基于声卡的数采系统设计
基于声卡的语音信号采集系统设计
１、引言
数据采集是信号分析与处理的一个重要环节， 通常 由数据采集 卡完成 。 但是 ， 专用数据 采集 卡的价格一般 比较昂贵 。 随着 多媒体技 术 的发展 ， 声卡 已成 为多 媒体 计算机的标准配置 。 且大多数声卡具 有 与数 据采集 卡相当的信号滤 波 、 大及采样保持 、 数相 互转 放 模一 换等功 能 ， 具有 较高 的采样频 率与精度。 声卡可对 音频信号实现双 声道 １位、 ６ 高保真 的数据采集 ， 最高 采样率 可达４ ．ｋ 。 ４ １ Ｈｚ在满足测 量要求的前提下 ， 利用声卡进行Ａ／ 转换 ， Ｄ 话筒作为信号输入端 ， 实 现对声音 信号 的单、 双通道 采集任务 ， 从而节省成本 。 文实现 了一 本 种基于 声卡的信号 采集系统 ， 具有音频信 号采集 、 数据处理 、 Ｃ Ｐ Ｍ 波形显示及 播放功 能。
一
４ 采 样参 数 设 置 ． １
声卡 比 较特 殊 ， 采样 频 率 只有 １ ．２ ｋ 、 ２ ０ ｋ 、 ４． １ ０ ５ Ｈｚ ２ ． ５ ＨＺ ４ １ｋ 等几 个定值 ， Ｈｚ 支持 的 采样 位数 有 ８ 、 ６ 、 ４ 等 ， 位 １位 ２ 位 输入 声道 （ 即采样 通 道） 常为 单 、 声 道 ， 出声 道有 单 声道 、 声 通 双 输 双 道 、 声 道 等 ， 同 类 型 声 卡对 应 的 各 值 也 不 同 。 此 ， 进 行 参 四 不 因 在 数 设置 之前 ， 利用 ｗａ ｅｎ ｅ Ｄ ｖ ａ ｓ ｖ Ｉ Ｇ ｔ ｅ Ｃ ｐ 函数 获 取波 形输 入 设备 的性 能 ， 包括厂 商标 志 、 品标志 、 形输入 设备 的版本 号 ， 道 产 波 声 数， 所支持 的采 样频率 、 采样位 数等 ， 显示输 出 ， 并 然后根据 设备 的性 能及实 际的需 要 ， 声卡 的采样 位数 对 输入 声道 及信 号采样 频率 、 采样 长度 进行 设置 ． 些设 置是对 ＷＡＶＥ ＯＲＭＡＴＥ 这 Ｆ Ｘ数 据结 构进 行 。 ４２数 据 采 集 的 数 据 结 构 ． 信号 采集时 ， 需要考虑信 号 的采样 频率 、 采样 长度 、 采样位 数 等。 首先 ， 利用ＡＶ Ｆ ＲＭＡ Ｅ 数据结构对上述参数进行设置［ １ ＥＯ Ｔ Ｘ ２。 １ ３ 其次 ， ｎ ｏ 提供了丰富的波形数据缓冲区控制 函数 ， Ｗｉｄ ｗｓ 利用这些函 数能够在少量存储器的情 况下， 循环使用波形数据缓冲区。 对波形数 据缓冲区 的有效分配可按波形数据块结构ｗＡⅦ ＨＤＲ 要求进行 。 在使用低层的声音 函数对声 音进 行采集、 回放时 ， 声音是存放 在一 个内存数据缓冲区中的 ， 一 用户可 以用相应的消息 映射函数来处 理相应的过程 。 当收到ＭＭ— Ｍ— ｗＩ ＤＡＴ 消息时， Ａ 表明输入缓冲区数 据 已满 ， 主程 序采用双线程 ， 同时进行数据 的保存和 缓冲 区程序 的 交换 。 当得到ＭＭ Ｍ． Ｏ ＷＯ ＿ ＮＥ消息时 ， 明输 出缓冲区中数据为 Ｄ 表 空 ， 响应消息处理完采样数据 后， 在 继续 向输入 缓冲 区添加数据 。
基于声卡的数据采集系统设计
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第 =期增刊
基于声卡的数据采集系统设计
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LabView大作业基于声卡的LabVIEW数据采集与分析系统设计.docx
LabView大作业实验报告第7 次实验实验名称：基于声卡和LabView的虚拟仪器设计专业：姓名：学号：实验室: 实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：目录前言 (1)1.实验说明 (2)1.1设计原理1.2设计内容与要求1.3说明与注意事项2.软件设计 (5)2.1设计方案2.2程序框图2.3方案实现与前面板设计3.结果分析 (12)结束语 (15)参考文献 (16)附录（使用说明） (17)前言本文主要介绍了基于声卡和LabView的虚拟仪器设计这一实验的过程。
这次实验中主要包括了声卡、线路输入与保存、输入数据回放、信号分析处理以及对计算机内部产生信号的分析处理。
下面先对设计背景做简单介绍。
虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。
在虚拟仪器系统中，硬件解决信号的输入和输出，软件可以方便地修改仪器系统的功能，以适应不同使用者的需要。
其中硬件的核心是数据采集卡。
目前市售的数据采集卡价格与性能基本成正比，一般比较昂贵。
随着DSP(数字信号处理)技术走向成熟，PC机声卡可以成为一个优秀的数据采集系统，它同时具有A／D和D／A转换功能，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、灵活通用，驱动程序升级方便。
同时一般声卡16位的A／D转换精度，比通常12位A／D 卡的精度高，对于许多工程测量和科学实验来说都是足够高的，其价格却比普通数据采集卡便宜得多。
本文主要分为三大部分，第一部分为实验说明，介绍这次实验的要求与内容。
第二部分为软件设计，介绍软件的设计原理，程序框图等。
最后是结果分析与结束语。
在此次设计过程中，得到了两位老师的指导，同时也感谢许多同学对我在实验过程中的帮助。
1.实验说明1.1设计原理声音的本质是一种波，表现为振幅、频率、相位等物理量的连续性变化。
声卡作为语音信号与计算机的通用接口，其主要功能就是将所获取的模拟音频信号转换为数字信号，经过DSP音效芯片的处理，将该数字信号转换为模拟信号输出。
基于声卡的数据采集及波形发生器设计
基于声卡的数据采集及波形发生器设计一、概述数据采集是信号分析和处理的一个重要环节,在很多产业控制和生产状态监控中,都需要对各种物理量进行数据采集和分析。
但是，专用数据采集卡的价格一般比较昂贵，而我们PC 机的声卡就是一个很好的双通道数据采集卡。
实际丈量中，在满足丈量要求的条件下，可以充分利用计算机自身资源，完成数据采集任务，从而节省本钱。
本文利用vc 编程实现了声卡的双通道数据采集，并且对信号进行频谱分析同时实时丈量出信号的频率。
还利用声卡的DA 通道，实现了正弦波、方波、三角波输出的信号发生器。
波形发生器产生的信号同时还可以作为内部测试用信号，检验数据采集的正确性。
二、声卡数据采集系统硬件组成Line Out利用声卡进行数据采集的硬件组成。
通常，利用声卡的Line In 端作为信号输进端口，两路被测的模拟信号经过左右声道，A/D 转换进进计算机，通过vc 编写的虚拟仪器界面显示出来。
声卡一般都具有单、双声道输进,从而可实现单双通道的采集.双通道采集时,声卡采用并行采集,并具有采样保持功能,两个通道的数据不存在时间差,第一通道和第二通道数据存储在同一个数据缓冲区中,且等间隔存储,奇数序列是一个通道数据,偶数序列为另一个通道数据.读取数据时,将缓冲区中的数据全部读进到一个数组中,然后对该数组数据,采用隔一点取一点的方法,将数据分开并分别存到另外的两个数组中,即将两个通道的数据分开,从而实现了双通道的采集. 单通道采集时,缓冲区中仅仅是一个通道的数据,直接保存到一个数组即可。
同时，信号发生器产生的波形也可经过Line out 端输出。
为了保护声卡，被测信号并不是直接进进声卡，而是先经过一个信号调理电路，对信号进行放大或限幅，滤波等处理，信号调理电路直流电平叠加模块摘要：C1 代表信号的输进，D1 代表叠加直流电平后信号的输出，电位器R8 控制输进直流电平的大小。
基于声卡的数据采集系统设计
基于声卡的数据采集系统设计蒋帅锋 施 展 鲍 恝(上海理工大学光电学院 上海 200093)摘要 介绍了基于声卡的数据采集系统的制作要点,运用L abV IE W开发系统,在普通配备有声卡的计算机上,实现了单通道数据采集。
实验结果表明:该系统能够正确采集声卡设计频率范围内的信号,可用于该范围内的一般数据采集与应用。
关键词 数据采集 声卡 L abV IE WDa ta Acqu isition System Ba sed on Sound CardJ iang Shuaifeng Sh i Zhan B ao J ia(Colleg e of Op toelectric&E lectric Inf or m ation E ng ineering,U niversity of S hang hai f or S cience and T echnology,S hang hai200093,Ch ina)Abstract A n introducti on of the p rinci pal aspects of the developm ent of a data acquisiti on system based on sound card is p rovided.T h is system has been realized in L abV IEW p rogramm ing environm ent.Experi m ent results p rove that the system can acquire signals in the frequency range designed fo r sound card co rrectly,and can be ap2 p lied in the dom ains of data acquisiti on and general analysis.Key words D ata acquisiti on Sound card L abV IEW1 引 言数据采集是信号分析与处理的一个重要环节,在许多工业控制与生产状态监控中,都需要对各种物理量进行数据采集与分析。
基于声卡的双通道数据采集系统ppt课件
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设计的前景
通过声卡采集的波形储存在计算机中做到信息的存 储并相对照。心电图、噪声、等波形的采集。
可以做成声卡密码锁，以后采集的波形与保存的波 形相对很相似时才会自动开锁，不然不开。
系统性价比高、通用性强、扩展性好、界面友好， 在工程测量与实验室应用中具有广阔的前景。
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软件实现
通过Labview编写所设计的程序并进行测试。 在Labview中“函数”—“图形与声音”—“声
音”子选板下提供了一系列与声卡相关的函 数节点，这些节点都是使用Windows底层函 数编写的，直接与声卡驱动联系，可以实现 对声卡的快速访问和操作，具有比较高的执 行性能。
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使用Labview中函数节点的介绍
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SI Read节点 从缓冲区读取数据。根据不同 的数字声音格式，读取相应数据格式的数组。
SI Stop节点 停止采集数据 SI Clear节点 释放声卡占用的计算机资源
8ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
设计的程序前面板
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设计好的程序框图
labview基于声卡的数据采集系统
实验2 基于声卡的数据采集系统1 实验目的（1）学习声卡作为数据采集装置的Labview编程方法；（2）从设计中深入理解虚拟仪器的组成，理解数据采集，数据分析的重要性，用Labview实现测试系统的优点；（3）实验的应用：目前的测试实验教学实验中常常要用到A/D采集卡，而A/D采集卡价格不菲，以实验室有限的经费，不能较多第购置以供同学们实验使用，进而考虑计算机中的声卡本身就是一个A/D、D/A 的转换装置，而且造价低廉，性能稳定，在教学实验中完全可以满足实验的需求，可以进一步开发研制一个广泛应用的测试教学实验系统。
2 实验设备、仪器计算机、声卡、Labview软件，其组成如下图：3 实验任务设计一个基于声卡的频谱分析仪，可以采集和分析从麦克风输入的声音。
要求仪器可以调节采样频率、数据缓冲区的大小等，可显示其波形，保存并对波形作幅值频谱分析。
4 实验原理4.1 声卡简介声卡是现在计算机中非常常见的一个组件，是多媒体的标准配置。
与声卡声音采集相关的两个专业术语是声音采样和声道。
声音采样，即在模拟声音波形上每一个时间间隔取一个幅度值，把自然界的模拟音转变为数字音时。
声音采样的描述有两个指标：'采样位数'和'采样频率'。
采样位数就是指用来描述波形幅度的细腻程度，8位声卡可以把波形划分为256个级别，而16位声卡就可以划分为64×1024个级别，现在的声卡一般都采用16位的声卡。
'采样的频率'是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率越高声音的还原就越真实越自然，现在声卡采样频率一般有22.05KHz、44.1KHz、48KHz三个等级，22.05 KHz是FM广播的声音品质，44.1KHz则是理论上的CD音质界限，而48KHz则更加精确一些。
声道，就是声卡处理声音的通道的数目，以前是单声道，后来又发展出立体声、5.1声道、四声道等的标准。
基于声卡的数据采集
数据采集软件通常根据用户的要求进行编写，选择好的开发平台可以起到事半功倍的效果。LabVIEW是一个较好的图形化开发环境，它内置了信号采集、测量分析与数据显示功能，提供超过450个内置函数用于分析测量数据及处理信号，将数据采集、分析与显示功能集中在了同一个开方式的开发环境中。LabVIEW的交互式测量、自动代码生成以及与多种设备的简易连接功能，使它能够较好的完成数据采集。
1.2.1虚拟仪器的产生
虚拟仪器技术是现代计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它推动着传统仪器朝着数字化、智能化、模块化、网络化的方向发展。电子测量仪器发展至今，大体上可以分为四代:模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。第一代模拟仪器，这类仪器在某些实验室仍能看到，如指针式万用表、晶体管电压表等。它们的基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示最终结果。第二代数字化仪器，这类仪器目前相当普及，如数字电压表、数字示波器、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量值转化为数字信号，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力，可取代部分脑脑力劳动，习惯上称为智能仪器。它的功能块全部都是以硬件或固定软件的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。第四代虚拟仪器，它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器产业发展的一个重要方向。
Experiment results prove that the system can acquire signals in thefrequencyrangedesignedfor sound cardcorrectly, andcan be applied inthe domains of dataacquisitionsand general analysis.In the range of voicefrequency, datasaving andoverloadingis successful inLabVIEW.If more sound cards configured in a PC,it`s feasible to build a muli-channel real-time DAQ system with high SNR.With broad applicationprospect, thissolution can be extended to thefield of speech recognition,embient noise monitoring and laboratory measurement etc.
基于声卡的数据采集系统设计
基于声卡的数据采集系统设计1 引言数据采集是信号分析与处理的一个重要环节，在许多工业控制与生产状态监控中，都需要对各种物理量进行数据采集与分析。
一般的计算机数据采集系统包括传感器、信号调理器、数据采集卡和控制软件等。
其中数据采集卡的主要技术指标包括位数(即采样分辨率)、转换速度等。
在实际测量中，需要根据被测量的精度、信号频率范围等具体要求，选购数据采集卡。
然而，在满足一定条件下，人们并不一定需要通过购买数据采集卡完成数据采集，而可以利用计算机上的声卡实现数据采集任务。
该文主要研究了利用声卡实现数据采集的方法，通过实验研究了数据采集的精度及频率响应问题，为确定这种方法的应用范围提供了依据，文中叙述了利用LabVIEW软件实现数据采集的编程方法。
2 声卡工作原理声音的本质是一种波，表现为振幅、频率、相位等物理量的连续性变化。
声卡作为语音信号与计算机的通用接口，其主要功能就是将所获取的模拟音频信号转换为数字信号，经过DSP音效芯片的处理，将该数字信号转换为模拟信号输出。
声卡的基本工作流程为：输入时，麦克风或线路输入(Line In)获取的音频信号通过A/D转换器转换成数字信号，送到计算机进行播放、录音等各种处理；输出时，计算机通过总线将数字化的声音信号以PCM(脉冲编码调制)方式送到D/A转换器，变成模拟的音频信号，进而通过功率放大器或线路输出(Line Out)送到音箱等设备转换为声波，人耳侦测到环境空气压力的改变，大脑将其解释为声音。
衡量声卡的技术指标包括复音数量、采样频率、采样位数(即量化精度)、声道数、信噪比(SNR)和总谐波失真(THD)等，主要介绍如下：(1) 复音数量代表了声卡能够同时发出多少种声音。
复音数越大，音色就越好，播放声音时可以听到的声部越多、越细腻。
(2) 采样频率每秒采集声音样本的数量。
采样频率越高，记录的声音波形就越准确，保真度就越高，但采样数据量相应变大，要求的存储空间也越多。
构建基于声卡的数据采集与分析系统
构建基于声卡的数据采集与分析系统本章详细介绍了基于声卡的数据采集与分析系统的设计与实现，包括声卡的硬件结构及特性、文件存储、数据回放等等。
通过本章的学习，读者可以根据自己的需要，对例程进行适当修改后，轻松搭建一套实用的数据采集与分析系统。
本章各节内容要点如下：【本章重点】∙声卡的硬件结构与特性∙基于声卡的数据采集软件∙常用的信号时、频分析方法与实现∙声音文件的存储与回放∙界面修饰与软件调试15.1 声卡的硬件结构与特性声卡作为语音信号与计算机的能用接口，其主要功能就是经过DSP（数字信号处理）音效芯片的处理，进行模拟信号与数字信号的转换，因此，从其功能上来看，声卡可以作为数据采集卡来使用。
一般的声卡价格比较低廉，而且LabVIEW中提供了专门用于声卡操作的基本函数，所以用声卡搭建数据采集系统非常方便。
15.1.1 声卡的基本参数作为一种数据采集设备，最主要的是采样位数和采样率两个参数。
目前市场上主流声卡是16位的，相对大多数采集卡12位的分辨率来讲，这方面声卡的性能比较高。
但是作为一种音频处理设备，声卡的采样率不是很高，普通声卡的采样率分为4档：44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz、8kHz。
对于少数专业的声卡，采样率能达到96kHz或者更高的192kHz等。
另外，声卡对20Hz~20kHz的音频信号有比较好的响应，而对这个频率范围之外的信号有很强的衰减，对于测试来讲，信号的频率最好在50Hz~10kHz范围之内。
15.1.2 声卡的硬件接口对于不同的声卡，其硬件接口有所不同，一般声卡有4~5个对外接口，Wave Out(Line Out)和SPK Out是输出接口，Wave Out输出的是没有经过放大的信号，SPK Out输出的是经过功率放大器放大后的信号，可直接接到扬声器上。
Mic In和Line In是输入接口，两者的区别在于，后者只能接入较弱的信号，幅值大约为0.02V~0.2V，这个信号较易受干扰，在作数据采集时常用Line In，它可接入幅值约不超过1.5V的信号。
数据采集及分析实验3基于声卡的数据采集1
数据采集及分析实验3-5基于声卡的数据采集一、实验目的1、掌握Labview软件的基本使用方法；2、掌握利用Labview功能模板进行虚拟仪器设计；3、了解声卡的工作原理4、学习用Labview进行数据采集的基本过程。
5、利用Labview8.2软件设计并实现一台虚拟数字录音机，完成音频数据采集、显示、保存、处理、回放的功能。
通过练习使用Labview设计数字录音机。
二、实验仪器和设备1. 计算机1台、MIC 1只、耳机1只2．编程环境 WindowsXP操作系统3. Labview实验软件1套二、实验说明：1、声卡的工作特点本设计采取的方法是在LabVIEW虚拟仪器环境中利用Windows自带声卡采集语音信号。
从数据采集的角度来看,PC声卡本身就成为一个优秀的数据采集系统，它同时具有A/D和D/A转换功能，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、灵活通用，软件特别是驱动程序升级方便。
如果测量对象的频率在音频范围(20 Hz-20kHz)内，而且对采样频率等指标又没有太高要求，就可以考虑使用声卡。
而语音音频范围一般在5kHz以内，满足声卡采集的要求。
在采集语音信号前，要检查声卡的设置，保证已配置的输入功能(录音功能)不处于静音状态。
主机通过总线将数字化的声音信号送到数模转换器(D / A)，将数字信号变成模拟的音频信号同时，又可以通过模数转换器(A/D)将麦克风或CD的输入信号转换成数字信号，送到计算机进行各种处理。
衡量声卡的技术指标包括复音数量、采样频率、采样位数(即量化精度)、声道数、信噪比(SNR)和总谐波失真（THD）等。
复音数量代表声卡能够同时发出多少种声音，复音数越大，音色就越好，播放声音时可以听到的声部越多、越细腻;采样频率是每秒采集声音样本的数量，采样频率越高，记录的声音波形越准确，保真度就越高，但采样数据量相应变大，要求的存储空间也越多。
采样位数是指将声音从模拟信号转化为数字信号的二进制位数(bit) ,位数越高，在定域内能表示的声波振幅的数目越多，记录的音质也就越高，例如16位声卡把音频信写的大小分为216 =65536个量化等级来实施上述转换。
基于声卡的便携式数据采集与系统设计
Value Engineering0引言目前，市场上的数据采集与分析系统大部分是通过数据采集卡与计算机进行数据交换，它的价格较昂贵且和计算机的兼容性较差。
声卡是大家比较熟悉的一种计算机配件。
我们要用计算机处理声音信号，让计算机发出各种声音，用计算机播放有声的视频节目（VCD ）、电子图书、教学光盘等离不开声卡。
从本质上来说，声音是一种连续的波，称为声波。
要把声音信号存储到计算机中，必须把波形连续变换的信号（称为模拟信号）转换成数字信号，因为计算机中只能存储数字信号。
把模拟信号转换为数字信号一般由对声音信号的采样和转换两步来完成。
声卡的性能指标均与声音相关，主要有以下几种：①声卡采样的样本深度：有8位和16位两种。
16位声卡比8位声卡声音保真度更高。
②声卡的最高采样频率：一般声卡提供了11kHz 、22kHz 的采样率。
目前有种更高档的声卡采样频率可达48kHz 。
今后也许还会出现更高采样频率的声卡。
③是否采用了数字信号处理器：数字信号处理器（Digital signal Processor ，DSP ）是一块单独的专用于处理声音的处理器。
带DSP 的声卡要比不带DSP 的声卡快得多，也可以提供更好的音质和更高的速度，不带DSP 的声卡要依赖CPU 完成所有的工作，这不仅降低了计算机的速度也使音质减色不少。
④是否采用了FM 合成还是采用了波表合成技术来还原MIDI 声音：现在的声卡都支持MIDI(Music Instrument Digital Interface)标准。
MIDI 是电子乐器的统一标准。
声卡中一般两种不同的方法还原MIDI 声音。
FM 是一种用计算机合成音调模拟乐器曲调的技术。
这种技术已经比较过时了。
波表技术要比FM 合成出色，因为声卡不是用计算机的声调去合作音乐，而是在一个波表(一种内部固有的实际录音选择表)中找到它需要的乐器，再在样本的基础创作乐器的声音。
波表技术能比FM 合成创作出更好、更自然的声音。
构建基于声卡的数据采集与分析系统
构建基于声卡的数据采集与分析系统构建基于声卡的数据采集与分析系统本章详细介绍了基于声卡的数据采集与分析系统的设计与实现，包括声卡的硬件结构及特性、⽂件存储、数据回放等等。
通过本章的学习，读者可以根据⾃⼰的需要，对例程进⾏适当修改后，轻松搭建⼀套实⽤的数据采集与分析系统。
本章各节内容要点如下：【本章重点】声卡的硬件结构与特性基于声卡的数据采集软件常⽤的信号时、频分析⽅法与实现声⾳⽂件的存储与回放界⾯修饰与软件调试15.1 声卡的硬件结构与特性声卡作为语⾳信号与计算机的能⽤接⼝，其主要功能就是经过DSP（数字信号处理）⾳效芯⽚的处理，进⾏模拟信号与数字信号的转换，因此，从其功能上来看，声卡可以作为数据采集卡来使⽤。
⼀般的声卡价格⽐较低廉，⽽且LabVIEW中提供了专门⽤于声卡操作的基本函数，所以⽤声卡搭建数据采集系统⾮常⽅便。
15.1.1 声卡的基本参数作为⼀种数据采集设备，最主要的是采样位数和采样率两个参数。
⽬前市场上主流声卡是16位的，相对⼤多数采集卡12位的分辨率来讲，这⽅⾯声卡的性能⽐较⾼。
但是作为⼀种⾳频处理设备，声卡的采样率不是很⾼，普通声卡的采样率分为4档：44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz、8kHz。
对于少数专业的声卡，采样率能达到96kHz或者更⾼的192kHz等。
另外，声卡对20Hz~20kHz的⾳频信号有⽐较好的响应，⽽对这个频率范围之外的信号有很强的衰减，对于测试来讲，信号的频率最好在50Hz~10kHz范围之内。
15.1.2 声卡的硬件接⼝对于不同的声卡，其硬件接⼝有所不同，⼀般声卡有4~5个对外接⼝，Wave Out(Line Out)和SPK Out是输出接⼝，Wave Out输出的是没有经过放⼤的信号，SPK Out输出的是经过功率放⼤器放⼤后的信号，可直接接到扬声器上。
Mic In和Line In是输⼊接⼝，两者的区别在于，后者只能接⼊较弱的信号，幅值⼤约为0.02V~0.2V，这个信号较易受⼲扰，在作数据采集时常⽤Line In，它可接⼊幅值约不超过1.5V的信号。
基于声卡的数据采集实验
基于声卡的数据采集实验一、实验目的1.了解计算机声卡的相关知识；2.利用Labview中有关声卡的函数实现波形测量及存储。
二、实验设备计算机（安装有 LabVIEW软件）三、实验原理LabVIEW中提供了一系列使用Windows底层函数编写的与声卡有关的函数，程序框图“右键”→“编程”→“图像与声音”→“声音”，包括“输入”、“输出”和“文件”三个功能模块，每个部分包括若干VI函数，如图所示。
声音输出VI用于配置和控制声音输出设备。
声音输入VI用于配置和控制声音输入设备。
声音文件VI用于创建和获取PC波形文件。
声音采集模块LabVIEW程序设计是基于计算机的虚拟技术，用以模拟通用示波器的面板操作和处理功能，采用个人计算机及其接口电路来采集现场或实验信号，并通过图形用户界面(GUI)来模仿示波器的操作面板，实现信号采集、调理、分析处理和显示输出等功能。
采集模块主要由以下几部分组成：声卡设置模块、波形实时显示模块、数据采集及储存模块等。
四、实验内容1.新建VI，点击文件→保存，自定义命名为“声卡采集系统设计.vi”。
2.添加文件对话框函数，设置开始路径为默认数据目录，创建类型（所有文件）、类型标签常量控件。
3.添加打开声音文件函数，程序框图“右键”→“编程”→“图形与声音”→“声音”→“文件”，添加“打开声音文件”，选择“写入”。
4.完成配置声音输入函数。
(1)程序框图“右键”→“编程”→“图形与声音”→“声音”→“输入”，添加“配置声音输入”，放置在程序框图上；(2)创建每通道采样总数输入控件；创建采样模式输入控件；创建设备ID输入控件；创建声音格式输入控件5.新建While循环，在while循环上添加“读取声音输入”函数、“按名称解除捆绑”函数、“写入声音文件”函数，“停止按钮”。
6.添加“关闭声音文件”函数，“声音输入清零”函数和“简单错误处理器”，放置在程序框图上。
7.打开前面板，右键添加“波形图”，放置在前面板上。
基于声卡的数据采集及波形发生器设计解读
题目背景及研究意义
传统的信号发生器是由仪器生产厂家设定并定 义好功能的一个封闭结构，其产生波形的种类 和频率范围等性能参数都是由厂商预先定义好 的，用户无法改变。这种传统仪器的制造成本 一般较高，且不够灵活。随着虚拟仪器技术的 发展，人们开始采用数据采集卡和通用计算机 构成PC-DAQ系统，利用数据采集卡的D/A功 能，通过软件编程构成虚拟信号源，这种方案 具有产生波形种类多，仪器功能可以通过编程 设定，使用灵活、界面友好等诸多优点。
主要内容与基本要求为：利用声卡的A/D通 道实现电压信号的采集和测量；利用声卡的 D/A通道产生常用波形和任意波形信号，常 用波形信号包括正弦波、方波、三角波和锯 齿波，任意波形信号由公式决定；波形发生 器具有信号频率调整、波形峰-峰值调整和 直流偏移量调整功能，能够显示信号频率和 峰-峰值；要求界面友好、操作方便；讨论 声卡采样率对输出信号波形频率范围的影响；
背景与研究意义
在虚拟信号源中，数据采集卡是系统构成的一个重 要部件，数据采集也是信号分析与处理的前提，在 许多工业控制与生产状态监控中，都需要对各种物 理量进行数据采集与分析。但是，专用数据采集卡 的价格一般比较昂贵，而每台PC机几乎都配有声 卡，PC机的声卡本身就是一个廉价的双通道数据 采集卡，它同时具有A/D和D/A功能。因此，在满 足测量要求的前提下，可以充分利用计算机自身的 资源，利用声卡充当数据采集卡，完成所需的数据 采集任务，从而达到节省成本的目的。 本课题的任务就是基于声卡的A/D和D/A功能设计 音频信号的数据采集及波形发生器系统。
第一章虚拟仪器
虚拟仪器的产生。 虚拟仪器的构成。 虚拟仪器和传统仪器的对比。
第二章基于声卡数据采集系统的总体设计 方案
硬件的选择。 软件的实现。
基于声卡的数据采集系统设计
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图 3 加料过程 "#$% 3 455#’$ 6 2,()*#)7 8*.-)00 图 ! 系统界面 "#$% ! &’()*+,-) .+ (/) 010()2
C% C 数据采集程序的编写
编译、 发布为 F M M N@#75)* 是 N.*7,’5 公司开发的集开发、 一体的集成开发环境，它是一个所见即所得的软件快速开发工 具， 继承了 F M M 语言代码结构清晰、 可读性好和代码执行效率 本系 高的优点， 是开发 D#’5.E0 应用程序最为强大的工具之一。 统采用最新的 F M M N@#75)* O% P 版。 在头文件中定义了一个 <.@’5 类：
科学研究提供依据， 去 系统的运行。
解决被测物理现象所存在的问题， 并且可以修正系统参数， 监控
3 结论
采用声卡制作的数据采集系统适合于任何一台装有声卡的 计算机， 具有廉价、 方便、 稳定、 性能可靠、 精度高等优点， 它可用 于机械振动、 噪声、 语音识别、 医学、 地震等领域中动态信号的实 时采集进而进行各种分析研究。
基于声卡的数据采集系统研究
计算机与现代化 2010年第7期JIS UAN JI YU X IAN DA I H UA总第179期文章编号:1006 2475(2010)07 0159 03收稿日期:2010 02 03作者简介:刘凤(1983 ),女,重庆江津人,解放军理工大学气象学院助教,硕士,研究方向:数据采集与信号处理;刘志华(1963 ),男,湖南涟源人,副教授,硕士生导师,研究方向:自动测试技术及其应用。
基于声卡的数据采集系统研究刘 凤,刘志华,王洪涛,戴俊义(解放军理工大学气象学院,江苏南京211101)摘要:基于声卡的数据采集系统已广泛应用于工程测试与教学实践领域,适用于采集音频信号范围内的物理信号。
本文从硬件和软件角度系统地总结该系统的开发技术,包括控制器与声卡接口、声卡性能指标等硬件技术,以及采集软件开发方法,并给出基于图形化编程语言L abV IE W 开发的声卡数据采集系统实例。
最后指出该系统的可行性和局限性,为测试领域开发人员提供参考。
关键词:声卡;数据采集;接口;L ab V I E W中图分类号:T P311 文献标识码:A do:i 10.3969/.j i ssn .1006 2475.2010.07.042Research on Data Acquisition Syste m Based on Sound CardLIU Feng ,L IU Zh i hua ,WANG H ong tao ,DA I Jun y i(Instit ute o fM eteorology ,PLA U niversity of Science and T echno l ogy ,N an jing 211101,Ch i na)Ab stract :D ata acqu i s ition syste m based on sound card is w i de l y used i n eng i nee ri ng m easurement and teachi ng i m ple m entation area ,wh ich is s u itable f o r co ll ecti ng py i sica l si gnal w it h i n t he scope of audio frequency .Th is paper s mm ar i zes dev elopment te cho l ogy o f th i s syste m i n hardware and soft w are si des ,i nc l ud i ng t he i nterface bet ween controll e r and sound card ,characters o f sound card and the m ethods o f so ft wa re develop m ent techo logy on syste m.A examp l e for data acqu iti on system based on sound card is g iven i n g raph i c prog ramm i ng language L abV IE W.T he feasi bility and li m itati ons of sy stem is referred ,w hich prov i de re f erence to eng ineer i n m easure m ent area .K ey w ords :sound card ;data acquisiti on ;i n terface ;L ab V IE W0 引 言随着DSP(D ig ita l S i g na l Processor)芯片和Codec 芯片技术在音频信号采集控制、实时压缩与解压缩等领域中的广泛应用[1],计算机的声卡已成为优秀的数据采集卡,能够配合PC 机硬件资源,VC ++、VB 、Delphi 、MATLAB 、Lab V I E W 等软件开发环境构成数据采集系统,完成音频范围内(20H z~20000H z)的数据采集与信号处理[2]。
第11讲 基于声卡的数据采集
1
利用声卡组建数据采集与分析系统
计算机上都装有声卡，声卡具有对信号滤波、 计算机上都装有声卡，声卡具有对信号滤波、放大及采样 保持、 转换等功能，这些功能与数据采集卡相当。 保持、A／D和D／A转换等功能，这些功能与数据采集卡相当。 声卡用DMA(直接内存读取 方式传送数据，极大地降低 直接内存读取)方式传送数据 声卡用 直接内存读取 方式传送数据， 占用率。 16位 了CPU占用率。常用声卡可对音频信号实现双声道16位、高保 占用率 常用声卡可对音频信号实现双声道16 真的数据采集，最高采样率可达44.1kHz 44.1kHz， 真的数据采集，最高采样率可达44.1kHz，具有较高的采样频 率与精度。对于许多科学实验和工程测量来说， 率与精度。对于许多科学实验和工程测量来说，声卡对信号的 量化精度和采样率都足够高。 量化精度和采样率都足够高。甚至优于一些低档的数据采集卡 性能。 性能。 利用声卡进行A 转换、话筒输入插孔为信号输入端， 利用声卡进行A／D转换、话筒输入插孔为信号输入端，可 实现对信号的单通道、双通道采集。因此可用声卡配合相应软 实现对信号的单通道、双通道采集。 件构建信号采集系统。 件构建信号采集系统。 当然， 只适合采集音频域的信号， 当然，它只适合采集音频域的信号，即输入信号频率必须 处于20~20000Hz的音频范围内。 的音频范围内。 处于 的音频范围内
8
声卡的性能参数
衡量声卡的技术指标包括复音数量、采样频率、 衡量声卡的技术指标包括复音数量、采样频率、采样位数 复音数量 即量化精度：模拟量转换成数字量之后的数据位数) 声道数、 (即量化精度：模拟量转换成数字量之后的数据位数)、声道数、 信噪比(SNR)和总谐波失真(THD) (SNR)和总谐波失真(THD)等 信噪比(SNR)和总谐波失真(THD)等。 复音数量：代表声卡能够同时发出多少种声音。复音数越大， 复音数量：代表声卡能够同时发出多少种声音。复音数越大， 音色就越好，播放声音时可以听到的声部越多、越细腻。 音色就越好，播放声音时可以听到的声部越多、越细腻。 采样频率：每秒采集声音样本的数量。采样频率越高， 采样频率：每秒采集声音样本的数量。采样频率越高，记录的 声音波形就越准确，保真度就越高，但采样数据量相应变大， 声音波形就越准确，保真度就越高，但采样数据量相应变大， 要求的存储空间也越多。采样频率决定了频率响应范围， 要求的存储空间也越多。采样频率决定了频率响应范围，对声 音进行采样的三种标准以及采样频率分别为： 音进行采样的三种标准以及采样频率分别为：语音效果 11KHz）、音乐效果（22KHz）、高保真效果（44.1KHz）。 ）、音乐效果 ）、高保真效果 （11KHz）、音乐效果（22KHz）、高保真效果（44.1KHz）。 采样位数： 采样位数：将声音从模拟信号转化为数字信号的二进制位数 (bit)。位数越高，在定域内能表示的声波振幅的数目越多，记 。位数越高，在定域内能表示的声波振幅的数目越多， 录的音质也就越高。 录的音质也就越高。
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南京理工大学毕业设计说明书(论文)作者: 张成栋学号：0501170234学院(系):机械工程学院专业: 测控技术与仪器题目: 基于声卡的数采系统设计何云峰副教授指导者：(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)2009年5月毕业设计说明书（论文）中文摘要毕业设计说明书（论文）外文摘要目次1 引言 (1)1.1 选题背景及意义 (1)1.2 虚拟仪器技术国内外研究状况 (2)1.2.1 国外虚拟仪器研究现状 (2)1.2.2 国内虚拟仪器和基于声卡的数采系统研究现状 (4)1.3 本论文的主要工作 (5)2 数采系统各模块基本情况介绍 (6)2.1 线圈靶测速传感器 (6)2.2 声卡介绍 (6)2.2.1 声卡的分类 (6)2.2.2 AC97规范 (7)2.2.3 声卡的结构 (8)2.2.4 声卡的工作原理 (9)2.2.5 声卡的主要技术参数 (9)2.3 LabVIEW编程环境介绍 (10)2.3.1 LabVIEW简介 (10)2.3.2 LabVIEW编程环境 (11)3 基于声卡的数采系统平台 (12)3.1 概述 (12)3.2 硬件平台 (12)3.3 软件平台 (14)3.3.1 开发环境 (14)3.3.2 软件模块组成 (15)3.3.3 声卡设置模块 (16)3.3.6 触发控制 (21)3.3.7 滤波模块 (22)3.3.8 进行数据采集前的试验准备 (25)4 线圈靶测速实验 (27)4.1 测速系统组成及工作原理 (27)4.1.1 测速系统组成 (27)4.1.2 测速系统工作原理 (27)4.2 实验数据记录 (28)4.3 实验结果分析 (30)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)1 引言1.1 选题背景及意义随着现代科学技术和社会生产的飞速发展，数据采集技术已经广泛应用于工业生产、科学研究、工程测试等各种场合。
数据采集的主要任务是将被测对象的各种参数，经过模/数转换后送入计算机，并对采集的信号做相应的处理。
一般的计算机数据采集系统包括：传感器、信号调理电路、数据采集卡和控制软件等。
其中，数据采集卡是整个数据采集系统中至关重要的一部分，其性能的优劣直接影响到采集的结果。
目前市售的数据采集卡都包含了完整的数据采集电路和计算机接口电路，但其价格与性能基本成正比，一般都比较昂贵。
主要技术指标包括：采样位数、采样率，转换速度等。
【2】声卡是目前计算机中非常常见的一个组件，基本每台个人计算机上都单独配置或集成了一块声卡，它是多媒体系统的标准配置。
随着DSP（数字信号处理）技术走向成熟，PC声卡本身就成为一个优秀的数据采集系统，它同时具有A/D 和D/A转换功能，不近价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、灵活通用。
而且声卡采用DMA（直接内存读取）方式传送数据，极大地降低了CPU的占用率。
一般声卡16位的A/D转换精度，比通常12位A/D卡的精度高，这对于许多工程测量和科学实验来说都是足够高的，而其价格却比后者便宜得多。
表1.1.1中，对目前使用率较高、由美国国家仪器公司（NI）出品的USB-6008数据采集卡，与普通计算机上集成的AC97声卡，在主要技术指标和价格上进行了比较。
表1.1.1 USB-6008数据采集卡于声卡比较由表1.1.1可见，一块具有12bit/10kHz采样率的8通道数据采集卡，虽然能够满足多种应用需要，但与计算机声卡相比其价格昂贵，同时许多功能在具体的应用场合并不使用，造成资源浪费。
而计算机声卡具有16bit/44kHz信号采样率，在许多领域能够满足数据采集与分析需要,个别性能指标还优于商用数据采集卡,而且价格十分便宜，已经成为计算机的标准配置。
基于声卡的数据采集系统适合于任何一台装有声卡的计算机，具有廉价、方便、稳定、性能可靠等优点，配置多块声卡可构成高信噪比的多通道系统。
因此，其在自动化控制、医疗、电力、教学等许多领域已经得到了深入研究和广泛应用。
1.2 虚拟仪器技术国内外研究状况1.2.1 国外虚拟仪器研究现状电子仪器发展至今，大体可分为如图1.2.1中四个时代。
模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。
图1.2.1 电子仪器发展历程(1)第一代模拟仪器18世纪末至20世纪初，科学家在发现描述物理现象的定律之后，发明了基于物理定律的模拟式仪表。
早期的基于物理定律的模拟式仪表，最典型的有伏特表、安培表、功率表、压力表和测温仪以及随后发明的电桥、电位差计等磁电式模拟仪表。
(2)第二代数字化仪器20世纪50至60年代出现晶体管时，便产生了以电子管或品体管电子电路为基础的第二代测试仪器——分立元件式仪器。
如数字电压表、数字电流表、数字频率计、数显表、记忆示波器等是第二代数字式测量仪器的典型代表。
(3)第三代智能仪器在数字式仪器中置人微处理器，将计算机技术与仪器仪表技术紧密结合，使仪器具有数据存贮、数据处理(即运算)、逻辑判断、自动选程、自动补偿、仪器自检等功能，这类仪器称为智能仪器。
其缺点是它的功能块全部都以硬件(或固化的软件)的形式存在，无论对开发还是针对应用，都缺乏灵活件。
为此，一种新的仪器模式不仅成为仪器仪表领域中的需要，而且呼之欲出。
(4)第四代虚拟仪器20世纪80年代中期，随着计算机技术与电子技术的飞速发展，在以计算机为平台的测控仪器中软件和总线的作用日益突出，测试仪器的物理功能越来越多，对计算功能的要求越来越强，传统的硬件化仪器的固有缺点(如封闭性、缺乏灵活性、响应速度慢等)已使它越来越不能满足测试仪器功能日益强大的要求，因此用软件取代硬件便成为仪器仪表领域的一个迫切需要解决的问题；同时，因为被测对象的频率范围越来越宽，因此要求总线具有相应的高速数据传输能力和灵活的扩展性能。
计算机总线技术、软件技术及相关技术的发展，使得微机在计算机仪器上的作用远远超出了计算机仪器发展初期主要是用来完成控制的范围。
特别是近10年来出现的数字信号处理器(DSP)，它与微机软件相结合将产生强大的计算与控制能力，这使其在一定的实时性要求下取代了许多原来由硬件完成的功能并能完成许多硬件不能胜任的功能，这标志着“软件即仪器”时代的到来。
正是由于微电子技术和计算机技术飞速发展，一种全新的仪器结构概念导致了新一代仪器——虚拟仪器的出现。
它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是仪器产业发展的一个重要方向。
国外的仪器产业早在上个世纪80年代末就开始了虚拟仪器的研究工作。
在90年代以美国国家仪器公司(NI)，Motorola公司等著名企业为代表，开始了仪器产业从数字化仪器、智能仪器向虚拟仪器的过渡。
1986年美国国家仪器公司第一次正式推出了虚拟仪器的概念。
到1997年9月1日，NI发布了一种全新的开放性、模块化仪器总线规范一一PXI为止，按照测控功能硬件的不同，业界已经存在GPIB、VXI、PC-DAQ、和PXI四种标准虚拟仪器硬件体系结构。
从1990年开始，国际上陆续有虚拟仪器面市。
此后，虚拟仪器产品成倍增加，到1994年底，虚拟仪器制造厂已达95家，共生产1000种虚拟仪器产品，销售额达3亿美元。
生产虚拟仪器的主要厂家有HP公司(目前生产100多种型号的虚拟仪器)，Tektronix公司(目前生产80多种型号的虚拟仪器)，Aglent公司(目前生产60多种型号的虚拟仪器)。
目前，这些厂家的产品已经进入我国市场。
1.2.2 国内虚拟仪器和基于声卡的数采系统研究现状（1）国内虚拟仪器研究现状虚拟仪器在国内的现状和发展态势不容乐观。
由于虚拟仪器是随着传统电子测控技术、计算机技术和通讯技术不断发展、不断完善而产生的一项综合性结构化电子测量与控制技术。
而我国计算机、通信及电子产业的发展和欧美国家相比呈相对滞后的地位，因而决定了我国虚拟仪器产业底子薄，缺少必要的软硬件技术支持，起步较晚，发展缓慢的特点，直到上世纪九十年代中后期虚拟仪器这一概念才逐渐的被引入到我国的计算机应用行业中。
先天的不足使得我国的虚拟仪器行业还处在起步阶段。
近几年来，国内已有部分高等院校的实验室引进了虚拟仪器系统，并在此基础上，又开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。
其中，华中理工大学机械学院工程测试实验室将其开发成果在网上公开展示。
清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，使用方便、灵活，用于汽车发动机的出厂检验。
主要检测发动机的功率特性、负载特性等。
一台发动机检测完成后，就可以打印出完整的检测报告。
此外，国内已有几家企业在研制PC虚拟仪器，哈工大仪器王电子有限公司的产品已达到一定得批量。
其主要产品有：数字存储示波器、任意波形发生器、多通道打容量波形记录仪等。
北京中科泛华测控技术有限公司开发的汽车传感器测试系统，应用于汽车传感器生产线测试。
国内专家预测：在未来的几年内，我国将有50%的仪器为虚拟仪器，国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。
随着计算机技术的发展，虚拟仪器将会逐步取代传统仪器，进而成为主流。
虚拟仪器技术的提出与发展，标志着21世纪自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。
（2）基于声卡的数采系统国内研究现状虽说NI公司很早提出了“软件就是仪器”的概念，然而真正使这一概念完美实现的是基于声卡的虚拟仪器技术。
这一技术使得我们的工作如此简便，带上笔记本电脑和所需要的传感器即可进行信号测试与分析工作。
应用这一技术所设计的虚拟仪器主要是由软件和计算机组成，因此又可称为“软件仪器”。
虚拟仪器的核心部件是数据采集板(A/D)，随着计算机技术的飞速发展，需多计算机公司最新推出超小型笔记本电脑，整机重量不到0.9Kg，体积上并不比PDA大多少性能却十分强大。
配置有AC97声卡，屏幕显示十分清晰，电池最大续航时间可7个小时，特别适合于户外携带和应用。
同时Intel公司2004年初发布了音频芯片新规格(Azalia)，计算机声卡将具有更高的性能，支持32bit/192KHz信号采样率。
因此，未来的虚拟仪器将会提供更为优异的性能，并且得到更为广阔的应用。
近些年来，国内已有不少科研和工程技术人员利用声卡替代数据采集卡，构建了数据采集系统。
比如：华南师范大学的王珍宁利用声卡和网络技术，实现了远程数据采集；江苏大学的胡川利用声卡实现了多通道的信号采集与处理系统；上海理工大学的蒋帅锋，通过实验给出了基于声卡的数据采集系统在不同采样率下的相对误差。
可见，基于声卡的数据采集系统在中等采样率，可以提供一个较高的采样精度。
因此，其在自动化控制、医疗、电力、教学等许多领域已经得到了广泛地应用。
1.3 本论文的主要工作本论文主要是利用计算机声卡代替数据采集卡，组建了一套基于声卡的数据采集系统。