基于LabVIEW的聲卡信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于LabVIEW的聲卡信號(hào)采集分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)0704115班02號(hào)摘要：要在LABVIEW環(huán)境中進(jìn)行對(duì)聲卡編程，就是運(yùn)用常用周期信號(hào)及測試領(lǐng)域特殊信號(hào)的雙通道模擬輸出。由于專用數(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)。該系統(tǒng)具有雙通道、高保真、22K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。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該設(shè)計(jì)方案具有設(shè)計(jì)簡便、成本低、通用性高、擴(kuò)展性好、界面大方簡潔等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工程測量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等環(huán)境。關(guān)鍵詞：聲卡；數(shù)據(jù)采集；虛擬儀器；LabVIEW；引言數(shù)據(jù)采集是信號(hào)分析與處理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在許多工業(yè)控制與生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控中，都需要對(duì)各種物理量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。但是，專用數(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。實(shí)際測量中，在滿足測量要求的前提下，可以充分利用計(jì)算機(jī)自身資源，完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)，從而節(jié)省成本。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測試平臺(tái)。虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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。目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境是美國國家儀器公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品[1]。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。LabVIEW是一種圖形化編程語言，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室,主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域,適用于多種不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)。與傳統(tǒng)C、C++等編程語言不同，LabView采用強(qiáng)大的圖形化語言編程,面向測試工程師而非專業(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)[2]。1聲卡信號(hào)采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案聲卡采集系統(tǒng)原理框圖如下圖1所示。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。圖1聲卡采集系統(tǒng)原理框圖原工作僑過程童為：源輸入疊時(shí)，決測試氧信號(hào)棗首先止經(jīng)過說信號(hào)納調(diào)理酒電路設(shè)，利抓用P葡C機(jī)百聲卡擊的麥饅克風(fēng)腿輸入在（m池ic鮮i列n）紗或線富路輸跑入（更li腰ne償i鞏n）喚作為哄信號(hào)拌的輸族入端孫口，魂將獲丈取到步的模裹擬音魄頻信矛號(hào)經(jīng)止過左碼右兩棚個(gè)通炊道和鞠A/棟D轉(zhuǎn)鉛換后士送入成計(jì)算榴機(jī)，勻通過崇La溜bV呈IE確W編芽寫的渣采集邁程序慨進(jìn)行訊各種領(lǐng)處理僑和保迫存；茄輸出銅時(shí)，座經(jīng)過煙采集饞系統(tǒng)辜處理龜?shù)臄?shù)澡據(jù)通激過總啊線將日數(shù)字駕化的償信號(hào)嶺以P師CM糖方式疾送到奔D/借A轉(zhuǎn)令換器信，編熄程模州擬的僵音頻股信號(hào)天由線狼路輸系出（抖li聚ne澆o豈ut磚）端幻口通嶼過耳扁機(jī)或膛音響甩轉(zhuǎn)換醉為音倒波播材放出誠來。簡信號(hào)秩調(diào)理買電路塔：在押信號(hào)尊進(jìn)入仇聲卡匙之前忽必須滅經(jīng)過溜信號(hào)鎮(zhèn)調(diào)理秧，主忌要包蹤括信鴿號(hào)的嫁放大吐、濾航波、段隔離候和線源性化抄處理盆，以濟(jì)使其謝能夠祥被聲犁卡正狂確的咳識(shí)別海。聲勇卡的掉麥克杰風(fēng)（繩mi品c賽in腹）輸為入端這具有的高增仗益放計(jì)大器伙，會(huì)陪使得語信號(hào)磨產(chǎn)生厲較大齡失真多，所三以選內(nèi)擇線繳路（粥l(xiāng)i怖ne烘i令n）早輸入涌信號(hào)侄時(shí)，出其輸話入電賞壓應(yīng)按為-還1～撿+1待V。連聲卡乘：計(jì)栽算機(jī)哪的聲茅卡作屈為數(shù)賭據(jù)采插集卡垮，其非A/降D轉(zhuǎn)們換功瞧能已森經(jīng)成泳熟，壯而且傷計(jì)算楊機(jī)無束需添耳加額廊外配橫件便虹能完塑成所蜓有音舒頻信忽號(hào)的維采集奸功能范，具襖有價(jià)門格低晌廉、陳采樣堤精度差高，溉與L屑ab栽Vi他ew耽結(jié)合浪編程船簡單鴿等優(yōu)欄點(diǎn)，閥因此攻，利避用聲靜卡可浮以構(gòu)錫成一點(diǎn)個(gè)較偉高采增樣精舟度、億中等夸采樣淺頻率傳、靈粱活性獎(jiǎng)好的斧信號(hào)限采集仿系統(tǒng)滅。狡聲卡茅主要攤技術(shù)荒指標(biāo)裳有采裁樣位足數(shù)、絕采樣得頻率享、頻原率范同圍和藥頻率誦響應(yīng)蜘、基尖準(zhǔn)電頃壓等想。鴿（1量）采編樣位慢數(shù)：漠采樣云位數(shù)斑可以陷理解欠為聲勸卡處所理聲楊音的淺解析嫌度。艦這個(gè)湯數(shù)值不越大潤，解夠析度怒就越憤高，祖錄制財(cái)和回修放的疊聲音顛就越露真實(shí)頑。如肯今市緞面上祥所有汁的主榆流產(chǎn)乖品都原是1講6位伴的聲售卡，租而一駁般的他數(shù)據(jù)葡采集睛卡大崖多也碑才有擇12規(guī)位，鐘因此毅，聲墨卡相姓較于解常用盡的數(shù)索據(jù)采狹集卡抹毫不霞遜色召[3家]。毅（2象）采盤樣頻喜率：隔采樣餡頻率邪是指雕錄音夫設(shè)備霜在一晨秒鐘倒內(nèi)對(duì)悟聲音況信號(hào)飯的采擱樣次催數(shù)，畝采樣于頻率怪越高修聲音施的還貼原就孝越真峰實(shí)越宋自然鳴。在雄當(dāng)今嫁的主爹流民烘用聲課卡上毯，采坐樣頻旋率一度般共棋分為嚴(yán)8暖KH偏z西、1測1.撿02慧5K東Hz虧、2崖2.傲05粱KH役z和刺44便.1呀KH前z四縮個(gè)等眼級(jí)，呀少數(shù)很可以蠢達(dá)到售48茫K腸Hz獄。慮對(duì)于饅20蔥Hz候～2刮0K叢Hz慶范圍升內(nèi)的蘆音頻攪信號(hào)噸，如譜果采擋用4芹8湊KH斜z采唉樣頻丸率，策雖然予理論話上是聲可行蓮的，按但是參效果座已經(jīng)焰不是檢最好循。因柏而使烤用聲糊卡的石局限默性就幅是不桑允許遺用戶圓在最銜高采胸樣率躺下隨掏意設(shè)素定采東樣頻菠率。踩對(duì)于惡高于渾48蜜KH拌z的相采樣乖頻率詳人耳奔已無鋼法辨育別出鐵來了恭，因卻此沒仔有實(shí)船用價(jià)貞值。椅（3弄）頻村率范挑圍和盼頻率欠響應(yīng)倆：前壘者是檢指音督響系沾統(tǒng)能動(dòng)夠回伶放的央最低銅有效單回放猜頻率省與最然高有賤效回宴放頻低率之躁間的虛范圍戴；后未者是呆指將短一個(gè)傘以恒宿電壓公輸出免的音棒頻信泄號(hào)與諷系統(tǒng)倒相連芳接時(shí)鞠，音準(zhǔn)箱產(chǎn)夸生的糾聲壓遵隨頻侍率的座變化且而發(fā)顧生增會(huì)大或行衰減譯、相馬位隨址頻率保而發(fā)輔生變?cè)伝慕o現(xiàn)象鏡。以然聲卡威作為艱虛擬議測試州儀器秩的硬迷件設(shè)功備必盆須對(duì)貼其頻梨率特始性有嗚所了凡解。隸本系熊統(tǒng)所潮用計(jì)前算機(jī)隔主板護(hù)集成勵(lì)聲卡禽是R仿ea憐kt負(fù)ek參的A居LC桶88循0姻Co隨de段c，滑根據(jù)拴其性脂能指浙標(biāo)，貌設(shè)置峰采樣容率為僻44講.1氧KH欄z，時(shí)采樣川位數(shù)事為雙致通道售，采第樣比岡特?cái)?shù)六為1柱6位攤，以府保證詢采樣藥時(shí)的奶干擾典較小梨、波絮形穩(wěn)挨定[敏4]桑。敵（4尺）基莊準(zhǔn)電概壓：窄聲卡吐沒有議基準(zhǔn)辟電壓然，因禿此無后論是納A/腦D還忍是D記/A效轉(zhuǎn)換的器，特都需蘭要用嗽戶參缸照基緩準(zhǔn)電咸壓進(jìn)巷行標(biāo)駕定[恭5]竹。蟻2雄聲卡臨信號(hào)惱采集套系統(tǒng)那設(shè)計(jì)紋實(shí)現(xiàn)溉La型bV分IE繼W軟押件是意一種或基于乏圖形觸語言烈編程伙的可竿視化餡軟件塔開發(fā)迷平臺(tái)級(jí)，與車VC抄，V檔B等巴其他擱可視感化編海程語悔言相矮比，棋其函越數(shù)庫痰豐富紐、編迫程簡洞單直岸觀、帆調(diào)試披方便饒，而鼠且界削面開蝕發(fā)簡害單，只界面朵風(fēng)格棕與傳藍(lán)統(tǒng)儀廉器相寇似。龍La購bV罩IE濾W是綢一個(gè)脹外觀襖和操經(jīng)作能警模仿境實(shí)際肯的儀垃器的度程序諷開發(fā)磨環(huán)境凝，類獄似于渣C、慘BA鋼SI蔑C等振編程匆語言益。但降La糊bV房IE績W的女特點(diǎn)勾在于培，它赤使用雕圖形冰化編卡程語緒言G液在流淺程圖曲中創(chuàng)樸建源豐程序畝，而偶非使承用基任于文奉本的持語言裹來產(chǎn)該生源立程序扭代碼是。L軋ab睬VI膜EW歲還整共合了拿諸如附滿足靜GP彎IB班、V圈XI鏟、U構(gòu)SB獄、R疾S-踏23擴(kuò)2和放RS申-4鹿85附以及蠻數(shù)據(jù)呼采集屬卡等偷硬件扭通訊條的全館部功路能。膏內(nèi)置幸了便獵于T款CP云/I象P、借Ac存ti好ve延X就等軟至件標(biāo)帶準(zhǔn)的瞎庫函舍數(shù)。老雖然持La烘bV經(jīng)IE父W是現(xiàn)一個(gè)樓通用淡編程焰系統(tǒng)贏，但段是它賠也包缸含了幻數(shù)據(jù)肯采集汽和儀故器控掙制等呼特別削設(shè)計(jì)趟的函滑數(shù)庫肉和開霞發(fā)工趣具。推由于角La繁bV曲IE境W所鴿使用蜓的術(shù)膠語、編圖標(biāo)嫁和概本念都狹是技臉術(shù)人慶員、辰科學(xué)炕家、刪工程艷師所榨熟悉久的，娛故而尾即使河用戶宇沒有妨多少粘編程感經(jīng)驗(yàn)吼，同樣樣也蘇能利匹用L勉ab伏VI華EW殼來開院發(fā)自谷己的鄉(xiāng)應(yīng)用府程序辟[6劍]。暗以L京ab芹VI中EW源為基賢礎(chǔ)的本本聲附卡信吃號(hào)采消集系疤統(tǒng)主謀要完豐成了歡信號(hào)狹采集抄、存忙儲(chǔ)、尤回放壩和頻秤域分級(jí)析等研功能睛。本娃設(shè)計(jì)徹對(duì)于炭信號(hào)演采集陰如此浴多的致功能婆采用鳴了分余模塊咳顯示拾設(shè)置信，這奴樣使么得主鐮程序步前面瓜板簡安單明桐了，召且功小能齊薦全，勺方便么了用右戶的謝操作格。宅2.辮1付虛擬業(yè)示波朝器的迅設(shè)計(jì)摩虛擬且示波藏器的叼前面桶板是荷應(yīng)該菜根據(jù)權(quán)實(shí)際遮中的快儀器嚴(yán)面板進(jìn)以及剩該儀糾器所縱要實(shí)耐現(xiàn)的幸各種綿功能施進(jìn)行勿設(shè)計(jì)棟的程橋序交嘉互式趙圖形寨化用碼戶界選面。粉根據(jù)察計(jì)算債機(jī)聲嬌卡的部實(shí)際微特性州，將悔聲卡撕設(shè)置溪為雙耕通道床、4震4.右1k躁Hz豐采樣燭頻率兵、1恒6位匹采樣居比特推數(shù)、援連續(xù)蜜采樣遵等，出如圖具2所睡示。般本設(shè)云計(jì)根毀據(jù)實(shí)煩際顯默示需活要，替設(shè)計(jì)耳的顯震示前慢面板鈔如圖淡3所寒示，恨該虛蹲擬示辰波器妥界面餡實(shí)時(shí)餓顯示炎了所其采集扶歌聲旗的實(shí)擇時(shí)信配號(hào)。坦同時(shí)支，實(shí)沸時(shí)顯功示界趕面的復(fù)示波過器屬高性設(shè)五置為防X、漏Y軸夾均設(shè)焰置為勺“索自動(dòng)貴調(diào)整幸標(biāo)尺蘇”格，從核而保芝證無軟論信某號(hào)幅用值如寒何改狠變，厚總可盯以在燥縱坐煤標(biāo)上魯是清僻晰顯扎示，咽這樣霜不僅扣方便呈用戶茫操作關(guān)，而姜且觀右察方歇便。拉圖2治聲背卡參耍數(shù)設(shè)控置春圖3旋實(shí)箏際采慮集音接頻信疑號(hào)實(shí)牛時(shí)顯尊示槳圖4春虛辰擬示彎波器組后面專板程恨序紋虛擬承示波拾器主既要是隙對(duì)聲妄卡采嶼集音課頻信配號(hào)的貸時(shí)域孩實(shí)時(shí)性顯示犧，其圾后面污板程角序主槳要使干用w非hi火le桐循環(huán)喜結(jié)構(gòu)傾實(shí)現(xiàn)港數(shù)據(jù)柄實(shí)時(shí)搬顯示粉和數(shù)嘉據(jù)實(shí)瞞時(shí)存稅儲(chǔ)，推實(shí)際近后面怕板如描圖4憑所示宮。叉2.史2習(xí)虛擬站數(shù)據(jù)吃分析斗儀設(shè)棉計(jì)雜數(shù)據(jù)汗分析路儀主篇要包欣括數(shù)資據(jù)回紙放、艦信號(hào)度參量茶、幅痕度相換位譜每和功遇率譜噴的測藥量等紹。數(shù)為據(jù)回犁放主允要是世將已田存儲(chǔ)滲的信乘號(hào)重子新讀煮取然芬后進(jìn)奧行分球析；拳數(shù)據(jù)斗信號(hào)雷參量史測量全主要宅從時(shí)笑域上忠對(duì)信觀號(hào)的霸周期跑平均柳值、設(shè)周期股均方障值、千峰峰面值、繩均值汽等測殼量；污幅度銀相位三譜和節(jié)功率吧譜主味要是呢從頻喂域上兩對(duì)回向放信質(zhì)號(hào)的挎幅度揭、相集位以殿及功固率進(jìn)獸行測什量。麻對(duì)手誼動(dòng)保返存的順歷史復(fù)采樣姐信號(hào)替文件指，通村過歷哨史數(shù)西據(jù)回陣放功緒能，墓可以稻逐塊車地由轎軟件姥象采蔑集真紗實(shí)數(shù)遇據(jù)一彼樣，競重新浴由軟妹件顯影示、鄭處理溉；由捏此可很以重吳現(xiàn)試享驗(yàn)過斃程、宰檢驗(yàn)京各種柴功能是、驗(yàn)韻證用茫戶的演各種礦設(shè)置扒；在寬軟件床模塊蔥中，圖用戶醒可以那進(jìn)一終步對(duì)賀La摔bV信IE拒W采良集的槍數(shù)據(jù)芝進(jìn)行希進(jìn)一旋步分飾析、撤處理知；歷必史數(shù)貿(mào)據(jù)回解放功錫能能撇讓用絕戶在痕試驗(yàn)火前就飼調(diào)試樣程序勝、在斗試驗(yàn)朽后反哨復(fù)用而試驗(yàn)?zāi)憯?shù)據(jù)碧驗(yàn)證飾，即街用實(shí)譽(yù)際數(shù)超據(jù)仿慧真試兄驗(yàn)，廢減少圾試驗(yàn)妙成本伏、重底現(xiàn)關(guān)揮鍵試燥驗(yàn)。巴歷史炊波形盆回放扒程序撒框圖戲如圖會(huì)5所興示。擦圖5沿波兵形回焦放后副面板娛程序粉時(shí)域薄分析肥是一膊種直要接在融時(shí)間丙域中共對(duì)系狂統(tǒng)進(jìn)唐行分伴析的放方法濱，具染有直準(zhǔn)觀、赴準(zhǔn)確尿的優(yōu)漠點(diǎn)，元可以日提供肚數(shù)據(jù)這采集席系統(tǒng)地時(shí)間滴響應(yīng)也的全賞部信致息。嶺圖6父虛污擬數(shù)社據(jù)分冊(cè)析儀乘框圖老程序這頻域極分析庸是通曠過傅竹里葉盜變換償將時(shí)沖域信夸號(hào)變煩換到齡頻域代，其切主要鍬是了虧解信供號(hào)的螺頻譜觸成分薪以及扭各種終成分遠(yuǎn)的強(qiáng)示度。鍬本設(shè)受計(jì)主司要實(shí)踐現(xiàn)了汗對(duì)采彩集信旬號(hào)的凍幅度萄譜、吼相位并譜和障功率傅譜分熊析等詞功能乓。實(shí)秩際程猜序如騎圖6姐所示史。其翻中，蝦對(duì)信雞號(hào)加廳窗時(shí)揀，使張用矩岔形窗串將信江號(hào)突圍然截慨?dāng)?，池在頻欠域上驗(yàn)造成突很寬驢的、非原信揮號(hào)中漂不存耕在的湊附加概頻率栽成分臥，即櫻有限押化帶陪來的私泄露此問題伏。為點(diǎn)了防猶止采府集信皮號(hào)發(fā)哭生泄算露，居對(duì)所因采集戀信號(hào)朗進(jìn)行竟加窗億處理賀，系懲統(tǒng)選美擇了鵲漢寧灰窗。值虛擬姻分析靈儀的援界面階如圖少7所腔示，陽該圖致顯示爐為實(shí)猛際采多集音飄頻信熟號(hào)的小FF兵T變淋換頻巧譜。挽圖7句虛薪擬頻重譜分攀析儀流界面收3芳結(jié)束厭語讀利興用計(jì)廣算機(jī)是聲卡脅代替餅昂貴襖的數(shù)膀據(jù)采漆集卡詞采集途數(shù)據(jù)挎，以嗽圖形手化編套程語炸言的紅虛擬堤儀器道軟件壺La賭bV郊IE條W為胳開發(fā)澤工具藝，充買分利擊用計(jì)毅算機(jī)財(cái)強(qiáng)大雪的信寺息處霸理能習(xí)力和舟La現(xiàn)bV汪IE趣W模斯塊化誕編程奔技術(shù)血，實(shí)飲現(xiàn)了費(fèi)常見快音頻守信號(hào)置的實(shí)踏時(shí)采時(shí)集、舟顯示扇、存不儲(chǔ)，隊(duì)回放礦以及陶分析焰等功待能。靈其有衫效的自利用竭了計(jì)遙算機(jī)令資源批，節(jié)嫂約了榜數(shù)據(jù)脂采集喘成本顫，易灣于構(gòu)梳建和零升級(jí)噴，并腥且界需面友貴好，勞操作葛簡單貌，成尊本較守低，夾易于暴實(shí)現(xiàn)雙，不輕僅可退以應(yīng)午用于翁科研循試驗(yàn)份，而豈且可澡以應(yīng)筋用于鹽檢測駁車輛近等方站面，敘具有擇比較孝廣闊馬的應(yīng)甘用前甩景。廁參考浴文獻(xiàn)豐[1熟]請(qǐng)Na功ti灶on寶al其I悲ns擋tr觸um極en嶼ts減.叫La借bV慢IE高W掘Us疫er牛M現(xiàn)an炒ua秋l綁[M句].機(jī)船Te屠xa清s小:速Na越ti詠on蛾al凍I家ns散tr擺um宿en莊ts如,潑20拌03滴.檢[2測]技陳錫曲輝．許La僅bV滋IE孝W未8.燙20華程樂序設(shè)蠅計(jì)從指入門棚到精怠通[洋M]面.北禿京:豬清華采大學(xué)管出版葡社,捕20孔07杠[3曠]明王珍摘寧,善吳先蠟球,蠻張誠登,陳拋俊芳蛋.基全于聲梅卡的瘋遠(yuǎn)程挖數(shù)據(jù)挪采集礎(chǔ)[J異].俯微計(jì)鳴算機(jī)