【正文】 數(shù)據(jù)流模式工作，因此 可完全利用電腦自身的內(nèi)存 （從數(shù)百 MB 到數(shù) GB）或電腦的 硬盤（從數(shù)十 GB 到數(shù)百 GB）來進(jìn)行數(shù)據(jù)的不間斷存儲。它在音頻范圍內(nèi) 具 有平滑的頻率響應(yīng)，采樣頻率 通常為 48kHz，最大 可達(dá) 192kHz，采樣 位數(shù)通常為 16bit，最大 可達(dá) 24bit。 幾乎每臺電腦或掌上電腦都有一個內(nèi)置聲 卡。 聲卡 數(shù)據(jù)采集 的特點 基于聲卡的虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成部分是由傳感器部件、信號調(diào)理 、 信號采集部件（聲卡）、通用計算機(jī)構(gòu)成。一片聲音卡通常會有 Line In/Line Out、 MIC/Speaker Out 兩組輸入輸出插孔及一個 15pin的 MIDI 接口，而各種聲音卡在制作上都有其考慮，所以會有些差異。 輸入輸出端口 聲卡的輸入輸出端口負(fù)責(zé)原始信號的輸入與處理后信號的輸出。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，為了 盡量減少噪音，一種方法是在功放前端加入濾波器來濾掉一些高頻的噪音信號， 另一種 的解決方法是繞過功放，利用聲卡上線路輸出 (Line Out)端口。 功率放大芯片 從聲音處理芯片出來的信號還不能直接推動喇叭放出聲音，絕大多數(shù)聲卡都帶有功率放大芯片(簡稱：功放 )以實現(xiàn)這一功能。主要有：輸入輸出 端口 、 總線連接端口、功率放大芯片 、 DSP 處理 芯片 等。從結(jié)構(gòu)上分，聲卡可分為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分 ,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將輸入設(shè)備采到的信號轉(zhuǎn)換為電腦能處理的數(shù)字信號；而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將電腦使用的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號 。 相關(guān)配置： 處理器： Intel (R) Pentium (R) Dual CPU T3400 內(nèi)存： 1GB 硬盤： 250GB 顯卡： 512M 聲卡 聲卡 (Sound Card)：聲卡是實現(xiàn) 模擬信號和 數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換的一種硬件。 傳感器 信號調(diào)理 程 控 放 大 A / D 轉(zhuǎn) 換 器 采樣 / 保持器 計算機(jī) 被測物理量 聲卡 信號處理、記錄 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 15 PC 機(jī) 虛擬儀器就是 利 用計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力代替以往需要硬件電路才能完成的功能，所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件運行的計算機(jī)平臺的選擇至關(guān)重要。 圖 21 聲卡 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成 采集系統(tǒng)的軟件 采集系統(tǒng)軟件分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析兩大部分，利用 LabVIEW 編制。信號 處理與 記錄采用計算機(jī)，計算機(jī)內(nèi)置的聲卡作為 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備。 聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 采集系統(tǒng)的硬件 結(jié)構(gòu) 聲卡 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成如圖 21 所示 。 這些數(shù)據(jù)采集卡 種類繁多， 有著各自的優(yōu)點， 但卻有著普遍的共同點，那就是價格高昂，成本過高 ，這對于設(shè)計一個簡而易用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言負(fù)擔(dān)過重 。 PXI增加了用于多個板卡 同步的觸發(fā)總線和 10MHz 參考時鐘、用于精確定時的星形觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等。 PXI(PCI eXtension For Instrumentation)是 Compact PCI 總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。 數(shù)據(jù)采集 卡 的現(xiàn)狀 目前市場上的數(shù)據(jù)采集 卡 大致有以下幾個類別 ： USB 數(shù)據(jù) 采集卡、 PCI 數(shù)據(jù)采集卡、 PCI 高速數(shù)據(jù)采集卡、無線數(shù)據(jù)采集卡、 PXI 數(shù)據(jù)采集卡、 PXI 高速數(shù)據(jù)采集卡 、 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡 等。 目前，通常將采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器集成在同一塊芯片上。 (4） A/D 轉(zhuǎn)換器。 (3）采樣保持器。將切換進(jìn)入采集卡的信號放大至需要的量程內(nèi)。將各路信號輪流切換至放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集 。電壓取值范圍從 0 到 10V，增益為 50， 則理想分辯電壓是： 1210 V50 * 2V ? μ (5） I/O 通道數(shù) 該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號路數(shù)。一般最好能夠使進(jìn)入采集卡的電壓范圍剛好與其符合，以便利用其可靠的分辨率范圍。如果增加到十二位，代碼數(shù)從 8 增加到 212=4096，這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號數(shù)字化表示。例如，三位的 A/D 轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成 23=8 段，每段用二進(jìn)制代碼在 000到 111 之間表示。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。 (2）采樣方法 采集卡通常都有好幾個數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器，要比每個通道單獨使用各自的經(jīng)濟(jì)的多，但這僅適用于對時間不是很重要的場合。 數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo) (1）采樣頻率 采樣頻率的高低，決定了在一定時間內(nèi)獲取原始信號信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。 數(shù)據(jù)采集板卡的性能與眾多因素相關(guān)，要根據(jù)具體情況來具體分析。 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 12 數(shù)據(jù)采集卡 在當(dāng)今高速發(fā)展的時代，人們對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求也越來越高，數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域正在發(fā)生著重要的發(fā)展與變化。而在 LabVIEW 中提供的圖標(biāo) /連接工具正是為實現(xiàn)模塊化設(shè)計而準(zhǔn)備的。 (3）圖標(biāo) /連接設(shè)計：這部分的設(shè)計突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設(shè)計的思想。 如果將 VI 與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對應(yīng)的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線端子相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器箱內(nèi)的硬件電路。在 流程圖中對 VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。但并非畫出兩個控件后程序就可以運行，在前面板后還有一個與之對應(yīng)的流程圖。 基于 LabVIEW 平臺的虛擬儀器程序設(shè)計 所有的 LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖 (Block Diagram)以及圖標(biāo) /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分。 利用 LabVIEW ，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的 32 編譯器。 傳統(tǒng)的文本式編程是一種順序的設(shè)計思路，必須寫出執(zhí)行的語句。 LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬 件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，是一個功能強(qiáng)大且靈活的軟件。 LabVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能。但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當(dāng)難度的。隨著軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)的模塊化、復(fù)用化，和各種硬件儀器驅(qū)動軟件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，虛擬儀器軟件開發(fā)將變得更加快速、方便。以美國 NI 公司的軟件產(chǎn)品 LabVIEW 和 LabWindows/CVI 為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺是當(dāng)前流行的集成化開發(fā)工具。 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，其軟件基本結(jié)構(gòu)如圖 13 所示。 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 10 采 集 與 控 制插 入 式 數(shù) 據(jù) 采 集 板G P I B 儀 器V X I / P X I 儀 器R S 2 3 2 儀 器數(shù) 據(jù) 分 析 和 處 理數(shù) 字 信 號 處 理數(shù) 字 濾 波統(tǒng) 計 分 析數(shù) 值 分 析結(jié) 果 顯 示網(wǎng) 絡(luò) 通 信硬 盤 拷 貝 輸 出文 件 I / O圖 形 用 戶 接 口 圖 12 虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分 對于傳統(tǒng)儀 器，這三個部分幾乎均由硬件完成；對于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實現(xiàn)。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。另一種方式是將儀器裝入計算機(jī)。這種結(jié)合基本有兩種方式，一種是將計算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。 表 11 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器 開發(fā)維護(hù)費用低 開發(fā)維護(hù)費用高 技術(shù)更新周期短（ ～ 1 年） 技術(shù)更新周期短（ 5～ 10 年） 軟件是關(guān)鍵 硬件是關(guān)鍵 價格低 價格昂貴 開放、靈活與計算機(jī)同步，可重復(fù)用和重配置 固定 可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊各儀器 只可連有限的設(shè)備 自動化、智能化、多功能、遠(yuǎn)距離傳輸 功能單一，操作不便 虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成 虛擬儀器是基于計算機(jī)的儀器。 (7）可方便地存貯和交換測試數(shù)據(jù)，測試結(jié)果的表達(dá)方式更加豐富多樣。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 9 (5）虛擬儀器開放、靈活，與計算機(jī)同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。 (3）儀器的功能是由用戶根據(jù)需要用軟 件來定義，不是事先由廠家定義的。同時，還可以根據(jù)要求和操作需要來設(shè)計儀器面板。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復(fù)雜的功能。 (1）傳統(tǒng)儀器的面板只有一個，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。它可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀 器全部功能且操作靈活。這樣，當(dāng)用戶從一個項目轉(zhuǎn)向另一個項目時，就能簡單地構(gòu)造出新的 VI系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。源代碼庫函數(shù)為用戶構(gòu)造自己的虛擬儀器（ VI）系統(tǒng)提供了基本的軟 件模塊。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點之一，有了這一點，儀器的開發(fā)和換代時間將大大縮短。虛擬儀器以通用計算機(jī)和配備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口的測量儀器（包括 GPIB、 RS232 等傳統(tǒng)儀器以及新型的 VXI 模塊化儀器）為基礎(chǔ)，將儀器硬件連接到各種計算機(jī)平臺上，直接利用計算機(jī)豐富的軟硬件資源，將計算機(jī)硬件（處理器、存儲器、顯示器）和測量儀器（頻率計、示波器、信號源）等硬件資源與計算機(jī)軟件資源（包括數(shù)據(jù)的處理、控制、分析和表達(dá)、過程通訊以及圖形用戶界面）有機(jī)的結(jié) 合起來。 虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器” 。所謂虛擬儀器是基于計算機(jī)的軟硬件測試平臺，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng)之中；可自由構(gòu)建 成專有儀器系統(tǒng)。 虛擬儀器技術(shù)概述 現(xiàn)行的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)普遍都是在虛擬 儀器的平臺上進(jìn)行開發(fā)與設(shè)計的，虛擬儀器因其設(shè)計 的便捷、靈活與直觀而被人們越來越重視，本課題以虛擬儀器為平臺進(jìn)行設(shè)計， 可以更加直觀、方便地對所采集信號進(jìn)行處理與分析，并可以靈活地對程序進(jìn)行修改，大大減少了設(shè)計的時間，同時又能起到很好的效果。 A/D 轉(zhuǎn)換器是采樣通道的核心，因此 A/D 轉(zhuǎn)換器是影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速率和精度的主要因素之一。這可以用采樣 /保持器來實現(xiàn)，采樣 /保持器的加入，大大提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率。這樣，在多路開關(guān)改變其通道序號時，程控放大器也由相應(yīng)的一組數(shù)碼控制改變放大倍數(shù)，即為每個模擬通道提供最合適的放大倍數(shù)，它的使用大大拓寬了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的適應(yīng)面。 一般通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)支持多路模擬通道，而各通道的模擬信號電壓可能有巨大差異，因此最好是對各通道采用不同的放大倍數(shù)進(jìn)行放大，即放大器的放大倍數(shù)可以實時控制改變。 . 程控放大器 在數(shù)據(jù)采集時，來自傳感器的模擬信號一般都是比較弱的低電平信號。 一般模擬多路開關(guān)有 2N 個模擬輸入端， N 個通道選擇端，由 N 個選通信號控制選擇其中一個開關(guān)閉合，使對應(yīng)的模擬輸入端與多路開關(guān)的輸出端接通，讓該路模擬信號通過。在不要求高速采樣的場合，一般采用公共的 A/D轉(zhuǎn)換器，分時對各路模擬量進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，目的是簡化電路，降低成本。首先要通過相應(yīng)的傳感器將這些非電量轉(zhuǎn)換為電信號，然后才能實現(xiàn)進(jìn)一步的處理。 現(xiàn)行通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 構(gòu)成 現(xiàn)行通用 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng) 主要由硬件和軟件兩部分組成，它是由傳感器、模擬多路開關(guān)、程控放大器、采樣 /保持器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)等部分組成 。 在 環(huán)境監(jiān) 測 方面，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也同樣發(fā)揮著其優(yōu)越的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、處理的性能，它能將所監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各類環(huán)境數(shù)據(jù)快速而準(zhǔn)確的進(jìn)行收集，并根據(jù)設(shè)置進(jìn)行準(zhǔn)確的處理和反饋，在環(huán)境監(jiān)測方面起著十分巨大的作用 。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是以傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，以及測試?yán)碚摰牟粩喟l(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展也是日新月異。 在數(shù)據(jù)采集過程中所需要的設(shè)備、儀器形成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它 是計算機(jī)智能儀器與外界物理世界聯(lián)系的橋梁 ，是獲取信息的重要途徑。 關(guān)鍵詞： 聲卡 LabVIEW 數(shù)據(jù)采集 系 統(tǒng) 高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 4 The design of sound card date collection’s system based on the labview Gao Fan 20xx Electronics and Information Engineering Sanming University, Sanming, Fujian 365004 Abstract: This paper describes the data