【正文】 ........................ 14 PC 機 ............................................................... 15 高凡：基于 Labview 的聲卡數據采集系統(tǒng)設計 2 聲卡 ............................................................... 15 DSP 處理芯片 .................................................... 15 功率放大芯片 ................................................... 15 總線連接端口 ................................................... 15 輸入輸出端口 ................................................... 16 聲卡數據采集 的特點 ................................................. 16 聲卡的選擇 ......................................................... 16 聲卡數據采集系統(tǒng)的設計軟件 —— LABVIEW ............................... 17 第三章 面向聲卡的信號調理電 路 ............................................ 18 通用數據采集系統(tǒng)信號調理 ........................................... 18 面向聲卡數據采集系統(tǒng)的信號調理 ..................................... 19 第四章 基于 LABVIEW 的聲卡 數據采集系統(tǒng)的編程 .............................. 21 聲音初始化模塊 ..................................................... 21 Sound format ................................................... 22 Si Config ...................................................... 23 Case 函數 ...................................................... 23 數據讀取模塊 ....................................................... 24 數據處理模塊 ....................................................... 24 實際信號分析 ....................................................... 25 結論 ..................................................................... 28 致謝語 ................................................................... 29 參考文獻 ................................................................. 30 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 3 基于 LabVIEW 的聲卡數據采集 系統(tǒng) 設計 高凡 三明學院 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 機聲卡 數據采集系統(tǒng) ,采用 計算機聲卡作為 替代普通 數據采集 卡 的信號記錄儀器 ,從而 實現對 外部多種 信號的數據采集、 模數 /數模 處理 和輸出 ，并對 系統(tǒng)的結構、原理進行了說明。 20 世紀 70 年代以來，計算機、微電子等技術迅猛發(fā)展，在其推動下，數據采集系統(tǒng)所用 的 儀器與技術不斷進步，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化儀器及其系統(tǒng)，計算機與現代化儀器設備間的界限日漸模糊，測控領域和范圍不斷拓寬。 而為采集數據而采用的技術叫做 數據采集 技術，它 主要指從傳感器輸出的微弱電信號，經信號調理、模數轉換到存儲、記錄這一過程所涉及的技術。 數據采集系統(tǒng)的應用 隨著社會的高速發(fā)展，計算機技術的廣泛應用，數據采集系統(tǒng)在生產領域和日常生活等各方面的應用越來越為重要，如化學工業(yè) 中，數據采集系統(tǒng)可針對化工過程復雜，工藝參數多，分布廣等特性來進行生產過程 中的實時監(jiān)測數據，可以解決生產中的生產動態(tài)實時數據的收集與處理，且數據準確，收集、處理、反饋等過程所需時間短。 同時，在 農業(yè)生產 、設備生產 等 方面， 數據采集系統(tǒng) 也 扮演著 十分 重要的角色，然而，數據采集領域本身也正在進行著一次又一次的發(fā)展與變化 ，以滿足日益進步的社會生產技術和各個領域的要求。 高凡：基于 Labview 的聲卡數據采集系統(tǒng)設計 6 . 傳感器 環(huán)境中的某些 物理信號，如光、壓力、溫度、聲音等都是非電量。 . 模擬多路開關 數據采集系統(tǒng)往往要對多路模擬量進行采集。可以用模擬多路開關來輪流切換各路模擬量與 A/D 轉換器間 的通道，使得在一個特定的時間內，只允許一路模擬信號輸入到A/D 轉換器，從而實現分時轉換的目的。有規(guī)律地周期性改變 N 個選通信號，可以按固定的序列周期性閉合各個開關，構成一個周期性分組的分時復印輸出信號，由后面的 A/D 轉換器分時復用對各通道模擬信號進行周期性轉換。程控放大器的作用 是將微弱輸入信號進行放大，以便充分利用 A/D 轉換器的滿量程分辨率。程控放大器能夠實現這個要求，它的放大倍數隨時可以由一組數碼控制。 . 采樣 /保持器 A/D 轉換器完成一次轉換需要一定的時間，在這 段時間內希望 A/D 轉換器輸入端的模擬信號電壓保持不變，以保證有較高的轉換精度。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 7 . A/D 轉換器 因為計算機只能處理數字信號，所以須把模擬信號轉換成數字信號，實現 這一轉換功能的器件是 A/D 轉換器。 . 計算機 對數據采集系統(tǒng)的工作進行管理和控制，并對采集到的數據做必要的處理。 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。該技術把儀器分為計算機、儀器硬件和應用軟件三部分。 虛擬儀器的特點 虛擬儀器是基于計算機的功能化硬件模塊和計算機軟件構成的電子測試儀器，而軟件是虛擬儀器的核心，如圖 11 所示，其中軟件的基礎部分是設備驅動軟件，而這些標準的儀器驅動軟件使得高凡：基于 Labview 的聲卡數據采集系統(tǒng)設計 8 系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關。虛擬儀器中應用程序將可選硬件（如 GPIB， VXI， RS232， DAQ 板）和可重復用庫函數等軟件結合在一起，實現了儀器模塊間的通信、定時與觸發(fā)。由于 VI 的模塊化、開放性和靈活性，以及軟件是關鍵的特點，當用戶的測試要求變化時可以方便地由用戶自己來增減硬、軟件模塊，或重新配置現有系統(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 臺底 層 驅 動 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，很容易構建，所以應用面極為廣泛。 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨立儀器無法比擬的優(yōu)勢。由此導致許多識讀和操作錯誤。這樣，在每個分面板上就可以實現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）儀器性能的改進和功能擴展只需更新相關軟件設計，不需購買新儀器。 (6）由于其以 PC 為核心，使得許多數據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 CPU 的強大的數據處理功能來完成，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，實現自動化、智能化、多任務測量。 (8）虛擬儀器在高性價比的條件下， 降低系統(tǒng)開發(fā)和維護費用，縮短技術更新周期。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經出現含嵌入式系統(tǒng)的儀器。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現各種儀器功能，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，虛擬儀器設計日趨模塊化、標準化，設計工作量大大減小。用戶可以采用各種編程軟件來開發(fā)自己所需要的應用軟件。這些軟件開發(fā)平臺提供了強大的儀器軟面板設計工具和各種數據處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的 各種硬件的驅動程序模塊，簡化了虛擬儀器的設計工作。 硬 件 驅 動 程 序數 據 處 理用 戶 界 面 圖 13 虛擬儀器軟件結構 虛擬儀器的開發(fā)軟件 虛擬儀器的開發(fā)語言 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 11 虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有：標準 C， Visual C++ ， Visual Basic 等通用程序開發(fā)語言。除了要花大量時間進行測試系統(tǒng)面板設計外 ，還要編制大量的設備驅動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 —— LabVIEW LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)是一種圖形化的編程語言，它被視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都更加形象化。而 LabVIEW 是基于數據流的工作方式，同時是基于圖形化的編程，不必掌握大量的編程語言和程序設計技巧便可設計出虛擬儀器系統(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，具體表現有開關、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、結構和連線等。在許多情況下，使用 VI 可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，不僅在屏幕上出現一個惟妙惟肖的標準儀器面板，而且其功能也與傳統(tǒng)標準儀器相差無幾。在設計大型 自動檢測系統(tǒng)時一步完成一個復雜系統(tǒng)的設計是相當有難度的。設計者可把一個復雜自動檢測系統(tǒng)分為多個子系統(tǒng)，每一個都可完成一定的功能。而數據采集系統(tǒng)主要是通過數據采集卡對外部信號進行采集，因此，數據采集卡的更新換代對數據采集系統(tǒng)起著重大的影響。所以在選擇數據采集卡構成系 統(tǒng)時，首先必須對數據采集卡的性能指標有所了解。根據奈奎斯特理論采樣頻率至少是原信號的兩倍，但實際中，一般都需要 5～ 10 倍。如果采樣系統(tǒng)對時間要求嚴格，則必須同時 采集，這就需要每個通道都有自己的放大和 A/D 轉換器。 (3）分辨率 ADC 的位數越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。因而，數字信號不能真實地反映原始信號，因為一部分信息被漏掉了。 (4）電壓動態(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 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。 20xx 屆電子信息工程畢業(yè)論文（論文） 13 數據采集卡 (DAQ 卡 )的組成 (1）多路開關。 (2）放大器。通常中的放大器都是增益可調的，使用者可根據需要來選擇不同的增益倍數。把采集到的信號瞬間值，保持在 A/D 轉換的過程中不變化。將模擬的輸入信號轉化為數字量輸出，完成信號幅值的量化。以上四個部分是數據采集卡的重要組成部分，與其他的電路如定時 /計數器、總線接口等電路儀器組成 DAQ。其中 USB 是最新技術的數據采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點，它能充分地利用計算機的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴展性。 PXI 是在 PCI 內核技術上增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的。 NI PCI6221 是 NI 公司的 M 系列多功能數據采集卡，采用的是一個 A/D 轉換器，雖然是