【正文】 ...............................15 總線連接端口 ....................................................15 輸入輸出端口 ....................................................16 聲卡數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn) ..................................................16 聲卡的選擇 ..........................................................16 聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件—— LABVIEW ................................17第三章 面向聲卡的信號(hào)調(diào)理電路 ............................................18 通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)調(diào)理 ............................................18 面向聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理 ......................................19第四章 基于 LABVIEW 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的編程 ..............................21 聲音初始化模塊 ......................................................21 Sound format....................................................22 Si Config.......................................................23 Case 函數(shù) .......................................................23 數(shù)據(jù)讀取模塊 ........................................................24 數(shù)據(jù)處理模塊 ........................................................24 實(shí)際信號(hào)分析 ........................................................25結(jié)論 .....................................................................28致謝語 ...................................................................29參考文獻(xiàn) .................................................................30高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)4基于 LabVIEW 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)高凡三明學(xué)院 06 級電子信息工程 福建三明 365004摘要：本課題在 LabVIEW 的開發(fā)環(huán)境中,描述了基于 LabView 的 PC 機(jī)聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),采用計(jì)算機(jī)聲卡作為替代普通數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)記錄儀器,從而實(shí)現(xiàn)對外部多種信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、模數(shù)/數(shù)模處 理和輸出，并 對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了說明。20 世紀(jì) 70 年代以來，計(jì)算機(jī)、微電子等技術(shù)迅猛發(fā)展，在其推動(dòng)下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所用的儀器與技術(shù)不斷進(jìn)步，相繼誕生了智能儀器、PC 儀器、VXI 儀器、虛擬儀器及互換性虛擬儀器等微機(jī)化儀器及其系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化儀器設(shè)備間的界限日漸模糊，測控領(lǐng)域和范圍不斷拓寬。而為采集數(shù)據(jù)而采用的技術(shù)叫做數(shù)據(jù)采集技術(shù)，它主要指從傳感器輸出的微弱電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換到存儲(chǔ)、記錄這一過程所涉及的技術(shù)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用隨著社會(huì)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在生產(chǎn)領(lǐng)域和日常生活等各方面的應(yīng)用越來越為重要，如化學(xué)工業(yè)中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可針對化工過程復(fù)雜，工藝參數(shù)多，分布廣等特性來進(jìn)行生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以解決生產(chǎn)中的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集與處理，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，收集、處理、反饋等過程所需時(shí)間短。同時(shí)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、設(shè)備生產(chǎn)等方面，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也扮演著十分重要的角色，然而，數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域本身也正在進(jìn)行著一次又一次的發(fā)展與變化，以滿足日益進(jìn)步的社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)和各個(gè)領(lǐng)域的要求。高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)7. 傳感器環(huán)境中的某些物理信號(hào)，如光、壓力、溫度、聲音等都是非電量。. 模擬多路開關(guān)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往要對多路模擬量進(jìn)行采集。可以用模擬多路開關(guān)來輪流切換各路模擬量與 A/D 轉(zhuǎn)換器間的通道，使得在一個(gè)特定的時(shí)間內(nèi)，只允許一路模擬信號(hào)輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的。有規(guī)律地周期性改變 N 個(gè)選通信號(hào)，可以按固定的序列周期性閉合各個(gè)開關(guān)，構(gòu)成一個(gè)周期性分組的分時(shí)復(fù)印輸出信號(hào)，由后面的 A/D 轉(zhuǎn)換器分時(shí)復(fù)用對各通道模擬信號(hào)進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換。程控放大器的作用是將微弱輸入信號(hào)進(jìn)行放大，以便充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的滿量程分辨率。程控放大器能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)要求，它的放大倍數(shù)隨時(shí)可以由一組數(shù)碼控制。. 采樣/保持器A/D 轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)希望 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入端的模擬信號(hào)電壓保持不變，以保證有較高的轉(zhuǎn)換精度。2022 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文）8. A/D 轉(zhuǎn)換器因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，所以須把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn) 這一轉(zhuǎn)換功能的器件是 A/D 轉(zhuǎn)換器。. 計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作進(jìn)行管理和控制，并對采集到的數(shù)據(jù)做必要的處理。 虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念是由美國國家儀器公司（National Instruments）最先提出的。虛擬儀器是智能儀器之后的新一代測量儀器。該技術(shù)把儀器分為計(jì)算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件三部分。 虛擬儀器的特點(diǎn)虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的功能化硬件模塊和計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成的電子測試儀器，而軟件是虛擬儀器的核心，如圖 11 所示，其中軟件的基礎(chǔ)部分是設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件，而這些標(biāo)準(zhǔn)的儀器驅(qū)動(dòng)軟件使得高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)9系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關(guān)。虛擬儀器中應(yīng)用程序?qū)⒖蛇x硬件（如 GPIB，VXI，RS232，DAQ 板）和可重復(fù)用庫函數(shù)等軟件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時(shí)與觸發(fā)。由于 VI 的模塊化、開放性和靈活性，以及軟件是關(guān)鍵的特點(diǎn)，當(dāng)用戶的測試要求變化時(shí)可以方便地由用戶自己來增減硬、軟件模塊，或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求。虛擬儀器開發(fā)者虛擬儀器軟件面板虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)底層驅(qū)動(dòng)程序硬件模塊虛擬儀器開發(fā)者操作系統(tǒng)圖 11 虛擬儀器開發(fā)框圖虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨(dú)立儀器無法比擬的優(yōu)勢。由此導(dǎo)致許多識(shí)讀和操作錯(cuò)誤。這樣，在每個(gè)分面板上就可以實(shí)現(xiàn)功能操作的單純化和面板布置的簡潔化，從而提高操作的正確性和便捷性。(2）在通用硬件平臺(tái)確定后，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。(4）儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需更新相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，不需購買新儀器。(6）由于其以 PC 為核心，使得許多數(shù)據(jù)處理的過程不必像過去那樣由測試儀器本身來完成，而是在軟件的支持下，利用 PC 機(jī) CPU 的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來完成，使得基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)的測試精度、速度大為提高，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、多任務(wù)測量。(8）虛擬儀器在高性價(jià)比的條件下，降低系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，縮短技術(shù)更新周期。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式。如圖 12 所示。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計(jì)日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)工作量大大減小。用戶可以采用各種編程軟件來開發(fā)自己所需要的應(yīng)用軟件。這些軟件開發(fā)平臺(tái)提供了強(qiáng)大的儀器軟面板設(shè)計(jì)工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件的驅(qū)動(dòng)程序模塊，簡化了虛擬儀器的設(shè)計(jì)工作。硬件驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)處理用戶界面圖 13 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器的開發(fā)軟件 虛擬儀器的開發(fā)語言虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有：標(biāo)準(zhǔn) C，Visual C++ ，Visual Basic 等通用程序開發(fā)語言。除了要花大量時(shí)間進(jìn)行測試系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)外，還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和底層控制程序。除了通用程序開發(fā)語言以外，還有一些專用的虛擬儀器開發(fā)語言和軟件，如 LabVIEW。 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)——LabVIEWLabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)是一種圖形化的編程語言，它被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。利用它可以方便地建立自己的2022 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文）12虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都更加形象化。而 LabVIEW 是基于數(shù)據(jù)流的工作方式，同時(shí)是基于圖形化的編程，不必掌握大量的編程語言和程序設(shè)計(jì)技巧便可設(shè)計(jì)出虛擬儀器系統(tǒng)。像許多通用的軟件一樣，LabVIEW 提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh OS 等多種版本。(1）前面板：前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對象。(2）流程圖：流程圖提供 VI 的圖形化源程序。流程圖中包括前面板上的控件連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。在許多情況下，使用 VI 可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無幾。在設(shè)計(jì)大型自動(dòng)檢測系統(tǒng)時(shí)一步完成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)有難度的。設(shè)計(jì)者可把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)都可完成一定的功能。而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是通過數(shù)據(jù)采集卡對外部信號(hào)進(jìn)行采集，因此，數(shù)據(jù)采集卡的更新?lián)Q代對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起著重大的影響。所以在選擇數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，首先必須對數(shù)據(jù)采集卡的性能指標(biāo)有所了解。根據(jù)奈奎斯特理論采樣頻率至少是原信號(hào)的兩倍，但實(shí)際中，一般都需要 5～10 倍。如果采樣系統(tǒng)對時(shí)間要求嚴(yán)格，則必須同時(shí)采集，這就需要每個(gè)通道都有自己的放大和 A/D 轉(zhuǎn)換器。(3）分辨率ADC 的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。因而，數(shù)字信號(hào)不能真實(shí)地反映原始信號(hào)，因?yàn)橐徊糠中畔⒈宦┑袅恕?4）電壓動(dòng)態(tài)范圍電壓范圍指 ADC 能掃描到的最高和最低電壓。例如，一個(gè) 12 位多功能 DAQ 卡，其可選的范圍從 0 到 10V，或－5 到＋5V，其可選增益有 1，2，5，10，20，50 或 100。 數(shù)據(jù)采集卡(DAQ 卡)的組成(1）多路開關(guān)。(2）放大器。通常中的放大器都是增益可調(diào)的，使用者可根據(jù)需要來選擇不同的增益倍數(shù)。把采集到的信號(hào)瞬間值，保持在 A/D 轉(zhuǎn)換的過程中不變化。將模擬的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，完成信號(hào)幅值的量化。以上四個(gè)部分是數(shù)據(jù)采集卡的重要組成部分，與其他的電路如定時(shí)/計(jì)數(shù)器、總線接口等電路儀器組成 DAQ。其中 USB 是最新技術(shù)的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點(diǎn)，它能充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。PXI 是在 PCI 內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。NI PCI6221 是 NI 公司的 M 系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的是一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器，雖然是多路采集，實(shí)際上是分時(shí)工作的，所有在多路同時(shí)工作時(shí)采樣率會(huì)成倍降低。高凡：基于 Labview 的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)15第二章 聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與普通數(shù)據(jù)采集卡不同的是，聲卡自身已帶有前置放大器，能直接接受比較微弱的信號(hào)，例如來自話筒的信號(hào)，同時(shí)相對其他數(shù)據(jù)采集卡而言，聲卡本身已經(jīng)具有模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）的功能，無需另外增加 A/D 轉(zhuǎn)換硬件即可實(shí)現(xiàn)對信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，而且，聲卡作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡還具有著成本低、信號(hào)接收能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)傳感器選擇相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理儀器。由于聲卡是計(jì)