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LabView大作业基于声卡的LabVIEW数据采集与分析系统设计.doc

发布时间：2022-06-26 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.28M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    LabView 大作业 实验报告 第 7 次实验 实验名称： 基于声卡和 LabView 的虚拟仪器设计 专 姓 业： 名： 实 验 室: 同组人员： 评定成绩： 学 号： 实验组别： 实验时间： 审阅教师： 1
    目 录 前言……………………………………………………………1 1. 实验说明……………………………………………………2 1.1 设计原理 1.2 设计内容与要求 1.3 说明与注意事项 2.软件设计……………………………………………………5 2.1 设计方案 2.2 程序框图 2.3 方案实现与前面板设计 3.结果分析……………………………………………………12 结束语………………………………………………………15 参考文献……………………………………………………16 附录（使用说明）……………………………………………17 2
    前言 本文主要介绍了基于声卡和 LabView 的虚拟仪器设计这一 实验的过程。这次实验中主要包括了声卡、线路输入与保存、输 入数据回放、信号分析处理以及对计算机内部产生信号的分析处 理。下面先对设计背景做简单介绍。 虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的 软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。在虚拟仪器系统中， 硬件解决信号的输入和输出，软件可以方便地修改仪器系统的功 能，以适应不同使用者的需要。其中硬件的核心是数据采集卡。 目前市售的数据采集卡价格与性能基本成正比，一般比较昂贵。 随着 DSP(数字信号处理)技术走向成熟，PC 机声卡可以成为一个 优秀的数据采集系统，它同时具有 A／D 和 D／A 转换功能，不仅 价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、灵活通用，驱动程序升级 方便。同时一般声卡 16 位的 A／D 转换精度，比通常 12 位 A／D 卡的精度高，对于许多工程测量和科学实验来说都是足够高的， 其价格却比普通数据采集卡便宜得多。 本文主要分为三大部分，第一部分为实验说明，介绍这次实 验的要求与内容。第二部分为软件设计，介绍软件的设计原理， 程序框图等。最后是结果分析与结束语。 在此次设计过程中，得到了两位老师的指导，同时也感谢许 多同学对我在实验过程中的帮助。 1
    1.实验说明 1.1 设计原理 声音的本质是一种波，表现为振幅、频率、相位等物理量的 连续性变化。声卡作为语音信号与计算机的通用接口，其主要功 能就是将所获取的模拟音频信号转换为数字信号，经过 DSP 音效 芯片的处理，将该数字信号转换为模拟信号输出。声卡的基本工 作流程为：输入时，麦克风获取的音频信号通过 A/D 转换器转 换成数字信号，送到计算机进行播放、录音等各种处理；输出时， 计算机通过总线将数字化的声音信号以 PCM(脉冲编码调制)方式 送到 D/A 转换器，变成模拟的音频信号，进而通过功率放大器送 到音箱等设备转换为声波，人耳侦测到环境空气压力的改变，大 脑将其解释为声音。 1.2 设计内容与要求 本次大作业基于“硬件的软件化”思想，在对信号分析、虚 拟仪器技术和声卡的实用性进行理论分析的基础上，利用虚拟仪 器专用语言LabVIEW开发环境，设计基于声卡的虚拟仪器。用普 通的计算机声卡代替商用数据采集卡，利用声卡的DSP技术和 LabVIEW的多线程技术实现信号的数据采集，开发基于PC机声卡 的虚拟仪器，可实现数据采集，信号分析，信号存储，信号回放、 输出等多种功能。 要求： 1.程序可通过声卡采集、存储线路输入口的信号，或麦克风接口 的信号或计算机内部产生的信号，并实时显示波形。 (1)缓存区大小调节按钮，用于调节数据缓存区大小； (2)声音格式，调节声卡采集数据时的参数，可以调节通道数 如单声道和双声道、采样频率可以选择8000Hz、11025Hz， 22050Hz、44100Hz四种采样频率。采样位数为8位，16位可选； 2
    (3)一个用来停止采集的控制按键； 2.对采样的信号进行一些分析和处理（时域分析和频域分析）。 其中时域分析包括实时显示波形，测量信号电压、频率、周 期等参数；频域分析包括幅值谱、相位谱、功率谱和FFT变换 等。 3.保存采样的信号数据，以文本文件的形式保存，通过用户界面 可将数据以excel形式提交给用户。 4.点击回放按键。面板上可显示回放存储数据的波形，或计算机 内部产生的信号波形（需通过控件来选择），同时信号通过 声卡完成D／A转换输出，连接计算机线路输出接口与真实示 波器，可对虚拟仪器前面板显示的波形与传统示波器显示波 形做对比。 5.设计界面要美观，程序可读性好。需合理排布用户前面板，体 现良好的程序用户交流界面。 注意： 1.计算机内部产生的信号：通过调用框程图中的不同功能函数， 得到不同的信号。面板上可选择信号类型按钮：选择正弦，余 弦、三角波、方波、锯齿波等；频率选择按钮：调节输出信号 的频率；幅值调节按钮：调节输出信号的幅值。 2.采集从线路输入口 Line In 或麦克风接口 Mic In 的外部信号 由信号发生器提供。注意幅值不同： 线路输入口 Line In：可接入不超过 1.5V 的信号 麦克风接口 Mic In： 可接入大约为 0.02～0.2V 的信号 3.在运行程序时一定要选好计算机系统的声音选项。要不然可能 得不到正确的波形。比如要采集从线路输入口进入的外部信 号。那最好对录音选项里选择线路输入，而不是混合单声道 或者是混合立体声，要不然会产生干扰．波形有极大的噪点。 3
    当选择混合输入时，最好不要使计算机系统产生任何声音．要 不然不能采集显示所需要的波形。 1.3说明与注意 1.除完成以上功能外，有余力的同学可进行功能的拓展。 2.2011 年 11 月 30 号交大作业，包括：报告，VI 程序，操作使 用说明。 3.大作业报告应包括的主要内容： 封面、目录、页码、设计题目、任务分析、实现过程、程序前 面板及流程图、测试结果和分析、使用说明、结束语、心得体 会、参考文献等。（报告除按照以前所给的要求之外，需增加目 录、页码、参考文献。） 注意： ①计算机前部： 粉色插头--- Mic In（接麦克风）--- 有前置放大器 绿色插头--- 音源输出Lin Out（接耳机、音箱） ②计算机后部： 粉色插头--- Mic In（接麦克风）--- 无前置放大器 绿色插头--- 音源输出Lin Out（接耳机、音箱） 蓝色插头--- 音源输入 Lin In（录音机里的声音用电脑播放） 4
    2.软件设计 2.1 设计方案 在对程序框图进行设计之前，应先对前面板做一个框架设计， 由于实验要求的内容比较多，前面板需要一个大选项卡，因此在 程序中首先放入一个事件结构以选项卡控件连接。之后将不同程 序放入不同事件选显卡中。程序中需要用到声音打开文件子 VI， 文件对话框、关闭声音文件子 VI、配置声音输出子 VI 和写入声 音输出子 VI 等等，利用之前学习的循环结构分别对各种信号进 行输入、读取和写入的操作。实验程序首先需要对输入信号进行 记录显示，并且保存下来。输入信号包括线路输入，语音输入以 及计算机内部产生的信号，根据信号的不同，将外部信号独立为 一个选项卡，内部信号也有一个选项卡。接下来就是输入数据的 回放，将保存的信号文件打开进行回放，同时显示该信号的文本 信息。最后再对该信号进行分析。分析包括幅值谱，相位谱以及 功率谱。这便是总体的设计方案。 2.2 程序框图 5
    2.3 方案实现与前面板设计 2.3.1 方案实现 6
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