基于labview的聲卡信號采集分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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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)