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《基于labview的聲卡信號采集分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、基于LabVIEW的聲卡信號采集分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)0704115班02號摘要:要在LABVIEW環(huán)境中進(jìn)行對聲卡編程,就是運(yùn)用常用周期信號及測試領(lǐng)域特殊信號的雙通道模擬輸出。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)了音頻信號的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)存儲、回放、信號分析(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
2、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。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。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)
3、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。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、信號調(diào)理模塊
4、、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)原理框圖工作過程為:輸入時(shí),測試信號首先經(jīng)過信號調(diào)理電路,利用PC機(jī)聲卡的麥克風(fēng)輸入(micin)或線路輸入(linein)作為信號的輸入端口,將獲取到的模擬音頻信號經(jīng)過左右兩個(gè)通道和A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī),通過LabVIEW編寫的采集程序進(jìn)行各種處理和保存;輸出時(shí),經(jīng)過采集系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)通過總線將數(shù)字化的信號以PCM方式送到D/A轉(zhuǎn)換器,編程模擬的音頻信號由線路輸出(lineout)端口通過耳機(jī)或音響轉(zhuǎn)換為音波播放出來。信號調(diào)理電路:在信號進(jìn)入聲卡之前必須經(jīng)過信號調(diào)理,主要包
5、括信號的放大、濾波、隔離和線性化處理,以使其能夠被聲卡正確的識別。聲卡的麥克風(fēng)(micin)輸入端具有高增益放大器,會使得信號產(chǎn)生較大失真,所以選擇線路(linein)輸入信號時(shí),其輸入電壓應(yīng)為-1~+1V。聲卡:計(jì)算機(jī)的聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡,其A/D轉(zhuǎn)換功能已經(jīng)成熟,而且計(jì)算機(jī)無需添加額外配件便能完成所有音頻信號的采集功能,具有價(jià)格低廉、采樣精度高,與LabView結(jié)合編程簡單等優(yōu)點(diǎn),因此,利用聲卡可以構(gòu)成一個(gè)較高采樣精度、中等采樣頻率、靈活性好的信號采集系統(tǒng)。聲卡主要技術(shù)指標(biāo)有采樣位數(shù)、采樣頻率、頻率范圍和頻率響應(yīng)、基準(zhǔn)電壓等。(1)采樣位數(shù):采樣位數(shù)可以
6、理解為聲卡處理聲音的解析度。這個(gè)數(shù)值越大,解析度就越高,錄制和回放的聲音就越真實(shí)。如今市面上所有的主流產(chǎn)品都是16位的聲卡,而一般的數(shù)據(jù)采集卡大多也才有12位,因此,聲卡相較于常用的數(shù)據(jù)采集卡毫不遜色[3]。(2)采樣頻率:采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對聲音信號的采樣次數(shù),采樣頻率越高聲音的還原就越真實(shí)越自然。在當(dāng)今的主流民用聲卡上,采樣頻率一般共分為8KHz、11.025KHz、22.05KHz和44.1KHz四個(gè)等級,少數(shù)可以達(dá)到48KHz。對于20Hz~20KHz范圍內(nèi)的音頻信號,如果采用48KHz采樣頻率,雖然理論上是可行的,但是效果已經(jīng)不是最好。
7、因而使用聲卡的局限性就是不允許用戶在最高采樣率下隨意設(shè)定采樣頻率。對于高于48KHz的采樣頻率人耳已無法辨別出來了,因此沒有實(shí)用價(jià)值。(3)頻率范圍和頻率響應(yīng):前者是指音響系統(tǒng)能夠回放的最低有效回放頻率與最高有效回放頻率之間的范圍;后者是指將一個(gè)以恒電壓輸出的音頻信號與系統(tǒng)相連接時(shí),音箱產(chǎn)生的聲壓隨頻率的變化而發(fā)生增大或衰減、相位隨頻率而發(fā)生變化的現(xiàn)象。以聲卡作為虛擬測試儀器的硬件設(shè)備必須對其頻率特性有所了解。本系統(tǒng)所用計(jì)算機(jī)主板集成聲卡是Reaktek的ALC880Codec,根據(jù)其性能指標(biāo),設(shè)置采樣率為44.1KHz,采樣位數(shù)為雙通道,采樣比特?cái)?shù)為16位
8、,以保證采樣時(shí)的干擾較小、波形穩(wěn)定[4]。(4)基準(zhǔn)