虛擬儀器課程設(shè)計(jì)--基于聲卡的音頻采集分析儀與信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程名稱： 虛擬儀器課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目： 基于聲卡的音頻采集分析儀與信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><

2、p>　　第一章 設(shè)計(jì)選題概述3</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容要求4</p><p>　　2.1基于計(jì)算機(jī)聲卡完成以下功能4</p><p>　　第三章 設(shè)計(jì)思想及原理5</p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí)5</p><p>　　4.1 聲卡采集原理5</p>

3、<p>　　4.2窗函數(shù)原理6</p><p>　　4.3耳機(jī)接口定義7</p><p>　　4.4快速傅里葉變換7</p><p>　　4.5濾波器原理7</p><p><b>　　4.6線性插值8</b></p><p>　　4.7高斯白噪聲8</p>

4、<p>　　第五章 程序分析8</p><p>　　5.1模擬通道信號(hào)發(fā)生VI的設(shè)計(jì)：8</p><p>　　5.2文本數(shù)據(jù)讀取子程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序的設(shè)計(jì)9</p><p>　　5.3插值VI的設(shè)計(jì)12</p><p>　　5.4雙通道信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)12</p><p>　　5.5信號(hào)分析儀的設(shè)

5、計(jì)主程序114</p><p>　　5.5.1總體設(shè)計(jì)14</p><p>　　5.5.2信號(hào)的低通濾波設(shè)計(jì)15</p><p>　　5.5.3加漢寧窗函數(shù)的波形設(shè)計(jì)16</p><p>　　5.5.4頻譜（功率、幅度、相位）分析的設(shè)計(jì)16</p><p>　　5.5.5信號(hào)的幅值和電平測(cè)量、信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析、

6、失真分析設(shè)計(jì)17</p><p>　　5.6聲卡信號(hào)采集主程序18</p><p>　　5.7聲音的產(chǎn)生Generate Sound.vi19</p><p>　　5.8數(shù)據(jù)存儲(chǔ)示波器程序設(shè)計(jì)21</p><p><b>　　總結(jié)22</b></p><p><b>　　附錄

7、23</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　要在LABVIEW環(huán)境中進(jìn)行對(duì)聲卡采集編程，就是運(yùn)用常用周期信號(hào)及測(cè)試領(lǐng)域特殊信號(hào)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(hào)采集分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有雙通道、高保

8、真、22K 甚至 44KHz 的采樣率，實(shí)現(xiàn)了音頻信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、回放、信號(hào)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(jiǎn)便、成本低、通用性高、擴(kuò)展性好、界面大方簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等環(huán)境。</p><p>　　關(guān)鍵詞：聲卡；數(shù)據(jù)采集；虛擬儀器；LabVIEW</p><p>　　Abstract:A study which is

9、 based on the sound card collection of audio analyzer and a design of signal generator Programming the sound acquisition in the environment of LABVIEW,that is the dual channel analog output which is using the commonly us

10、ed periodic signal and the special signal of test field. As special acquisition card has many disadvantages, such as the cost of it is expensive and the compatibility with computer is bad, and so on. This article is usin

11、g the computer sound card，which has</p><p>　　Keyword: sound card, data collection，virtual instrument , LABVIEW.</p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)選題概述</p><p>　　虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)。虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可由用戶定義自己的

12、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(kāi)發(fā)環(huán)境是美國(guó)國(guó)家儀器公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品。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(yǔ)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(tái)。與傳統(tǒng)C、C++等編程語(yǔ)言不同，LabVie

13、w采用強(qiáng)大的圖形化語(yǔ)言編程,面向測(cè)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)。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集是信號(hào)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(duì)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(cè)量中，在滿足測(cè)量要求的前提下，可以充分利用計(jì)算機(jī)自身

14、資源，完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)，從而節(jié)省成本。要在LABVIEW環(huán)境中進(jìn)行對(duì)聲卡采集編程，就是運(yùn)用常用周期信號(hào)及測(cè)試領(lǐng)域特殊信號(hào)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(hào)采集分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有雙通道、高保真、22KHz甚至44KHz的采樣率，實(shí)現(xiàn)了音頻信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、回放、信號(hào)分析（時(shí)域分析和頻域分析）等多種功能。實(shí)

15、驗(yàn)結(jié)果表明：該設(shè)計(jì)方案具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、成本低、通用性高、擴(kuò)展性好、界面大方簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等環(huán)境。</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容要求</p><p>　　2.1基于計(jì)算機(jī)聲卡完成以下功能</p><p>　　1、具備數(shù)字存儲(chǔ)示波器、信號(hào)分析儀和信號(hào)發(fā)生器三個(gè)主要功能模塊，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)示波器與分析儀整合在一個(gè)界面，信號(hào)發(fā)生器在另一個(gè)

16、界面，共兩個(gè)界面；兩個(gè)組成部分可以分別獨(dú)立完成；</p><p>　　2、信號(hào)采集模式可以在單次和連續(xù)兩種方式間進(jìn)行切換，采集的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行存儲(chǔ)，類型為TXT類型，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求使用子VI實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　3、對(duì)于信號(hào)發(fā)生器，應(yīng)具備單次發(fā)生和連續(xù)發(fā)生兩種形式，并且要求可以疊加各種噪聲，信號(hào)類型和參數(shù)可調(diào)，具備雙通道發(fā)生，同時(shí)兩個(gè)通道信號(hào)能夠疊加為一個(gè)復(fù)合信號(hào)；另外支持讀取數(shù)據(jù)文件作

17、為信號(hào)來(lái)源，數(shù)據(jù)文件類型為TXT，數(shù)據(jù)讀取用子VI實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4、時(shí)頻分析儀應(yīng)該能夠完成大部分時(shí)域和頻域分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)原始信號(hào)分析前的加窗，實(shí)現(xiàn)濾波器操作，頻譜分析，原始數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)可進(jìn)行保存，示波器的各個(gè)參數(shù)靈活可調(diào)并且可以將已存數(shù)據(jù)重新載入進(jìn)行分析觀察。分析結(jié)果的橫縱坐標(biāo)物理意義必須明確，并與實(shí)際情況相符。</p><p>　　5、濾波器截止頻率值要求用實(shí)際頻率作為輸

18、入。分析儀的分析對(duì)象可以是采集的真實(shí)信號(hào)、模擬的仿真信號(hào)或數(shù)據(jù)文件中存儲(chǔ)的信號(hào)。</p><p>　　第三章 設(shè)計(jì)思想及原理</p><p>　　利用噪聲信號(hào)子VI，可實(shí)現(xiàn)疊加各種噪聲，通過(guò)調(diào)節(jié)前面板的顯示器及控件來(lái)觀察任意波形并改變參數(shù)；雙通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器通過(guò)信號(hào)分析子VI 動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)部分概率與統(tǒng)計(jì)的分析功能，通過(guò)濾波、加窗、快速傅立葉變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析并在前面板上顯示分析結(jié)果。<

19、;/p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>　　4.1 聲卡采集原理</p><p>　　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(hào)調(diào)理模塊、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。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　

20、　工作過(guò)程為：輸入時(shí)，測(cè)試信號(hào)首先經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，利用PC機(jī)聲卡的麥克風(fēng)輸入或線路輸入作為信號(hào)的輸入端口，將獲取到的模擬音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)左右兩個(gè)通道和A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，通過(guò)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(guò)采集系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)通過(guò)總線將數(shù)字化的信號(hào)以PCM方式送到D/A轉(zhuǎn)換器，編程模擬的音頻信號(hào)由線路輸出端口通過(guò)耳機(jī)或音響轉(zhuǎn)換為音波播放出來(lái)。</p><p>　　信號(hào)調(diào)理電路：在信號(hào)進(jìn)

21、入聲卡之前必須經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理，主要包括信號(hào)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(shí)別。聲卡的麥克風(fēng)輸入端具有高增益放大器，會(huì)使得信號(hào)產(chǎn)生較大失真，所以選擇線路輸入信號(hào)時(shí)，其輸入電壓應(yīng)為-1～+1V。</p><p>　　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(wú)需添加額外配件便能完成所有音頻信號(hào)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因

22、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(hào)采集系統(tǒng)。</p><p>　　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。</p><p>　?。?）采樣位數(shù)：采樣位數(shù)可以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

23、于常用的數(shù)據(jù)采集卡毫不遜色。</p><p>　?。?）采樣頻率：采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對(duì)聲音信號(hào)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8 KHz、11.025KHz、22.05KHz和44.1KHz四個(gè)等級(jí)，少數(shù)可以達(dá)到48 KHz 。對(duì)于20Hz～20KHz范圍內(nèi)的音頻信號(hào)，如果采用48 KHz采樣頻率，雖然理論上是可行的，但是效果已經(jīng)不是最好。因

24、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(duì)于高于48KHz的采樣頻率人耳已無(wú)法辨別出來(lái)了，因此沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。</p><p>　?。?）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(hào)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(cè)試儀器的硬件設(shè)備必須對(duì)其

25、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ALC880 Codec，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，以保證采樣時(shí)的干擾較小、波形穩(wěn)定。</p><p>　?。?）基準(zhǔn)電壓：聲卡沒(méi)有基準(zhǔn)電壓，因此無(wú)論是A/D還是D/A轉(zhuǎn)換器，都需要用戶參照基準(zhǔn)電壓進(jìn)行標(biāo)定。</p><p><b>　　4.2窗函數(shù)原理<

26、/b></p><p>　　為了減少頻譜能量泄漏，可采用不同的截取函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行截?cái)?，截?cái)嗪瘮?shù)稱為窗函數(shù)，簡(jiǎn)稱為窗。信號(hào)截?cái)嘁院螽a(chǎn)生的能量泄漏現(xiàn)象是必然的，因?yàn)榇昂瘮?shù)w(t)是一個(gè)頻帶無(wú)限的函數(shù)，所以即使原信號(hào)x(t)是有限帶寬信號(hào)，而在截?cái)嘁院笠脖厝怀蔀闊o(wú)限帶寬的函數(shù)，即信號(hào)在頻域的能量與分布被擴(kuò)展了。又從采樣定理可知，無(wú)論采樣頻率多高，只要信號(hào)一經(jīng)截?cái)?，就不可避免地引起混疊，因此信號(hào)截?cái)啾厝粚?dǎo)致一些誤差

27、。</p><p>　　對(duì)于窗函數(shù)的選擇，應(yīng)考慮被分析信號(hào)的性質(zhì)與處理要求。如果僅要求精確讀出主瓣頻率，而不考慮幅值精度，則可選用主瓣寬度比較窄而便于分辨的矩形窗，例如測(cè)量物體的自振頻率等；如果分析窄帶信號(hào)，且有較強(qiáng)的干擾噪聲，則應(yīng)選用旁瓣幅度小的窗函數(shù)，如漢寧窗、三角窗等；對(duì)于隨時(shí)間按指數(shù)衰減的函數(shù)，可采用指數(shù)窗來(lái)提高信噪比。 </p><p>　　4.4快速傅里葉變換</p>

28、;<p>　　FFT（Fast Fourier Transformation），即為快速傅氏變換，是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對(duì)離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。它對(duì)傅氏變換的理論并沒(méi)有新的發(fā)現(xiàn)，但是對(duì)于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者說(shuō)數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用離散傅立葉變換，可以說(shuō)是進(jìn)了一大步。本設(shè)計(jì)使用快速傅里葉實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的相位、頻率、幅度的分析。</p><p><b&

29、gt;　　4.5濾波器原理</b></p><p>　　1、定義:凡是可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱之為濾波器，相當(dāng)于頻率“篩子”。</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　2、分類:低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器</p><p>&l

30、t;b>　　4.6線性插值</b></p><p>　　定義：為了研究函數(shù)的變化規(guī)律，往往需要求出不在表上的函數(shù)值。因此，我們希望可以根據(jù)給定的函數(shù)表做一個(gè)既能反映函數(shù)f(x)的特性，又便于計(jì)算的簡(jiǎn)單函數(shù)P(x)。用P(x)近似f(X)。通常選一類簡(jiǎn)單的函數(shù)作為P(x)，并使P(xi)=f(xi)對(duì)i=1,2,……,n成立。這樣確定下來(lái)的P(x)就是我們希望的插值函數(shù)，此即為插值法。 </

31、p><p>　　2、線性插值是數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等領(lǐng)域廣泛使用的一種簡(jiǎn)單插值方法。假設(shè)我們已知坐標(biāo)(x0,y0)與(x1,y1),要得到[x0,x1]區(qū)間內(nèi)某一位置x在直線上的y值。</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　根據(jù)圖中所示，我們得到（y-y0）(x1-x0)=(y1-y0)(x-x0)，假設(shè)方程兩邊的值為α，那么

32、這個(gè)值就是插值系數(shù)—從x0到x的距離與從x0到x1距離的比值。由于x值已知，所以可以從公式得到α的值α=(x-x0)/(x1-x0)同樣，α=(y-y0)/(y1-y0)這樣，在代數(shù)上就可以表示成為：y = (1-α)y0+αy1，或者，y = y0 +α(y1 - y0)這樣通過(guò)α就可以直接得到y(tǒng)。實(shí)際上，即使x不在x0到x1之間并且α也不是介于0到1之間，這個(gè)公式也是成立的。在這種情況下，這種方法叫作線性外插—參見(jiàn) 外插值。已知y求

33、x的過(guò)程與以上過(guò)程相同，只是x與y要進(jìn)行交換。</p><p><b>　　4.7高斯白噪聲</b></p><p>　　所謂高斯白噪聲中的高斯是指概率分布是正態(tài)函數(shù)，而白噪聲是指它的二階矩不相關(guān)，一階矩為常數(shù)，是指先后信號(hào)在時(shí)間上的相關(guān)性。這是考查一個(gè)信號(hào)的兩個(gè)不同方面的問(wèn)題。高斯白噪聲：如果一個(gè)噪聲，它的幅度分布服從高斯分布，而它的功率譜密度又是均勻分布的，則稱它

34、為高斯白噪聲。熱噪聲和散粒噪聲是高斯白噪聲。 </p><p><b>　　第五章 程序分析</b></p><p>　　5.1模擬通道信號(hào)發(fā)生VI的設(shè)計(jì)：</p><p>　　1）模擬通道信號(hào)發(fā)生前面板設(shè)計(jì)：模擬通道由雙通道Ａ、Ｂ組成，每一通道度能夠發(fā)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。參數(shù)包括了頻率、幅度等信息，能夠進(jìn)行輸入改變信號(hào)的特性。用圖形顯示空間顯

35、示圖形。同時(shí)還有一個(gè)聲音的格式來(lái)規(guī)定輸入出的信號(hào)的格式。下面兩圖是A、B通道加高斯白噪聲信號(hào)經(jīng)低通濾波處理前、后的顯示圖形。波形特性為正弦。</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　2）模擬通道信號(hào)發(fā)生框圖程序設(shè)計(jì)：波形類型的選擇、是否添加高斯白噪聲、通道的選擇均通過(guò)Case結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。濾波器類型選擇由枚舉類型和Butterworth filter

36、.vi實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　5.2文本數(shù)據(jù)讀取子程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.2.1文本數(shù)據(jù)讀取子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　1）前面板設(shè)計(jì)：通過(guò)調(diào)用已有的子vi讀取已經(jīng)存在的一個(gè)文本數(shù)據(jù)文件TextFile.txt，再調(diào)用另外一個(gè)子vi（線性插值子程序

37、）對(duì)讀取的文本文件數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行頻率的整合，使之符合聲卡的規(guī)定頻率。最后經(jīng)過(guò)波形產(chǎn)生函數(shù)，通過(guò)波形顯示空間顯示。</p><p>　　2）文本數(shù)據(jù)讀取子VI框圖程序說(shuō)明：1、打開(kāi)文件對(duì)話框來(lái)選擇文件閱讀，讀取文件并顯示字符串的指標(biāo)。2、將標(biāo)簽分隔的字符串轉(zhuǎn)換成字符串?dāng)?shù)組和帶時(shí)間戳的信息。3、將帶時(shí)間戳的字符串?dāng)?shù)組的數(shù)據(jù)加載到列表框。4、將二維字符串?dāng)?shù)組的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)值型數(shù)組并進(jìn)入圖標(biāo)。使用列表框來(lái)選擇指數(shù)放入數(shù)據(jù)圖

38、中。除非前面板有項(xiàng)目要進(jìn)行，否則要等待前面板的活動(dòng)完成，目的是是把循環(huán)用于休眠和節(jié)省處理器時(shí)間。5、清除前面控件的當(dāng)前數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　5.2.2文本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　將采集到的模擬數(shù)據(jù)寫入文本TextFile.txt中，并在波形圖表中顯示。</p><

39、;p>　　1）前面板設(shè)計(jì)：運(yùn)行程序，結(jié)果如下，采集了10個(gè)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　框圖程序設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　5.2.3模擬數(shù)據(jù)采集子程序</p><p>　　前面板設(shè)計(jì)、框圖程序設(shè)計(jì)：利用for循環(huán)采集隨機(jī)數(shù)，采集到的數(shù)據(jù)和采集時(shí)間在前面板顯示。</p><p>　　5.3插值VI的設(shè)計(jì)

40、</p><p>　　1）前面板設(shè)計(jì)：輸入數(shù)據(jù)至一維數(shù)組，設(shè)置采樣率，選擇波形類型，由插值開(kāi)關(guān)選擇是否插值。</p><p>　　2）框圖程序設(shè)計(jì)：被插值的一系列數(shù)據(jù)處理由case循環(huán)，while循環(huán)及數(shù)組函數(shù)實(shí)現(xiàn)，插值函數(shù)為interpolate，case循環(huán)和插值開(kāi)關(guān)選擇是否插值。</p><p><b>　　圖10</b></p&g

41、t;<p>　　5.4雙通道信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1）前面板設(shè)計(jì)：信號(hào)來(lái)源從通道獲得，也可以從數(shù)據(jù)文件TXT中讀取，當(dāng)開(kāi)關(guān)打向模擬通道時(shí)通道可以是A通道、B通道、A+B通道，該功能由枚舉數(shù)據(jù)類型實(shí)現(xiàn)。信號(hào)類型有正弦、平方、三角形、矩形信號(hào)類型。信號(hào)類型、幅值、頻率、是否疊加噪聲可在通道參數(shù)簇中修改。由波形圖實(shí)現(xiàn)信號(hào)讀取。聲音格式簇中采樣速率最好默認(rèn)設(shè)置為44100Hz，通道個(gè)數(shù)可修改

42、，采樣比特率為16位。</p><p><b>　　圖11</b></p><p>　　2）信號(hào)發(fā)生器框圖程序設(shè)計(jì)：Case循環(huán)的兩個(gè)分支為True和False，循環(huán)外部：聲音格式按名稱解綁后再連接到循環(huán)結(jié)構(gòu)中，分支選擇端子為信號(hào)來(lái)源的枚舉類型。False分支中信號(hào)從文本數(shù)據(jù)中讀取，由線性插值子VI實(shí)現(xiàn)插值功能，得到的信號(hào)最終由波形圖顯示。True分支信號(hào)從通道中得到

43、，由“通道選擇”個(gè)數(shù)，由模擬通道發(fā)生子VI實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生，最后由波形圖顯示。</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　5.5信號(hào)分析儀的設(shè)計(jì)主程序1</p><p><b>　　5.5.1總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1）信號(hào)分析儀前面板的總體設(shè)計(jì)</p>

44、<p><b>　　圖14</b></p><p>　　2）信號(hào)分析儀框圖程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　圖15</b></p><p>　　5.5.2信號(hào)的低通濾波設(shè)計(jì)</p><p>　　1）信號(hào)加低通濾波器的分析結(jié)果：設(shè)置低截止頻率為100HZ，低通濾波后的信號(hào)由波形顯示，下

45、面兩圖分別是點(diǎn)亮和關(guān)閉低通濾波設(shè)置后的運(yùn)行結(jié)果。</p><p><b>　　圖16</b></p><p>　　2）信號(hào)加低通濾波的框圖程序：使用Case結(jié)構(gòu)，兩個(gè)分支為加低通濾波設(shè)置和不加低通濾波設(shè)置，結(jié)果由波形圖描述。</p><p><b>　　圖17</b></p><p>　　5.5.3

46、加漢寧窗函數(shù)的波形設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)進(jìn)行濾波后的信號(hào)加漢寧窗，可在一定程度抑制頻譜泄露，加窗的波形由前面板波形顯示控件顯示。</p><p><b>　　1）前面板設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　圖18</b></p><p><b>　　2）框圖程序的設(shè)計(jì)</b

47、></p><p><b>　　圖19</b></p><p>　　5.5.4頻譜（功率、幅度、相位）分析的設(shè)計(jì)</p><p>　　1）前面板設(shè)計(jì)：頻域分析是通過(guò)傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)變換到頻域，其主要是了解信號(hào)的頻譜成分以及各種成分的強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集信號(hào)的幅度譜、相位譜和功率譜分析等功能。其中，對(duì)信號(hào)加窗時(shí)，使用矩形窗將信號(hào)

48、突然截?cái)啵陬l域上造成很寬的、原信號(hào)中不存在的附加頻率成分，即有限化帶來(lái)的泄露問(wèn)題。為了防止采集信號(hào)發(fā)生泄露，對(duì)所采集信號(hào)進(jìn)行加窗處理，系統(tǒng)選擇了漢寧窗。虛擬分析儀的界面如圖所示，該圖顯示為實(shí)際采集音頻信號(hào)的FFT變換頻譜。</p><p><b>　　圖20</b></p><p><b>　　圖21</b></p><p&

49、gt;　　2）框圖程序設(shè)計(jì)：選擇漢寧窗，通過(guò)帶有三個(gè)分支的Case結(jié)構(gòu)加以快速傅里葉變換，本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集信號(hào)的幅度譜、相位譜和功率譜分析等功能。</p><p><b>　　圖22</b></p><p>　　5.5.5信號(hào)的幅值和電平測(cè)量、信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析、失真分析設(shè)計(jì)</p><p>　　由失真測(cè)量函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)諧波失真、信納比、指定

50、諧波等參數(shù)的測(cè)量，并通過(guò)前面板數(shù)值顯示控件顯示；由幅值和測(cè)量函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的正峰、反峰、均值、均方根、平均周期等參數(shù)的測(cè)量，并通過(guò)前面板數(shù)值顯示控件顯示；有統(tǒng)計(jì)分析函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的時(shí)域波形統(tǒng)計(jì)特性參數(shù)中值、總采樣數(shù)、算數(shù)平均、偏斜度、峰度、時(shí)間步長(zhǎng)、初值、終值的測(cè)量，并通過(guò)前面板顯示控件顯示。</p><p><b>　　圖23前面板設(shè)計(jì)</b></p><p>&l

51、t;b>　　圖24框圖程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.6聲卡信號(hào)采集主程序</p><p>　　前面板設(shè)計(jì)：聲音信號(hào)來(lái)源為模擬通道或數(shù)據(jù)文件由插值開(kāi)關(guān)控制、采樣模式（連續(xù)采樣、離散采樣）、通道選擇、采樣率、頻率、音量、聲卡設(shè)置、通道參數(shù)等都是輸入控件，聲音輸出波形由波形圖控件顯示。選擇模擬通道，程序運(yùn)行后，可以聽(tīng)到較為清晰的鳴聲，通過(guò)Volume可調(diào)節(jié)音量，若疊

52、加了高斯白噪聲，聽(tīng)到茲茲的噪音。</p><p>　　圖25 未疊加高斯白噪聲</p><p>　　圖26 加入高斯白噪聲</p><p>　　框圖程序設(shè)計(jì)：由數(shù)據(jù)文本子vi、線性插值子vi、模擬通道發(fā)生子vi構(gòu)成case結(jié)構(gòu)選擇信號(hào)的來(lái)源。Case結(jié)構(gòu)中嵌套while循環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的輸出，有錯(cuò)誤發(fā)生或人為停止則程序終止。</p><p>&

53、lt;b>　　圖27</b></p><p>　　5.7聲音的產(chǎn)生Generate Sound.vi</p><p>　　1）前面板設(shè)計(jì)：聲音的設(shè)備、聲音信號(hào)的波形類型、采樣率、頻率、聲卡設(shè)置、音量設(shè)置都是輸入控件，聲音波形的由波形圖顯示。程序運(yùn)行后還可以聽(tīng)到聲音，聲音的音量大小由Volume調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　圖28&l

54、t;/b></p><p><b>　　輸出為正弦波形</b></p><p><b>　　圖29</b></p><p><b>　　輸出為矩形波形</b></p><p>　　2）程序框圖的實(shí)現(xiàn)：1、信號(hào)輸入為連續(xù)采樣信號(hào)。2、有錯(cuò)誤發(fā)生或用戶按停止按鈕則程序停止運(yùn)行

55、。3、聲音的波形類型、頻率、幅值在while，case循環(huán)中實(shí)現(xiàn)，輔助函數(shù)為sine waveform.vi、squre waveform.vi、sawtooth waveform.vi、triangle wave form.vi。4、為音量輸出裝置設(shè)置特殊值。</p><p><b>　　圖30</b></p><p>　　5.8數(shù)據(jù)存儲(chǔ)示波器程序設(shè)計(jì)</p&

56、gt;<p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我獲益良多，利用計(jì)算機(jī)聲卡代替昂貴的數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，以圖形化編程語(yǔ)言的虛擬儀器軟件LabVIEW為開(kāi)發(fā)工具，充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力和LabVIEW模塊化編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了常見(jiàn)音頻信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、顯示、存儲(chǔ)，回放以及分析等功能。其有效的利用了計(jì)算機(jī)資源，節(jié)約了數(shù)據(jù)采集成本，易于構(gòu)建和升級(jí)，并且界面

57、友好，操作簡(jiǎn)單，成本較低，易于實(shí)現(xiàn)，不僅可以應(yīng)用于科研試驗(yàn)，而且可以應(yīng)用于檢測(cè)車輛等方面，具有比較廣闊的應(yīng)用前景。首先進(jìn)一步加深了對(duì)LABVIEW以及聲卡相關(guān)專業(yè)知識(shí)的理解以及對(duì)本專業(yè)的深刻理解，并初步掌握利用LABVIEW的控件對(duì)電腦聲卡參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。尤其在信號(hào)采集進(jìn)行時(shí)頻分析過(guò)程中，，對(duì)于運(yùn)作的順序不一樣就很有可能導(dǎo)致錯(cuò)誤，所以在運(yùn)用LABVIEW控件過(guò)程中，一定要對(duì)每一個(gè)控件的功能搞明白，在對(duì)錯(cuò)誤分析時(shí)要學(xué)會(huì)利用調(diào)試等功能，分析產(chǎn)

58、生錯(cuò)誤的結(jié)果時(shí)要注意運(yùn)行不同的順序可能會(huì)出錯(cuò)，此時(shí)要連上ERRO。其次，在控件的選擇上，要結(jié)合被控對(duì)象先進(jìn)行理論分析，這樣在調(diào)節(jié)的時(shí)候才不會(huì)盲目，更具針對(duì)性，能節(jié)省不少時(shí)間。感謝老師給我這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　主要參考資料1．《LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)》侯國(guó)屏等編著 清華大學(xué)出版社（第20章基