虛擬儀器課程設(shè)計(jì)-基于聲卡的音頻采集分析儀與信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-11-05 09:56本頁(yè)面
【正文】 .............. 19 聲卡信號(hào)采集主程序 ................................................................................... 19 聲音的產(chǎn)生 Generate ...................................................................... 21 五、總結(jié) ................................................................................................................. 23 六、主要參考資料 ................................................................................................... 23 3 摘要 要在 LABVIEW 環(huán)境中進(jìn)行對(duì)聲卡采集編程，就是運(yùn)用常用周期信號(hào)及測(cè)試領(lǐng)域特殊信號(hào)的雙通道模擬輸出。由于專(zhuān)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(hào)采集分析系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該設(shè)計(jì)方案具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、成本低、通用性高、擴(kuò)展性好、界面大方簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等環(huán)境。虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可由用戶(hù)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。它是將儀器裝入計(jì)算機(jī)中 , 以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托 , 可以實(shí)現(xiàn)各種儀器的功能。與傳統(tǒng) C、 C++等編程語(yǔ)言不同， LabView 采用強(qiáng)大的圖形化語(yǔ)言編程 ,面向測(cè) 試工程師而非專(zhuān)業(yè)程序員，編程方便 ,人機(jī)交互界面直觀友好，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點(diǎn)。但是，專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集卡的價(jià)格一般比較昂貴，而我們PC 機(jī)的聲卡就是一個(gè)很好的雙通道數(shù)據(jù)采集卡。要在 LABVIEW 環(huán)境中進(jìn)行對(duì)聲卡采集編程，就是運(yùn)用常用周期信號(hào)及測(cè)試領(lǐng)域特殊信號(hào)的雙通道模擬輸出。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(hào)的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、回放、信號(hào)分析（時(shí)域分析和頻域分析）等多種功能。 5 二、 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(chǔ)示波器、信號(hào)分析儀和信號(hào)發(fā)生器三個(gè)主要功能模塊，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)示波器與分析儀整合在一個(gè)界面，信號(hào)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(hào)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(chǔ)，類(lèi)型為 TXT 類(lèi)型，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求使用子 VI 實(shí)現(xiàn)； 對(duì)于信號(hào)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(hào)類(lèi)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(hào)能夠疊加 為一個(gè)復(fù)合信號(hào)；另外支持讀取數(shù)據(jù)文件作為信號(hào)來(lái)源，數(shù)據(jù)文件類(lèi)型為 TXT，數(shù)據(jù)讀取用子 VI 實(shí)現(xiàn)。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。分析儀的分析對(duì)象可以是采集的真實(shí)信號(hào)、模擬的仿真信號(hào)或數(shù)據(jù)文件中存儲(chǔ)的信號(hào)。它主要由聲源、信號(hào)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。 信號(hào)調(diào)理電路：在信號(hào)進(jìn)入聲卡之前必須經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理，主要包括信號(hào)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(shí)別。 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(wú)需添加額外配件便能完成所有音頻信號(hào)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(jiǎn)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(hào)采集系統(tǒng)。 （ 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。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。在當(dāng)今的主流民用聲卡上，采樣頻率一般共分為 8 KHz、 和 ，少數(shù)可以達(dá)到 48 KHz 。因而使用聲卡的局限性就是不允許用戶(hù)在最高采樣率下隨意設(shè)定采樣頻率。 （ 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(hào)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。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。 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(duì)信號(hào)進(jìn)行截?cái)啵財(cái)嗪瘮?shù)稱(chēng)為窗函數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為窗。又從 采樣定理 可知，無(wú)論 采樣頻率 多高，只要信號(hào)一經(jīng)截?cái)?，就不可避免地引起混疊，因此信號(hào)截?cái)啾厝粚?dǎo)致一些 誤差 。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(cè)量物體的自振頻率等；如果分析窄帶信號(hào)，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、三角窗等；對(duì)于隨時(shí)間按指數(shù)衰減的函數(shù)，可采用指數(shù)窗來(lái)提高 信噪比 。它對(duì)傅氏變換的理論并沒(méi)有新的 發(fā)現(xiàn)，但是對(duì)于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者說(shuō) 數(shù)字系統(tǒng) 中應(yīng)用離散 傅立葉變換 ，可以說(shuō)是進(jìn)了一大步。 濾波器原理 定義 :凡是可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò) ，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱(chēng)之為濾波器，相當(dāng)于頻率 “篩子
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