基于声卡和labvIEW的虚拟仪器设计.docVIP

一、设计题目 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； (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，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。合理排布用户前面板，体现良好的程序用户交流界面8000Hz、11025Hz，22050Hz、44100Hz四种采样频率；通道数可以选择单通道和双通道；采样位数可以输入8位或16位。采样数据可以保存为Excel格式提供给用户，保存路径由“Excel导出路径”来确定。 图1-1 声音采集前面板 程序框图（图1-2）：在“声音采集”条件分支中，首先用一个开关来控制子条件分支结构，为真时才执行采集操作，为假时不进行任何操作。前面板上与之关联的“开关”是采样操作的总控制处。采样时，首先初始化声卡，对“配置声音输入”分别输入采样率、通道数、采样位数、缓存大小设置信息。节点上的常数0是默认设备ID，另一个常数1表示采样模式为连续采样。随后，通过“读取声音输入”读取显卡中的数据，分别送至波形显示、文本文件存储（“写入波形至文件”）、Excel文件导出（“导出波形至电子表格文件”）。 图1-2 声音采集框图 2、信号分析部分 前面板（图2-1）：“开始分析”作为分析操作的总开关。“打开声音文件”可以选择将要分析的声音文件地址。主屏上的四个波形图分别为被分析信号的时域图、频谱、相位谱、功率谱，同时在左下角三个数字显示区可以显示出音频信号的平均幅值、周期和频率。 图2-1 信号分析前面板 程序框图（图2-2）：类似于上文的操作，用“开始分析”作为操作的开关，控制条件分支结构，只是在条件为真时才有操作，为假时的操作为空。分析信号时，先读取之前保存的文本文件（wav格式），直接送至波形图可显示时域信号，经过“频谱测量”、“功率谱测量”后可显示频谱、相位谱和功率谱图像。对于信号频率和周期，可以使用“信号的时间与瞬态特性测量”，对于信号幅值，经过对比选择，可使用“幅值和电平”函数。 图2-2 信号分析框图 3、声音回放部分 前面板（图3-1）：该部分包括两种操作，回放声卡采集的声音、显示计算机内部信号，“操作选项”可以选择两个条件分支。在“声音回放”选项下，可以将保存的声音文件以波形图形式显示，同时通过声卡发出声音。在“机内信号”选项下，输入信号幅值、频率等参数，选择信号类型，即可产生相应的机内信号，显示并播放。 图3-1 声音回放前面板 程序框图（图3-2-1和图3-2-2） 图3-2-1 声音回放框图 图3-2-2 声音回放（计算机内部信号）框图 （二）硬件电路连接 使用声卡采集信号可以通过麦克风采集，程序开始采集后，对麦克风说话即可记录声音。也可以采用线路输入口输入外部信号，此时将导线的一端接至麦克风输入端，另一端连接函数发生器。 信号输出时，可以用耳机直接收听重放的声音，或者将示波器探头接至耳机输出端，观察信号波形。 四、测试结果与分析 测试1、用电脑的麦克风采集一段声音信号，采样频率设为8K，通道数为1，采样位数为16，缓存区大小为54150，随后进行信号分析、存储、回放操作。文件已保存为m.mov,运行结果如下图所示： 声音采集1 信号分析1 声音回放1 导出Excel表格1 分析结果：根据采集、分析、回放的波形观察和听音过程可以确定，基本满足设计要求，但是有些时候（多次测量后偶尔发现一次），单通道16位采集时，若缓存区设置过大（达到70000左右），程序运行时可能会报错。另外，回放的声音效果不是很好，含有噪声，可能与采样效果或硬件的配置有关。 测试2、用电脑的麦克风采集一段声音信号，采样频率设为1