基于labview的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)</b></p><p>　　題 目： 基于LabVIEW的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　系 別： 物理與機電工程系 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明</p><p><b&g

2、t;　　原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。</p

3、><p>　　作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 </p><p><b>　　使用授權(quán)說明</b></p><p>　　本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的

4、規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。</p><p>　　作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 </p><p><b>

5、;　　學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>　　作者簽名： 日期：

6、年 月 日</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p>

7、<p>　　涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。</p><p>　　作者簽名：日期： 年 月 日</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評閱書</b></p><p><b>　　評閱教師評閱書&l

8、t;/b></p><p>　　教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p><b>　　第一章 引言5</b></p><p>　　1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

9、概述5</p><p>　　1.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用5</p><p>　　1.1.2 現(xiàn)行通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成5</p><p>　　1.1.1.1.傳感器6</p><p>　　1.1.1.2.模擬多路開關(guān)6</p><p>　　1.1.1.3.程控放大器6</p><

10、p>　　1.1.1.4.采樣/保持器6</p><p>　　1.1.1.5.A/D轉(zhuǎn)換器7</p><p>　　1.1.1.6.計算機7</p><p>　　1.2 虛擬儀器技術(shù)概述7</p><p>　　1.2.1 虛擬儀器的概念7</p><p>　　1.2.2 虛擬儀器的特點7</p

11、><p>　　1.2.3 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較8</p><p>　　1.2.4 虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成9</p><p>　　1.2.5 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)10</p><p>　　1.3 虛擬儀器的開發(fā)軟件10</p><p>　　1.3.1 虛擬儀器的開發(fā)語言10</p><p>

12、;　　1.3.2 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺——LabVIEW11</p><p>　　1.3.3 基于LabVIEW平臺的虛擬儀器程序設(shè)計11</p><p>　　1.4 數(shù)據(jù)采集卡12</p><p>　　1.4.1 數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo)12</p><p>　　1.4.2 數(shù)據(jù)采集卡(DAQ卡)的組成13</p>

13、<p>　　1.4.3 數(shù)據(jù)采集卡的現(xiàn)狀13</p><p>　　第二章 聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)14</p><p>　　2.1 聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)14</p><p>　　2.1.1 采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)14</p><p>　　2.1.2 采集系統(tǒng)的軟件14</p><p>　　2.2 PC

14、機15</p><p><b>　　2.3 聲卡15</b></p><p>　　2.3.1 DSP處理芯片15</p><p>　　2.3.2 功率放大芯片15</p><p>　　2.3.3 總線連接端口15</p><p>　　2.3.4 輸入輸出端口16</p>

15、<p>　　2.4 聲卡數(shù)據(jù)采集的特點16</p><p>　　2.5 聲卡的選擇16</p><p>　　2.6 聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計軟件——LabView17</p><p>　　第三章 面向聲卡的信號調(diào)理電路18</p><p>　　3.1 通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號調(diào)理18</p><p>　　

16、3.2 面向聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號調(diào)理19</p><p>　　第四章 基于LabView的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的編程21</p><p>　　4.1 聲音初始化模塊21</p><p>　　4.1.1 Sound format22</p><p>　　4.1.2 Si Config23</p><p>　　4.

17、1.3 Case 函數(shù)23</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)讀取模塊24</p><p>　　4.3 數(shù)據(jù)處理模塊24</p><p>　　4.4 實際信號分析25</p><p><b>　　結(jié)論28</b></p><p><b>　　致謝語29</b><

18、;/p><p><b>　　參考文獻30</b></p><p>　　基于LabVIEW的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　高凡</b></p><p>　　三明學(xué)院06級電子信息工程 福建三明 365004</p><p>　　摘要：本課題在LabVIEW

19、的開發(fā)環(huán)境中,描述了基于LabView的PC機聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),采用計算機聲卡作為替代普通數(shù)據(jù)采集卡的信號記錄儀器,從而實現(xiàn)對外部多種信號的數(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)、原理進行了說明。</p><p>　　關(guān)鍵詞：聲卡 LabVIEW 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p>　　The design of sound card date collection’s system

20、 based on the labview</p><p><b>　　Gao Fan</b></p><p>　　2006 Electronics and Information Engineering Sanming University, Sanming, Fujian 365004</p><p>　　Abstract: This

21、paper describes the data acquisition system which based on sound card is developed by LaView. In this system, the sound card is used to replace the common data acquisition card to act as signal recorder, and then realize

22、d the acquisition of many kinds of signals, A/D or D/A convertion and processing. At last, the structure and principle are explained. </p><p>　　Keywords: sound card LabVIEW Data Acquisition System</p>

23、;<p><b>　　引言</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述 </b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)和國防科技等諸多領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，它的現(xiàn)代化已被認為是科學(xué)技術(shù)、國防現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。20世紀70年代以來，計算機、微電子等技術(shù)迅猛發(fā)展，在其推動下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所用的儀器與技術(shù)

24、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(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。</p><p>　　在數(shù)據(jù)采集過程中所需要的設(shè)備、儀器形成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它是計算機智能儀器與外界物理世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。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，經(jīng)信號調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換到存儲、記錄這一過

25、程所涉及的技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，特別是以傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，以及測試理論的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展也是日新月異。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用</b></p><p>　　隨著社會的高速發(fā)展，計算機技術(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

26、對化工過程復(fù)雜，工藝參數(shù)多，分布廣等特性來進行生產(chǎn)過程中的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以解決生產(chǎn)中的生產(chǎn)動態(tài)實時數(shù)據(jù)的收集與處理，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，收集、處理、反饋等過程所需時間短。</p><p>　　在環(huán)境監(jiān)測方面，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也同樣發(fā)揮著其優(yōu)越的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、處理的性能，它能將所監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各類環(huán)境數(shù)據(jù)快速而準(zhǔn)確的進行收集，并根據(jù)設(shè)置進行準(zhǔn)確的處理和反饋，在環(huán)境監(jiān)測方面起著十分巨大的作用。</p><p

27、>　　同時，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(chǎn)技術(shù)和各個領(lǐng)域的要求。</p><p>　　現(xiàn)行通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　現(xiàn)行通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成，它是由傳感器、模擬多路開關(guān)、程控放大器、采樣/保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機等部分組成。&

28、lt;/p><p><b>　　傳感器</b></p><p>　　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。首先要通過相應(yīng)的傳感器將這些非電量轉(zhuǎn)換為電信號，然后才能實現(xiàn)進一步的處理。</p><p><b>　　模擬多路開關(guān)</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往要對多路模擬量進

29、行采集。在不要求高速采樣的場合，一般采用公共的A/D轉(zhuǎn)換器，分時對各路模擬量進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，目的是簡化電路，降低成本?？梢杂媚M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，使得在一個特定的時間內(nèi)，只允許一路模擬信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，從而實現(xiàn)分時轉(zhuǎn)換的目的。</p><p>　　一般模擬多路開關(guān)有2N個模擬輸入端，N個通道選擇端，由N個選通信號控制選擇其中一個開關(guān)閉合，使對應(yīng)的模擬輸入端與多路開關(guān)的輸出端

30、接通，讓該路模擬信號通過。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(guān)，構(gòu)成一個周期性分組的分時復(fù)印輸出信號，由后面的A/D轉(zhuǎn)換器分時復(fù)用對各通道模擬信號進行周期性轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　程控放大器</b></p><p>　　在數(shù)據(jù)采集時，來自傳感器的模擬信號一般都是比較弱的低電平信號。程控放大器的作用是將微弱輸入信號進行放大，以便

31、充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程分辨率。</p><p>　　一般通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)支持多路模擬通道，而各通道的模擬信號電壓可能有巨大差異，因此最好是對各通道采用不同的放大倍數(shù)進行放大，即放大器的放大倍數(shù)可以實時控制改變。程控放大器能夠?qū)崿F(xiàn)這個要求，它的放大倍數(shù)隨時可以由一組數(shù)碼控制。這樣，在多路開關(guān)改變其通道序號時，程控放大器也由相應(yīng)的一組數(shù)碼控制改變放大倍數(shù)，即為每個模擬通道提供最合適的放大倍數(shù)，它的使用大大拓寬了

32、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的適應(yīng)面。</p><p><b>　　采樣/保持器</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時間，在這段時間內(nèi)希望A/D轉(zhuǎn)換器輸入端的模擬信號電壓保持不變，以保證有較高的轉(zhuǎn)換精度。這可以用采樣/保持器來實現(xiàn)，采樣/保持器的加入，大大提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率。</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)

33、換器</b></p><p>　　因為計算機只能處理數(shù)字信號，所以須把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，實現(xiàn) 這一轉(zhuǎn)換功能的器件是A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器是采樣通道的核心，因此A/D轉(zhuǎn)換器是影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速率和精度的主要因素之一。</p><p><b>　　計算機</b></p><p>　　對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作進行管理和控制，并對

34、采集到的數(shù)據(jù)做必要的處理。</p><p><b>　　虛擬儀器技術(shù)概述</b></p><p>　　現(xiàn)行的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)普遍都是在虛擬儀器的平臺上進行開發(fā)與設(shè)計的，虛擬儀器因其設(shè)計的便捷、靈活與直觀而被人們越來越重視，本課題以虛擬儀器為平臺進行設(shè)計，可以更加直觀、方便地對所采集信號進行處理與分析，并可以靈活地對程序進行修改，大大減少了設(shè)計的時間，同時又能起到很好的效果

35、。</p><p><b>　　虛擬儀器的概念</b></p><p>　　虛擬儀器的概念是由美國國家儀器公司（National Instruments）最先提出的。所謂虛擬儀器是基于計算機的軟硬件測試平臺，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng)之中；可自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。虛擬儀器是智能儀器之后的新一

36、代測量儀器。</p><p>　　虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器” 。該技術(shù)把儀器分為計算機、儀器硬件和應(yīng)用軟件三部分。虛擬儀器以通用計算機和配備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口的測量儀器（包括GPIB、RS-232等傳統(tǒng)儀器以及新型的VXI模塊化儀器）為基礎(chǔ)，將儀器硬件連接到各種計算機平臺上，直接利用計算機豐富的軟硬件資源，將計算機硬件（處理器、存儲器、顯示器）和測量儀器（頻率計、示波器、信號源）等硬件資源與計算機軟件資

37、源（包括數(shù)據(jù)的處理、控制、分析和表達、過程通訊以及圖形用戶界面）有機的結(jié)合起來。</p><p><b>　　虛擬儀器的特點</b></p><p>　　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(gòu)成的電子測試儀器，而軟件是虛擬儀器的核心，如圖1-1所示，其中軟件的基礎(chǔ)部分是設(shè)備驅(qū)動軟件，而這些標(biāo)準(zhǔn)的儀器驅(qū)動軟件使得系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關(guān)。這是虛擬儀器最

38、大的優(yōu)點之一，有了這一點，儀器的開發(fā)和換代時間將大大縮短。虛擬儀器中應(yīng)用程序?qū)⒖蛇x硬件（如GPIB，VXI，RS-232，DAQ板）和可重復(fù)用庫函數(shù)等軟件結(jié)合在一起，實現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時與觸發(fā)。源代碼庫函數(shù)為用戶構(gòu)造自己的虛擬儀器（VI）系統(tǒng)提供了基本的軟件模塊。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，當(dāng)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(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求。這樣，當(dāng)用戶

39、從一個項目轉(zhuǎn)向另一個項目時，就能簡單地構(gòu)造出新的VI系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。</p><p>　　圖1-1虛擬儀器開發(fā)框圖</p><p>　　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。它可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能且操作靈活。</p><p>　　虛擬儀器和傳統(tǒng)

40、儀器的比較</p><p>　　虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨立儀器無法比擬的優(yōu)勢。</p><p>　　(1）傳統(tǒng)儀器的面板只有一個，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。由此導(dǎo)致許多識讀和操作錯誤。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復(fù)雜的功能。這樣，在每個分面板上就可以實現(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。同時，還可以根據(jù)要求和操作需要來設(shè)計儀

41、器面板。</p><p>　　(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。</p><p>　　(3）儀器的功能是由用戶根據(jù)需要用軟件來定義，不是事先由廠家定義的。</p><p>　　(4）儀器性能的改進和功能擴展只需更新相關(guān)軟件設(shè)計，不需購買新儀器。</p><p>　　(5）虛擬儀器開放、靈活，與計算機同步發(fā)展，

42、與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。</p><p>　　(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CPU的強大的數(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，實現(xiàn)自動化、智能化、多任務(wù)測量。</p><p>　　(7）可方便地存貯和交換測試數(shù)據(jù)，測試結(jié)果的表達方式更加豐富多樣。</p>

43、<p>　　(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(shù)更新周期。</p><p>　　表1-1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較</p><p>　　虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成</p><p>　　虛擬儀器是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。這種結(jié)合基本有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂

44、智能化的儀器。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(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。如圖1-2所示。</p><p>　　圖1-2 虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分</p>&l

45、t;p>　　對于傳統(tǒng)儀器，這三個部分幾乎均由硬件完成；對于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實現(xiàn)。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計工作量大大減小。</p><p><b>　　虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，其軟件基本結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。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

46、。以美國NI公司的軟件產(chǎn)品LabVIEW和LabWindows/CVI為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺是當(dāng)前流行的集成化開發(fā)工具。這些軟件開發(fā)平臺提供了強大的儀器軟面板設(shè)計工具和各種數(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)動程序模塊，簡化了虛擬儀器的設(shè)計工作。隨著軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)的模塊化、復(fù)用化，和各種硬件儀器驅(qū)動軟件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，虛擬儀器軟件開發(fā)將變得更加快速、方便。</p><p>

47、　　圖1-3 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　虛擬儀器的開發(fā)軟件</b></p><p><b>　　虛擬儀器的開發(fā)語言</b></p><p>　　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。但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當(dāng)難度的。除了要花

48、大量時間進行測試系統(tǒng)面板設(shè)計外，還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動程序和底層控制程序。這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能。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。LabVIEW采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。</p><p>　　圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺——LabVIEW</p><p>　　LabVIEW(Laboratory Virtual Ins

49、trument Engineering)是一種圖形化的編程語言，它被視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，是一個功能強大且靈活的軟件。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。</p><p>　　傳統(tǒng)的文本式編程是一種順序的設(shè)計思路，必須寫出執(zhí)行的語句。而LabVI

50、EW是基于數(shù)據(jù)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(shè)計技巧便可設(shè)計出虛擬儀器系統(tǒng)。</p><p>　　利用LabVIEW ，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的32編譯器。像許多通用的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh OS等多種版本。</p><p>　　基于LabVIEW平臺的虛擬儀器程序設(shè)計&l

51、t;/p><p>　　所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器(VI)，它包括前面板(Front Panel)、流程圖(Block Diagram)以及圖標(biāo)/連結(jié)器(Icon/Connector)三部分。</p><p>　　(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。但并非畫出兩個控件

52、后程序就可以運行，在前面板后還有一個與之對應(yīng)的流程圖。</p><p>　　(2）流程圖：流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。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。</p><p>　　如果將VI與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對應(yīng)的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等

53、控件，而流程圖上的連線端子相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器箱內(nèi)的硬件電路。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。</p><p>　　(3）圖標(biāo)/連接設(shè)計：這部分的設(shè)計突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設(shè)計的思想。在設(shè)計大型自動檢測系統(tǒng)時一步完成一個復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計是相當(dāng)有難度的。而在LabVIEW中提供的圖標(biāo)/連接工具正是為實現(xiàn)模塊化設(shè)計而準(zhǔn)備的。設(shè)計者可

54、把一個復(fù)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。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集卡</b></p><p>　　在當(dāng)今高速發(fā)展的時代，人們對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求也越來越高，數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域正在發(fā)生著重要的發(fā)展與變化。而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是通過數(shù)據(jù)采集卡對外部信號進行采集，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。</p>&l

55、t;p>　　數(shù)據(jù)采集板卡的性能與眾多因素相關(guān)，要根據(jù)具體情況來具體分析。所以在選擇數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成系統(tǒng)時，首先必須對數(shù)據(jù)采集卡的性能指標(biāo)有所了解。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo)</p><p><b>　　(1）采樣頻率</b></p><p>　　采樣頻率的高低，決定了在一定時間內(nèi)獲取原始信號信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)

56、原始信號，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。根據(jù)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。</p><p><b>　　(2）采樣方法</b></p><p>　　采集卡通常都有好幾個數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，要比每個通道單獨使用各自的經(jīng)濟的多，但這僅適用于對時間不是很重要的場合。如果采樣系統(tǒng)

57、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(zhuǎn)換器。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p><b>　　(3）分辨率</b></p><p>　　ADC的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。例如，三位的A/D轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成23=8段，每段用二進制代碼在000到111之間表

58、示。因而，數(shù)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。如果增加到十二位，代碼數(shù)從8增加到212=4096，這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號數(shù)字化表示。</p><p><b>　　(4）電壓動態(tài)范圍</b></p><p>　　電壓范圍指ADC能掃描到的最高和最低電壓。一般最好能夠使進入采集卡的電壓范圍剛好與其符合，以便利用其可靠的分辨率范圍。例如

59、，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。電壓取值范圍從0到10V，增益為50，</p><p><b>　　則理想分辯電壓是：</b></p><p><b>　　(5）I/O通道數(shù)</b></p><p>　　該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集

60、的最多的信號路數(shù)。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集卡(DAQ卡)的組成</p><p>　　(1）多路開關(guān)。將各路信號輪流切換至放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集。</p><p>　　(2）放大器。將切換進入采集卡的信號放大至需要的量程內(nèi)。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)。</p><p>　　(3

61、）采樣保持器。把采集到的信號瞬間值，保持在A/D轉(zhuǎn)換的過程中不變化。</p><p>　　(4）A/D轉(zhuǎn)換器。將模擬的輸入信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，完成信號幅值的量化。</p><p>　　目前，通常將采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器集成在同一塊芯片上。以上四個部分是數(shù)據(jù)采集卡的重要組成部分，與其他的電路如定時/計數(shù)器、總線接口等電路儀器組成DAQ。</p><p><b

62、>　　數(shù)據(jù)采集卡的現(xiàn)狀</b></p><p>　　目前市場上的數(shù)據(jù)采集卡大致有以下幾個類別：USB數(shù)據(jù)采集卡、PCI數(shù)據(jù)采集卡、PCI高速數(shù)據(jù)采集卡、無線數(shù)據(jù)采集卡、PXI數(shù)據(jù)采集卡、PXI高速數(shù)據(jù)采集卡、NI PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡等。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，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。</p>&l

63、t;p>　　PXI(PCI eXtension For Instrumentation)是Compact PCI總線在儀器領(lǐng)域的擴展，是一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。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。PXI增加了用于多個板卡同步的觸發(fā)總線和10MHz參考時鐘、用于精確定時的星形觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等。</p><p>　　NI PCI-6221是NI

64、公司的M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的是一個A/D轉(zhuǎn)換器，雖然是多路采集，實際上是分時工作的，所有在多路同時工作時采樣率會成倍降低。</p><p>　　這些數(shù)據(jù)采集卡種類繁多，有著各自的優(yōu)點，但卻有著普遍的共同點，那就是價格高昂，成本過高，這對于設(shè)計一個簡而易用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言負擔(dān)過重。</p><p>　　聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　與普通數(shù)據(jù)采

65、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，例如來自話筒的信號，同時相對其他數(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)換硬件即可實現(xiàn)對信號的數(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、信號接收能力強等優(yōu)點。</p><p>　　聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　采集

66、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成如圖2-1所示。</p><p>　　根據(jù)傳感器選擇相應(yīng)的信號調(diào)理儀器。信號處理與記錄采用計算機，計算機內(nèi)置的聲卡作為A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備。由于聲卡是計算機的標(biāo)準(zhǔn)配置，有成熟的驅(qū)動程序和操作系統(tǒng)配合，因此無需考慮軟硬件方面的兼容問題，在跨操作系統(tǒng)平臺時也不存在程序的移植問題。</p><p>

67、;　　圖2-1聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成</p><p><b>　　采集系統(tǒng)的軟件</b></p><p>　　采集系統(tǒng)軟件分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析兩大部分，利用LabVIEW編制。LabVIEW采用圖形化開發(fā)環(huán)境，以數(shù)據(jù)流驅(qū)動程序的運行。</p><p><b>　　PC機</b></p><p>

68、;　　虛擬儀器就是利用計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力代替以往需要硬件電路才能完成的功能，所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件運行的計算機平臺的選擇至關(guān)重要。本課題所選用的計算機型號為聯(lián)想3000 G430。</p><p><b>　　相關(guān)配置：</b></p><p>　　處理器：Intel (R) Pentium (R) Dual CPU T3400 @ 2.16GHz</p&g

69、t;<p><b>　　內(nèi)存：1GB</b></p><p><b>　　硬盤：250GB</b></p><p><b>　　顯卡：512M</b></p><p><b>　　聲卡</b></p><p>　　聲卡 (Sound Card

70、)：聲卡是實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換的一種硬件。</p><p>　　聲卡的麥克風(fēng)和喇叭所用的都是模擬信號，而電腦所能處理的都是數(shù)字信號，兩者不能混用，聲卡的作用就是實現(xiàn)兩者的轉(zhuǎn)換。從結(jié)構(gòu)上分，聲卡可分為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負責(zé)將輸入設(shè)備采到的信號轉(zhuǎn)換為電腦能處理的數(shù)字信號；而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負責(zé)將電腦使用的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。</p><p>　　聲音卡的產(chǎn)

71、品雖然比較多，但其基本組成是一樣的。主要有：輸入輸出端口、總線連接端口、功率放大芯片、DSP處理芯片等。</p><p><b>　　DSP處理芯片</b></p><p>　　DSP處理芯片基本上決定了聲卡的性能和檔次，其基本功能包括對聲波采樣和回放的控制、處理MIDI指令等。</p><p><b>　　功率放大芯片</b&

72、gt;</p><p>　　從聲音處理芯片出來的信號還不能直接推動喇叭放出聲音，絕大多數(shù)聲卡都帶有功率放大芯片(簡稱：功放)以實現(xiàn)這一功能。由于它在放大聲音、音樂等信號的過程中也同時放大了噪音信號，所以從其輸出端(Speaker Out)輸出的噪音較大。隨著技術(shù)的進步，為了盡量減少噪音，一種方法是在功放前端加入濾波器來濾掉一些高頻的噪音信號，另一種的解決方法是繞過功放，利用聲卡上線路輸出(Line Out)端口。

73、</p><p><b>　　總線連接端口</b></p><p>　　聲卡插入到計算機主板上的那一端稱為總線連接端口，它是聲卡與計算機互相交換信息的“橋梁”。</p><p><b>　　輸入輸出端口</b></p><p>　　聲卡的輸入輸出端口負責(zé)原始信號的輸入與處理后信號的輸出。如Line

74、In（輸入）和Mic In（輸出）端口，此類端口傳輸?shù)氖悄M信號。一片聲音卡通常會有Line In/Line Out、MIC/Speaker Out兩組輸入輸出插孔及一個15-pin的MIDI接口，而各種聲音卡在制作上都有其考慮，所以會有些差異。因為一般麥克風(fēng)的信號較小，所以MIC端的放大率會設(shè)計得較大，并且會配合麥克風(fēng)的特性來修正，所以一般的信號輸入和麥克風(fēng)最好分別輸往Line In及MIC，不可混用，以免造成失真或放大率不足的情形。

75、</p><p><b>　　聲卡數(shù)據(jù)采集的特點</b></p><p>　　基于聲卡的虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成部分是由傳感器部件、信號調(diào)理、信號采集部件（聲卡）、通用計算機構(gòu)成。系統(tǒng)軟件部分通常用專用的虛擬儀器開發(fā)語言（如LabVIEW）編寫而成。</p><p>　　幾乎每臺電腦或掌上電腦都有一個內(nèi)置聲卡。</p><

76、;p>　　從數(shù)據(jù)采集的角度來看，聲卡是一個具有雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）和雙通道數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）的信號采集和輸出設(shè)備。它在音頻范圍內(nèi)具有平滑的頻率響應(yīng)，采樣頻率通常為44.1kHz和48kHz，最大可達192kHz，采樣位數(shù)通常為16bit，最大可達24bit。</p><p>　　正是因為聲卡內(nèi)部都帶有增益控制（例如：話筒音量控制、話筒提升控制、線路輸入音量控制），即使在不外加信號放大或衰減電路的情況下，

77、它也可以測量從1微伏到1伏左右的信號。聲卡支持以連續(xù)數(shù)據(jù)流模式工作，因此可完全利用電腦自身的內(nèi)存（從數(shù)百MB到數(shù)GB）或電腦的硬盤（從數(shù)十GB到數(shù)百GB）來進行數(shù)據(jù)的不間斷存儲。與普通的獨立式數(shù)字存儲示波器相比，基于電腦聲卡的測試系統(tǒng)的存儲深度極大。</p><p><b>　　聲卡的選擇</b></p><p>　　聲卡的選擇對于系統(tǒng)而言是十分重要的。聲卡數(shù)據(jù)采集系

78、統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集能力取決于聲卡硬件，因此應(yīng)根據(jù)對采集能力的要求來選擇適當(dāng)?shù)穆暱āτ诒菊n題來說，我們在信號處理時只需要觀測信號的波形和頻譜分布，因此電腦自帶的聲卡可以滿足要求，因為目前的聲卡至少是16位的，比一般數(shù)字示波器的8位或12位的采樣位數(shù)高。本課題所選聲卡型號為Intel82801T(ICH9)。</p><p>　　聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計軟件——LabView</p><p>　　今

79、天，個人電腦的運算速度和存儲能力已遠非二十年前的286中央處理器、1MB內(nèi)存、10MB硬盤空間可比，可實時進行包括頻譜分析所需要的快速傅里葉變換（FFT）等在內(nèi)的復(fù)雜運算，這使得以前需要采用的極其昂貴的獨立式傳統(tǒng)儀器才能實現(xiàn)的功能，而近幾年發(fā)展迅猛的虛擬儀器軟件則可免除傳統(tǒng)儀器高成本的煩惱，通過在虛擬儀器的開發(fā)平臺上建立一個虛擬的數(shù)據(jù)采集、處理平臺，對聲卡所采集到的外部信號進行直觀處理，并輸出，使用虛擬儀器軟件的優(yōu)勢在于它的成本比傳統(tǒng)儀

80、器低了很多，而且維護方便，可不斷升級。</p><p>　　因而，利用虛擬儀器設(shè)計的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有著過去的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所不具有的優(yōu)勢和特點，它可以近乎完美地測量任何在音頻范圍內(nèi)的信號，例如：聲音、振動、心肺音、腦電、心電、地震波，電源諧波等，根據(jù)所用傳感器的不同而不同，當(dāng)然還要看所采用的軟件所提供的功能。</p><p>　　目前市面上基于聲卡的虛擬儀器軟件有不少，在本課題中，我們選用

81、LabView這一虛擬儀器軟件，因為LabVIEW與其他計算機語言不同，它們之間的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，因此在設(shè)計過程中我們可以更加直觀、更加便捷地找出設(shè)計中的問題，并方便地進行直觀的修改。另外，配上LabView，我們就無需添加任何ADC和DAC硬件，即可將一臺PC機變成一臺集示波器、頻譜分析儀、信號發(fā)生器、頻率計等多種功能于

82、一體的測試儀器。</p><p>　　面向聲卡的信號調(diào)理電路</p><p>　　通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號調(diào)理</p><p>　　一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有許多噪聲干擾，會影響信號質(zhì)量；或系統(tǒng)信噪比過低；或信號源電壓過高，會破壞電路等，從而影響整個系統(tǒng)的操作，因此由信號源產(chǎn)生的信號一般不能直接被數(shù)據(jù)采集板卡利用，需要進行信號調(diào)理。調(diào)理的主要方式有：放大、隔離、濾波、激勵和

83、線性化等。也就是說，信號調(diào)理裝置可以將低壓信號放大，加以隔離使前端和后端不會相互干擾，濾除各種噪音，以便進行更加精確的測量。另外，有些傳感器需要有電壓或電流的激勵才能工作，這就要求調(diào)理電路為它們提供這些激勵。信號調(diào)理還要使信號轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)采集板卡可以接受的方式，例如：電流信號變?yōu)殡妷盒盘柕?，還要將信號控制在數(shù)據(jù)采集板卡量程范圍內(nèi)。有時為了單數(shù)采板系統(tǒng)增加采集通道，還需要增置高速多路轉(zhuǎn)換模塊。按照以上標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計或購買信號調(diào)理系統(tǒng)后，還要注意要

84、使調(diào)理電路接線標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)采集板卡匹配。</p><p>　　信號調(diào)理的主要功能如下：</p><p>　　(1）放大 微弱信號都要進行放大以提高分辨率和降低噪聲，使調(diào)理后信號的電壓范圍和A/D的電壓范圍相匹配。信號調(diào)理模塊應(yīng)盡可能靠近信號源或傳感器，使得信號在受到傳輸信號的環(huán)境噪聲影響之前已被放大，使信噪比得到改善。</p><p>　　(2）隔離 隔離是指使用

85、變壓器、光或電容耦合等方法在被測系統(tǒng)和測試系統(tǒng)之間傳遞信號，避免直接的電連接。使用隔離的原因：是從安全的角度考慮；二是隔離可使從數(shù)據(jù)采集卡讀出來的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響。如果數(shù)據(jù)采集卡的地與信號地之間有電位差，而又不進行隔離，那么就有可能形成接地回路，引起誤差。</p><p>　　(3）濾波 濾波的目的是從所測量的信號中除去不需要的成分。大多數(shù)信號調(diào)理模塊有低通濾波器，用來濾除噪聲。通常還需要抗混疊濾

86、波器，濾除信號中感興趣的最高頻率以上的所有頻率的信號。另外，某些高性能的數(shù)據(jù)采集卡自身帶有抗混疊濾波器。</p><p>　　(4）激勵 信號調(diào)理也能夠為某些傳感器提供所需的激勵信號，比如應(yīng)變傳感器、熱敏電阻等就需要外界電源或電流激勵信號。很多信號調(diào)理模塊都提供電流源和電壓源以便給傳感器提供激勵。</p><p>　　(5）線性化 許多傳感器對被測量的響應(yīng)是非線性的，因而需要對其輸出信

87、號進行線性化，以補償傳感器帶來的誤差。目前，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也可以利用軟件來解決這一問題。</p><p>　　(6）數(shù)字信號調(diào)理 即使傳感器直接輸出數(shù)字信號，有時也有必要進行調(diào)理，其作用是將傳感器輸出的數(shù)字信號進行必要的整形或電平調(diào)整。大多數(shù)數(shù)字信號調(diào)理模塊還提供其他一些電路模塊，使得用戶可以通過數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字I/O比直接控制電磁閥、電燈、電動機等外部設(shè)備。</p><p>　　面向聲卡

88、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號調(diào)理</p><p>　　對于基于聲卡的系統(tǒng)，由于聲卡是十分脆弱的，為了避免信號源電壓過大而燒壞電路，因此從傳感器得到的信號大多要經(jīng)過調(diào)理才能進入數(shù)據(jù)采集設(shè)備，信號調(diào)理功能包括放大、隔離、濾波、激勵、線性化等。由于不同傳感器有不同的特性，除了這些功能外，還要根據(jù)具體傳感器的特性和要求來設(shè)計特殊的信號調(diào)理功能。</p><p>　　對于基于聲卡的系統(tǒng)，被測信號應(yīng)連接到聲卡的

89、話筒輸入口或線路輸入口。生成的信號可從揚聲器輸出口或線路輸出口輸出。</p><p>　　在通常情況下，聲卡話筒輸入口的輸入阻抗在600歐～50千歐之間（取決于聲卡），它的模/數(shù)轉(zhuǎn)換滿程電壓在1mV～500mV之間（取決于聲卡），可通過Windows控制面板中的錄音控制進行調(diào)節(jié)。若聲卡帶有外部硬件增益調(diào)節(jié)旋鈕，也可由該旋鈕進行調(diào)節(jié)。話筒輸入口通常只允許單通道輸入。</p><p>　　對于

90、聲卡線路輸入口，它的輸入阻抗通常在1千歐～50千歐之間（取決于聲卡），它的模/數(shù)轉(zhuǎn)換滿程電壓在500mV～2V之間（取決于聲卡），可通過Windows控制面板中的錄音控制進行調(diào)節(jié)。若聲卡帶有外部硬件增益調(diào)節(jié)旋鈕，也可由該旋鈕進行調(diào)節(jié)。在可能的情況下應(yīng)盡量使用聲卡的線路輸入來檢測信號，因為它的信噪比（SNR）和帶寬都比話筒輸入口好。</p><p>　　聲卡線路輸出口的輸出阻抗在20歐～500歐之間（取決于聲卡），

91、能輸出大約2V的信號。它比揚聲器輸出口的信噪比（SNR）好。</p><p>　　聲卡揚聲器輸出口的輸出阻抗在4歐～8歐之間（取決于聲卡），能輸出大約2W的功率。聲卡的耳機輸出口的輸出阻抗在4歐～100歐之間（取決于聲卡）能輸出約100mW的功率。</p><p>　　最簡單的輸入連接就是直接將被測信號連到聲卡的線路輸入口或話筒輸入口，如圖3-1所示。請注意這種連接要求您額外小心，在連接前

92、必須保證被測信號的幅度在聲卡所允許的范圍內(nèi)。否則可能會燒壞聲卡甚至電腦。聲卡通常只允許不超過3V的電壓輸入（取決于聲卡）。</p><p>　　圖3-1 最簡單的輸入連接方式</p><p>　　為避免過大的電壓意外地進入聲卡，可采用如下圖3-2的限壓電路。兩個串聯(lián)的硅二極管將輸入電壓鉗制在2×0.65=1.3(V)左右。如果聲卡的模/數(shù)轉(zhuǎn)換滿程范圍因此受到限幅影響，則可多串聯(lián)一

93、個硅二極管以將輸入聲卡的電壓鉗制在3×0.65=1.95(V)左右。</p><p>　　當(dāng)被測信號幅度超過聲卡模/數(shù)轉(zhuǎn)換滿程電壓時，應(yīng)將它衰減后再連入聲卡。最簡單的衰減方法就是在信號與聲卡之間添加一個串聯(lián)電阻，由此電阻與聲卡的輸入阻抗構(gòu)成一個分壓電路，電阻的阻值越大，衰減比越大，此測量電路的輸入阻抗越高。為保證測量的準(zhǔn)確性，被測電路在被測點處的輸出阻抗應(yīng)小于聲卡測量電路的輸入阻抗，否則被測信號將不能正

94、常傳給聲卡。</p><p>　　圖3-2 具有簡單過壓保護的輸入連接方式</p><p>　　聲卡的輸出連接如下圖3-3所示。在不小心將輸出短路的情況下，串聯(lián)的電阻可起保護作用。由于聲卡的輸出阻抗很小，當(dāng)連接到外部電路時通常將不會遇到任何阻抗匹配的問題。</p><p>　　圖3-3 具有簡單短路保護的輸出連接方式</p><p>　　基于

95、LabView的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的編程</p><p>　　本文所設(shè)計的系統(tǒng)共分三大模塊：聲卡初始化模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊、數(shù)據(jù)處理模塊，圖4-1為系統(tǒng)整體編程圖。</p><p>　　圖4-1系統(tǒng)整體編程圖</p><p><b>　　聲音初始化模塊</b></p><p>　　關(guān)于聲卡初始化模塊，LabVIEW環(huán)境下的功

96、能模板中提供了聲卡的相關(guān)VI子函數(shù)：SI Config、SI Start。分別對聲卡進行音頻采集配置，啟動音頻采集。聲卡初始化模塊，主要完成聲卡采樣頻率、采樣位數(shù)、緩沖區(qū)大小等參數(shù)的設(shè)置，編程圖如圖4-2所示。其中：</p><p>　　采樣頻率(Hz)：8000、11025、22050、44100</p><p>　　采樣位數(shù)：8位、16位</p><p>　　圖

97、4-2 聲卡格式設(shè)置模塊</p><p>　　Sound format</p><p>　　Sound format用來界定音頻采集的參數(shù)，如單聲道還是立體聲、采樣頻率、采樣位數(shù)，其格式為簇。在圖4-3中，顯示了本文中聲音數(shù)據(jù)采集的格式的具體設(shè)置：單聲道、44100Hz的采樣率，16位的采樣位數(shù)。</p><p><b>　　圖4-3 聲卡設(shè)置</b

98、></p><p><b>　　Si Config</b></p><p>　　SI CONFIG子程序，這個函數(shù)用來對聲音設(shè)備（也就是本文中的聲卡）進行配置。只有經(jīng)過配置后，聲音數(shù)據(jù)才能被SI START，SI READ等程序調(diào)用從而進行數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p>　　圖4-4為SI CONFIG的緩存，確定了數(shù)據(jù)采集所使用的緩存大小

99、，也就是說，只有和緩存一樣大的數(shù)據(jù)才能同時顯示出來。隨著時間的推移，前次緩存里的數(shù)據(jù)會被清空，新的數(shù)據(jù)會進來。格式為無符號長整型，默認值為8192位，本系統(tǒng)中設(shè)定為10000位。如果提示溢出錯誤，則將此值設(shè)置大一點。</p><p><b>　　圖4-4 緩存</b></p><p><b>　　Case 函數(shù)</b></p>&l

100、t;p>　　SI Config負責(zé)對聲卡進行初始配置，也就是當(dāng)程序開始執(zhí)行時，聲卡將按照這個指令執(zhí)行指定的采樣。此外，聲音格式中設(shè)置的音頻采集參數(shù)簇除輸送給SI config值外，還有一路要經(jīng)過一個解簇函數(shù)（unbundle），將采樣率分解出來，輸送給一個case函數(shù)。</p><p>　　本系統(tǒng)中音頻采集參數(shù)設(shè)定簇內(nèi)的三個元素并非數(shù)值型，而是枚舉類型（enum），那么經(jīng)過解簇函數(shù)輸出的值為一個枚舉類型的數(shù)

101、據(jù)，它并不能直接進入循環(huán)結(jié)構(gòu)去參與運算，而必須把它轉(zhuǎn)換成數(shù)值型。而case函數(shù)的選擇器端口為字符串型或枚舉類型時，case結(jié)構(gòu)的圖框表示符的值為由雙引號括起來的字符串。注意這里是字符串。那么當(dāng)解簇函數(shù)輸出一個采樣率的枚舉時，例如44100，它對應(yīng)case中的字符串”44100”，如圖4-5所示，而這是case結(jié)構(gòu)中的子函數(shù)為數(shù)值型的44100控件，這樣就把采樣率轉(zhuǎn)換為數(shù)值型參與到后面的運算中了。</p><p>

102、　　圖4-5 case結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　數(shù)據(jù)讀取模塊</b></p><p>　　圖4-6 Si Read</p><p>　　聲卡設(shè)置完成并由Si Start采集數(shù)據(jù)后，則進入數(shù)據(jù)讀取步驟，數(shù)據(jù)讀取模塊主要是由SI Read組成，該函數(shù)負責(zé)讀取聲卡采集的數(shù)據(jù)。SI Read函數(shù)直接讀取緩存(buffer)里的數(shù)據(jù)，如果緩存中已

103、經(jīng)有數(shù)據(jù)的話，它就會返回給SI Read，如果緩存里還沒有到達數(shù)據(jù)的話，那么SI Read一直會等，直到緩存里有了數(shù)據(jù)。如果緩存產(chǎn)生溢出的話，那么SI Read就會輸出錯誤信息。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理模塊</b></p><p>　　數(shù)據(jù)處理模塊主要進行對采集到的數(shù)據(jù)進行波形建立，將信號轉(zhuǎn)化為可直觀觀測的波形，主要通過建立波形函數(shù)，隨后再對其進行頻譜分

104、析，如圖4-7所示。</p><p>　　圖4-7 數(shù)據(jù)處理模塊</p><p>　　建立波形函數(shù)的作用是建立新的波形或者是對已存在的波形進行修改。t0端口為生成波的起始時間，dt為兩采樣點之間的間隔時間。Y值則代表了生成波形的幅值大小，它是聲卡采集過來的數(shù)據(jù)經(jīng)過除法運算獲得的，所生成波形的幅值大小即反映了聲音的強弱。</p><p>　　dt則來自采樣率的大小，采

105、樣率越大，經(jīng)過倒數(shù)運算，輸出越小，而dt越小，采樣生成的波形就越細膩。這是同采樣率增大相對應(yīng)的，編程圖如圖4-8所示。</p><p>　　圖4-8 dt的倒數(shù)運算</p><p>　　起始時間t0的輸入，它是由一個數(shù)值型的控件或常數(shù)經(jīng)過一個to time stamp函數(shù)轉(zhuǎn)換為時間型的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　實際信號分析</b>&l

106、t;/p><p>　　由于條件限制，本設(shè)計以采集聲音信號為例，進行頻譜分析、加窗后所得圖形如下所示。</p><p><b>　　圖4-9 原始信號</b></p><p>　　圖4-10 頻譜分析后的信號波形</p><p>　　圖4-11 加hanning窗后的信號波形</p><p><b

107、>　　結(jié)論</b></p><p>　　利用電腦及聲卡，配上適當(dāng)?shù)亩喙δ芴摂M儀器軟件，即可將電腦變?yōu)榈囊慌_在音頻甚至略超音頻的范圍內(nèi)工作的多功能測試儀器。它可集多個獨立昂貴儀器的功能于一身，且成本低廉。測試的精度跟聲卡硬件和虛擬儀器軟件的質(zhì)量有關(guān)，可根據(jù)具體的測試目的和對測試精度的要求來選擇虛擬儀器軟件和聲卡硬件。當(dāng)然基于聲卡的測試系統(tǒng)也有其局限性，主要是通常不能測量和輸出直流信號，而且用于絕對

108、幅度的測量時要先標(biāo)定。其實大多數(shù)情況下的波形觀察、頻譜分析等都是相對測量，并不要求對聲卡先進行幅度標(biāo)定。即便是真的需要標(biāo)定，也只需以一臺普通萬用表來測量聲卡ADC和DAC的滿程電壓即可。</p><p><b>　　致謝語</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計整個過程和論文的完成都是在導(dǎo)師龔俊鋒博士的悉心指導(dǎo)下完成的，論文的選題、設(shè)計方案、系統(tǒng)實現(xiàn)和本文寫作都得到

109、了龔老師的全方位指導(dǎo)。為了畢業(yè)設(shè)計的順利進行，龔老師為我們提供了優(yōu)秀的環(huán)境，為我們提供各種硬件設(shè)備。</p><p>　　龔老師治學(xué)嚴謹、工作熱情負責(zé)、待人真誠、關(guān)心學(xué)生，龔老師豐富的專業(yè)知識、求真務(wù)實的科學(xué)研究作風(fēng)都深深地影響了我，讓我有一個良好的心態(tài)對待畢業(yè)設(shè)計，并從中學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識，這些都將成為我人生中一筆寶貴的財富。在本次設(shè)計結(jié)束之際，謹以最誠摯的心向龔老師表示我最崇高的敬意和由衷的感謝！&

110、lt;/p><p>　　感謝所有在本科期間給我關(guān)系和幫助的老師、同學(xué)和朋友。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] National Instruments.LabVIEW User Manual[M].Texas:National Instruments,2003.</p><p>　

111、　[2] 劉國福;張屺;淳靜;DSP與ISA總線聲卡的接口技術(shù)研究[J];測控技術(shù)，2002（3）：61-63.</p><p>　　[3] National Instruments.Using LabVIEW to Create Multithreaded Vis [M].Texas: National Instruments,2000.</p><p>　　[4] 邵鐘武;數(shù)據(jù)采集

112、系統(tǒng)[M] 中國石油大學(xué)出版社;1984，04.</p><p>　　[5] 肖忠祥;數(shù)據(jù)采集原理[M] 西北工業(yè)大學(xué)出版社;2001，02.</p><p>　　[6] 王琳;商周;王學(xué)偉;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J]電測與儀表; 2004, (08).</p><p>　　[7] 梅秀莊;宋京偉;劉舉平;基于聲卡的信號采集系統(tǒng)設(shè)計[J];華東交通大學(xué)學(xué)報