(lái)的一段音頻信號(hào)。至此，關(guān)于音頻采集的程序部分就設(shè)計(jì)制作完成了。接下來(lái)程序中還涉及到了一個(gè)截圖模塊，是用來(lái)截取不斷變化的波形中的一幅；另一個(gè)則是一個(gè)保存圖形模塊，如圖 328 所示。 Statistics 函數(shù)的端口定義在圖 327 中給出說(shuō)明。還有一些附加的東西需要注意。經(jīng)過(guò) FFT Spectrum 函數(shù)的變換，我們利用聲卡采集到的音頻信號(hào)被進(jìn)行頻譜分析后可以提供一些有用的信息。 圖 324 傅立葉變換 Fig. 324 FFT function FFT Spectrum 函數(shù)端口示意圖如下圖 325 所示，在此我們用到的是 time signals輸入端口與 magnitude 輸出端口。 FFT Spectrum 對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行平均傅立葉頻譜變換。 圖 323 Extract Single Tone Information 函數(shù) Fig. 323 Extract Single Tone Information VIs 在生成的左聲道波形的輸出上，我們添加了一個(gè)傅立葉頻域轉(zhuǎn)換函數(shù) FFT Spectrum (MagPhase)，這個(gè)函數(shù)并不在基本函數(shù)庫(kù)中。如圖 323 所示。我們此處只用到了這個(gè)函數(shù)的 time signal in 輸入端口與 detected frequency 輸出端口。先介紹一下Extract Single Tone Information 函數(shù)。 圖 318 dt 的輸入 the input of dt 圖 319 圖 320 的前置面板的一部分 Fig. 319 a part of the panel of 圖 320 聲音基準(zhǔn)幅度調(diào)節(jié)程序 Fig. 320 program for the regulate of basic voice magnitude 圖 321 圖 320 的前置面板的一部分 Fig. 321 a part of the panel of 圖 322 建立數(shù)組函數(shù) Fig. 322 build array function 我們知道，一個(gè)聲道輸出的是關(guān)于音頻信號(hào)的一維數(shù)組，而 build array 函數(shù)前面端口中的另一個(gè)輸入是來(lái)自于平行的右聲道輸出，因此兩個(gè)一維數(shù)組經(jīng)過(guò) build array 函數(shù)后同時(shí)顯示在 waveform graphs 圖形指示件上， 如圖 313 所示。 在 build array 函數(shù)創(chuàng)建之初，只帶有一個(gè)標(biāo)量輸入端，要添加更多的輸入，可以在函數(shù) 左側(cè)單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單中選擇 ADD input，或是用位置工具向下拖動(dòng)節(jié)點(diǎn)的一角，添加所需要數(shù)量的輸入。而另一路經(jīng)過(guò) build array 函數(shù)，進(jìn)入 waveform graphs圖形指示件。來(lái)顯示采集的聲音出現(xiàn)的最大值和最小值。 經(jīng)加法運(yùn)算后的數(shù)據(jù)分為兩路，一路進(jìn)入 waveform min max 函數(shù)，這個(gè)函數(shù)在此的作用就是將波形里的最大值和最小值取出來(lái)。通過(guò)左聲道的旋鈕作用，來(lái)調(diào)節(jié)加法器另一端輸入的大小。 接下來(lái)生成的波形將進(jìn)入一個(gè)加法器，同標(biāo)簽為左聲道的一個(gè)數(shù)值型控件相加，如圖 320 所示。再看起始時(shí)間 t0 的輸入，它由一個(gè)數(shù)值型的控件或常數(shù)經(jīng)過(guò)一個(gè) to time stamp 函數(shù)轉(zhuǎn)換為時(shí)間型的數(shù)據(jù)。這是同采樣率增大相對(duì)應(yīng)的。我