虚拟仪器大作业基于声卡的数据采集
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LabVIEW和声卡的音频信号采集与分析系统设计
替传 统仪 器 的某 些 硬 件 ， 而 使 传统 仪 器 中 的一 从
些硬 件甚 至整 台 仪器 从 系统 中 消失 ， 由计 算 机 而 的软 件资 源来 完成 它们 的功能 。利 用计算 机设 计 实现 的虚 拟仪 器 与传 统 仪 器有 很 大 的差 别 ， 统 传 仪器 都有 固定 的功 能 ， 由仪 器生 产厂 商定 义 ， 而虚
置 。示波 器 的前 面 板 中包 含 实 时波 形 显 示 窗 口， 可 以显示 实时采 样 波形 和滤 波后 信号 波形 及加 窗
还 可随时 通过修 改计 算机 软件 ， 改变 仪器 的功 能 。 所 以说虚 拟仪 器是 未来仪 表仪 器发 展 的一个重 要
方 向 。
利 用 普 通 声 卡 作 为 数 据 采 集 卡 ， Ｌ ｂ 以 ａ— ＶＩ ｗ 作 为软 件 开 发平 台 ， 建 一套 音频 信 号 测 Ｅ 搭
第２ ４卷
第 ５期
大
学物ຫໍສະໝຸດ 理实验 Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ５ １２ ． ０ｃ ．２ １ ｔ Ｏ１
２１ ０ １年 ｌ Ｏ月
ＰＨ ＹＳ ＣＡＩ ＸＰＥＲＩ ＥＮＴ ０Ｆ Ｃ Ｉ Ｅ Ｍ ０ＬＬＥ ＧＥ
文 章 编 号 ： ｏ ７２ ３ （ ０ １ ０ —０ ６０ ｌ ｏ — ９ ４ ２ １ ） ５０ ７ — ３
信号 采集 领域 更是 被视 为一 个标 准的数 据采集 和 仪器 控 制 软 件 。美 国 的 许 多 大 学 已 经 将 Ｌ ｂ ａ—
ＶＩ Ｗ 作 为必 须 的 教学 内容 ， 为工 程 师素 质 培 Ｅ 成 养 的一个 方 面＿ 。 ４ ］ 大部 分虚 拟仪 器都 是基 于数 据采 集 卡 ， ＮＩ 如 公 司 的 Ｅ 系列 数 据 采 集 卡 、 华 的 数 据 采 集 卡 研 等 ， 些卡 价 格 均 比较 昂贵 。在 采样 频 率 要 求 不 这 高 的情 况 下 ， 普 通 的 计算 机 声 卡 代 替商 用 数 据 用
基于LabVIEW和声卡的数据采集同步控制系统
系统可以实现 3 个基本功能： 反射声信号的实时采集存 储、控制电磁阀开闭产生脉冲射流以及数据采集和脉冲射流喷 射的同步控制。反射声信号的实时采集存储是通过 LabVIEW 编程结合声卡、信号调理装置和传声器来实现的。通过编程可 以选择数据采集 开 始 的 时 间、采 样 率 和 采 样 点 数，使 数 据 采 集 能够配合脉冲射流喷射时间。为了将从同步信号发出到脉冲 射流喷射之间的延迟时间控制在 50 ms 左右，系统首先通过 LabVIEW 编程结合声卡输出周期变频率信号，经过 F / V 转换电 路把周期变频率信号转换成周期方波电平信号再驱动固态继 电器控制电磁阀开闭产生脉冲射流。 2 同步控制系统硬件组成 2． 1 数据采集系统硬件组成
83
制信号可以通过声卡的耳机通道进行输出。用 PC 机内部集成 的声卡代替一些低档的数据采集装置实现声音数据采集功能 和输出电磁阀控制信号功能可以降低系统成本。
传声器的作用是将反射声信号转换成电信号，系统采用 ZL － 301 型声音传感器，该声音传感器不仅具有较高的稳定性和 较宽的频率响应范围 （ 16 Hz ～ 100 kHz） ，而且具有防水的功 能。麦克风与相配套的 PM10B － 12 外置信号调理装置一起使 用，能 够 不 失 真 地 采 集 水 射 流 反 射 声 信 号 并 通 过 声 卡 传 送 到 PC 机内。 2． 2 电磁阀控制系统硬件组成
从而快速可靠地关断电磁阀，控制硬件电路图见如图 2 所示。
图 2 控制系统电路图
3 同步控制系统软件设计
3． 1 电磁阀控制信号产生与输出程序
要实现 F / V 转换芯片 LM2907 输出周期方波控制信号，声
卡输出的控制信号必须是变频率信号。与方波电平的高低电
基于USB声卡的数据采集器设计与应用
过 快 ， 保 持 温 度 不 变 的 时 间 很 短 ， 则 可 能 来 不 及 记 ＲＬ 的 移 相 实 验 等 实例 ， 实 现 了 现 代 教 育 技术 与科 学
录数 据 ， 使绘 制 的温度 变 化 曲线不 能 清 晰地显 示水 实 验 教 学 的 有 效 整 合 。
平 段 ， 导 致 无 法 得 出 此 晶 体 的 熔 点 。 本 实 验 中 ， 采 用 传 统 实 验 仪 器 （ 图 ３ ） 但 使 用 温 度 传 感 器 代替 如 ， 煤 油 温 度 计 测量 樟 脑 丸 （ ０ ６ ）熔 化 过 程 的 温 Ｃｌ Ｈ １ Ｏ 感器 把温度 值转 化为 电信号 ，这个信 号是 缓变信号 ， 直 接 用 声 卡 是无 法 采 集 的 。 因 此 ，需 要 应 用 基于 ＵＳＢ 声 卡 的 数 据 采 集 器 ， 运 行 其 应 用 程 序 ， 选 用 “ 流 直 采 集 ”功 能， 设 定系 统定 时 记录 温度 数据 ， 就 能 自
的 功 能 进 行 数 据 处 理 ， 则 可 留 下 更 多 的 课 堂 时 间 进 行 图 线 的 分 析 或 开 展 新 实 验 。 又 如 ， 在 探 究 晶 体 与
基 于声 卡 的虚 拟 示波 器软 件 设计 【 】 计 算机 应用 与 Ｊ．
软件 ， Ｏ ７ ２ ３ ． ２ Ｏ ， ４（ ）
华南师范大学物理与 电信
图线， 由此可 大大 提 高课 堂演 示 实验 的数 量 、质 量
与 效率 。
剖ｌ
擅煎墼 冀
１ ８ ２ ０ ０ ０８ ０ ９ ７－ ５
．
圈 三ｅ用 ．。 ． ｄｏ ｕｎ
当数 据 采集 完 毕 后 ， “ 据 处 理 ” 和 “ 史 回放 ” 数 历 功 能 被 自动 触 发 。 “ 据 处 理 ” 中设 有 线 性 拟 合 、 指 数 数 拟 合 等 多 种 拟 合 方 式 可 供 选 择 ， 并 自动 显 示 拟 合 后 的 数 据 和 结 果 。 在 “ 史 回放 ” 选 项 卡 中用 户 则 一 历 可 选 择 回 放 任 何 已 保 存 的 波 形 文 件 ， 用 做 进 一 步 的
基于声卡的虚拟仪器及其在声速测定实验中的应用
虚 拟仪器 是利用 计 算 机硬 件 资源 、 准 数 字 电路 标 以及计 算机软 件资源 ， 经过 有针对性 的开 发测试 ， 使之
１ 基 于 声 卡 的虚 拟 仪 器 的 实 现
声卡作 为语 音信 号 与计 算 机 的通 用接 口， 主 要 其 功 能是实 现声波 与数字信 号相互 转换 的硬件 电路 。声 卡上 有数模 转换 器 （ ＡＣ 和 模数 转换 器 （ Ｃ） 输 入 Ｄ ） ＡＤ ，
ｂ ｓ ｄｏ ｏ ｎ ａｄ ａ ｅ ｎ ｓ ｕ ｄ ｃ ｒ ．Ｕｓｎ ｈ ｓｖ ｒｕ ｌ ｎ ｔｕ ｎ ａ ａ ｕ ｅｔ ｅ ｓ ｕ ｄ ｖ ｌ ｃｔ ｔ ｅ ｏ ａ ｔｐ ｐ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｇ ｔ ｉ ｉｔ ａ ｉ ｓ ｒ ｍｅ ｔｃ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｈ ｏ ｎ ｅｏ ｉ ｗｉ ｒ ｓ ｎ ｎ ｉ ｅ ｎ ｈ ｙ ｈ
（ ｐａ ｔ ｅ ｔｏｆＰｈｙ ｉｓ ａ ｄ Ｅｌ ｃ ｒ ｎｉ ｇｉ ｅ ｉｇ， Ｈ ａ ｓ ｎ Ｎ ｏ ｍ ａ Ｄｅ ｒｍ ｎ ｓｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｃ Ｅｎ ｎｅ ｒｎ ｎ ｈａ ｒ ｌ Ｕ ｎｉ ｒ ｉｙ， Ｃｈａ ｚ ｏｕ ５２１ ｖｅ ｓｔ ｏｈ ０４１，Ｃｈｉａ） ｎ
测 声 速 的 精度 。 关 键 词 ： 卡 ； 拟 仪 器 ； 速 ； 鸣管 声 虚 声 共 中图 分 类 号 ： ４ ３ ； Ｐ ９ ０ —３ Ｔ ３ １ 文 献标 志 码 ： Ｂ 文 章编 号 ：１ ０ ９ ６ ２ １ ） ８ ０ ９ — ３ ０ ２４ ５ （ ０ ０ ０ ０ ４ ０
基于声卡 的虚拟仪器及其在声速 测 定 实验 中的应 用
黄 贤群 ，刘秋 武 ， 张 庆
（ 山 师 范 学院 物 理 与 电子 工程 系 ，广 东 潮 州 ５ １ ４ ） 韩 ２ ０ １
基于声卡的虚拟仪器开发及其在教学中的应用
质。
新 机遇 ， 培养 高素质 的专业 人 才和科 技人 才 ， 是摆 在我
们 面前亟 需完成 的一项新 任务 。
为适 应这种 形 势 ， 在课 程教 学 中 ， 尤其 是 在 电子类 课程中， 必须让 学员 在 巩 固理 论 知 识 的基 础上 联 系 实 际， 不仅要 让学员 了解 和熟 悉传 统仪 器 ， 能够 通过 软 还 件 自己动 手创建 自己 的虚 拟 仪 器 ， 这样 可 以更 好 地 培
ｍｅ ｔｔ ｎ， ｏ ｄ ｏ ｅ ａ ｌｔ ｎ ｏ ｐ ｉｅ Ｉ ａ ｅ ｄ ｌ ｐ ｉ ｄ ｉ ｅ ｃ ｉ ｇ ｏ ｉｔ ａ ｎｓｒ ｍｅ ｔｅ ｕ ｓ ． ｎ ａｉ ｇ ｏ ｐ ｒ ｂｉ ｙ ａ ｄ ｌｗ ｒｃ ． ｔｈ ｓｂｅ ｎ ｗｉ ｅｙ ａ ｐｌ ｎ ｔａ ｈ ｎ ｆｖｒｕ ｌｉ ｔ ｏ ｉ ｅ ｕ ｎ ｏ ｒｅ Ａｎ ， ｏ ｆｍａｅ ｉ ｓ ａｓ ｒ ｖ ｄ ｄ ｆｒ ｔ ｏ ｓｒ ｃ ｉｎ ｏ ｉ ｕ ｌｌ ｂ ｒ ｔ ｒ ． ｄ ａ ｌ ｔｏ ｔ ｒａ ｉ ｌｏ ｐ ｏ ｉ ｅ ｏ ｈｅ ｃ ｎ ｔ ｔｏ ｆｖ ｒ ａ ａ ｏ ａｏ ｙ ｌ ｕ ｔ
特点 ， 在虚 拟仪 器课程 的教 学 中得 到 了广 泛应 用 ， 为虚 拟 实验 室的建 设提供 了大量 素材 。 也
关键词 ： 声卡 ； 拟仪 器 ； 拟 实验 室 ； 虚 虚 数据 采 集 ； 数据 处理 中图分 类号 ：４ ；Ｎ １ ． 文献标 识码 ： 文章 编号 ：０ ０—８ ２ （ ０ ９ ０ Ｃ ５ Ｔ ９９５ Ａ １０ ８ ９ ２ ０ ） ９—０ ７ ０ ０ ７－ ３
基于声卡和Labview的虚拟仪器研制
１ 引 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在物理电子实验和测试技术 中，经常涉及到波形的产生和显示 等 ，一般 需要大量的信 号发生器和测试设备 购买设备需要大量的 ’ 经 赘， 而 且设 备 的维 护 和维 修 也 需 花 爨 大 量 的 人 力和 财 力，而 基 于 Ｌ ｂ ｉ 的虚拟 仪器很好地解 决了这 一 ａ ｖｅ ｗ 问题。 虚拟仪器是束米仪器发展的方向，所谓虚拟仪器 （ｖ ）利用数 １， 掘 采集卡和专用软件构成的功 能强灵活性高 的新型仪器系统，虚拟 仪器具有普通仪器的基＿ 功能又具有一般仪器所没有的特殊 功能的 奉 新型仪器，虚拟仪器的而板直接 ÷ Ｐ 机的屏幕 ，仪器的操 在 算 作通过鼠标选 中玎同的按钮米 实现的 但 号用数据采集卡价格 昂 贵 ．实验室 能普及。ｍ声卡件为多媒体计算机最基本的硬件已被 ７ 泛应， ，利用 声卡进 采样和输 ｝ ， 需要 购买专 门的数据采集 一 ［ ＝ ｝ ｝ Ｈ 卡，价格低廉，件能稳定，用．６何的 声卡来采集 数据 ，其精度 比 １ 通 常市售的 ｌ 付 Ａ Ｄ 数掘采集卡要高，完仓能够满足教学实验 需 ２ Ｉ 要 。小 文 研制 了 皋 ｊｆ 和 Ｌ ｂ ｉｗ 的 虚拟 信 号 发 生 器和 波 形 示 并卡 ａ ｖｅ
维普资讯
经验
文章编号： １ ７ －０ １２ ０ ） ３０ ８ －２ ６ １１ ４ （０ ７ ０ － ０ ２ ０
数据采集实验报告
数据采集实验报告篇一：数据采集实验报告中国石油大学（北京）实验报告实验名称：基于声卡的数据采集班级：过程10-4班学号：2010032221 姓名：夏亚康成绩：实验日期：2013年1 月 4 日一、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-20 kHz)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。
虚拟仪器实验指导书2011(实验三四)
实验三声音信号采集实验一、实验目的：1、学习LabVIEW数据采样的方法；2、掌握LabVIEW声音采样程序编制方法，熟悉文件存取的控制手段与方法。
二、实验内容：声音信号的数据采样及声音文件的存储；三、实验原理：利用LabVIEW提供的声音控件，设计一个基于声卡的声音信号采集程序，通过麦克将外部的语音信号转化为模拟电信号，再经由声卡作为模拟电信号采集卡，并将转化后的数字信号传送到微机，经LabVIEW程序控制完成音频信号的采集工作。
四、实验步骤：1、准备工具：要求必须具有声卡并正确安装声卡驱动程序的微机一台；与声卡兼容的麦克风一支、耳机或音响。
2、声音信号的数据采样及声音文件的存储程序编制图3-1声音采样程序前面板1）如图3-1所示搭建声音采样程序前面板。
录音、暂停、停止录音三个按钮为布尔型控制器（Boolean Control）；音质、采样频率、采样位数为打包的声音格式控件（SoundFormat Control），在控件（All Controls）\选择控件（Selecta VI）即可打开文件选择对话框，在LabVIEW的安装目录下\Vi.lib\Sound\Lvsound.lib打开此lib文件，此时会打开一个控件选择对话框，从中选择声音格式控件（SoundFormat.Ctl），打开后即为此声音控件。
样式如图3-2所示，可修改为图3-1所示形式。
缓存区大小为数值型控件，在图3-2 声音控件控件（All Controls）»经典（Classic Controls）»经典数值（Classic Numeric）下可以找到。
2）程序框图如图3-3所示，此框图完成声音的录入工作。
框图中所用的函数介绍如下：配置声音输入（SI Config）a)功能:该函数的主要功能是为声音输入配置以硬件声音输入设备。
b)端子介绍:A.设备（device）：是指在Windows 2000/NT/XP上用于声音存取操作的一个输入设备。
基于声卡的数据采集系统设计
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基于声卡的数据采集
MIDI接口：略
LabVIEW中有关声卡的函数简介
获取声音波形数据低级VI 模块示例
用蜂鸣器发声测试
蜂鸣器
获取声音波 形数据高级 VI 模块
读波形 输出声音波 形数据高级 VI 模块 声音信号输入
本章学习内容
• 声卡简介 • LabVIEW中有关声卡的函数简介 • 应用声卡作为模入、模出器件
声卡简介
从数据采集的角度来看，声卡是一种音频范围内的 数据采集卡，是计算机与外部的模拟量环境联系的重要途 径。如果测量对象的频率在音频范围，而且对指标又没有 太高要求，就可以考虑使用声卡进行数据采集。
通过声卡，人们可以将来自话筒、收录机等外部音 源的声音录入计算机，并转换成数字文件进行存储和编辑 等操作；人们也可以将数字文件还原成声音信号，通过扬 声器回放，例如为电子游戏配音，以及播放CD、VCD、 DVD、MP3和卡拉OK等。
声卡的主要功能
• 录制与播放
将音频信号转换为数字信号，或将数字信号转换为模拟音频信 号，进行录音或播放操作。在录制和播放过程中，不仅要进行A/D 和D/A转换，还要进行压缩和解压缩处理。
• 编辑与合成处理
通过对声音文件进行多种特技效果的处理，包括加入回声、倒 放、淡入淡出、往返放音以及左右两个声道交叉放音等，可以实现 对 声音信号信息 声音信号输出
• MIDI接口
通过MIDI接口和波表合成，可以记录和回放各种接近真实乐器 原声的音乐。
Line In Mic In Line Out SPK Out
MIDI In
声卡的硬件结构
A/D DSP D/A
计算机虚拟仪器环境LaBVIEW下语音信号的采集
Ｉ 、 ｃ ｖＸ等 软 件 标 准 的 库 函 数 ，是 一 个 功 能 强 大 且 灵 活 的 软 数据 的连 续 性 ．循 环 利 用 １０ ｓ 时 以 降低 循 环 的 频 度 ．减 少 ＰＡ ｔｅ ｉ ２ｍ 延
件。 ２Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 环 境 下 的 语 音信 号 采 集 ．ａ Ｖ Ｅ
利 于 观 察 和 使 用 实 现 语 音 识 别 算 法 有 许 多 参 数 需 要 设 置 ． 在 Ｌ ｂ ＩＷ Ａ 面 板 中 可 以非 常 容 易 的输 人 或 修 改相 应 的参 数 。 ａＶ Ｅ Ｖ 例 如对 声 卡 参 数 的设 置 、ห้องสมุดไป่ตู้音 采 样 参 数 的设 置 等 等 。 语
据采 集 、 ＰＢ、 口控 制 、 据 分 析 、 据 显 示 及 数据 存 储 ， 等 。 样 频 率 １０ ５ ｚ ＧＩ 串 数 数 等 １２ Ｈ ．缓 冲 区 长 度 为 默 认 值 ８９ １２字 节 ； ｔ ｔ 知 Ｓ Ｓａ 通 Ｉ ｒ ＳＲａ Ｉ Ｌｂ ＩＷ 也 有 传 统 的 程 序 调 试 工 具 ． 设 置 断 点 、 ａ ＶＥ 如 以动 画 方 式 声 卡 开 始 采 集 外 部 数 据 ； ｅｄ将 数 据缓 冲 区 中 的 内容 读 取 到 显示 数 据 及 其 子 程 序 的 结 果 、 步 执 行 等 等 ． 于 程 序 的调 试 。 用 户 程 序 的 数 组 中 ． 次 可 读 取缓 冲 区 长 度 的 一 半 ｆ０ ６字 节 １ 单 便 一 ４９ ； Ｓ Ｓ Ｃｅｒ Ｉ 用 户 可 以借 助 Ｌ ｂ ｌ Ｗ 提 供 的 软 件 环 境 、ａＶ Ｅ Ｒ ａ— ｉ Ｓ ｔＤ通 知 声 卡 停 止 采集 外 部 数 据 ； ｌａ 完 成 最 终 的 清 理 工 ａＶ Ｅ Ｌ ｂ ＩＷ ｅｌＴｍｅ Ｉ ｏ
基于LabVIEW和USB声卡的直流信号采集设计
低 通 数 字 滤 波 器 ，当 直 流信 号 经 过 滤 波 器 后 会 完
全 被 滤 掉 。鉴 于 这 一 情 况 ，本 文 调 用 外 部 Ａ Ｃ Ｄ 对 直 流 信 号 进 行采 集 ，含 有 直 流信 号 的数 据 由Ｉ 总 ２ Ｓ 线 从 外部 传 送Ｃ ０ 。Ｉ 总 线拥 有 ３ 数 据线 进 行 Ｍ１ ８ ２ Ｓ 条 传 输 ：１ 双 向数 据传 输线 ．１ 条 条命 令 选 择线 和 １ 条
软件 中有现 成 的驱 动 程序 ，使用 起 来 也 十分 方 便 。 但 是 无论 是 电脑声 卡还 是Ｕ Ｂ 卡 ，都 只能 接受 音 Ｓ声 频 范 围 ｆ０ ｚ ２ ｋＨ ）内 的交 流 信 号 ，不 能 对 直 ２ Ｈ ～０ ｚ 流信 号 进行 采 集 。这 是 声 卡 代 替 专 用 的数 据 采 集
图６ 三 角 波 混频 信 号 波形
４ 结束 语
本 文 设 计 基 于 虚 拟 仪 器 环 境 下 ，采 用 Ｌ ｂ ａ． ＶＥ ＩＷ语 言 编 写Ｐ 机 的信 号 采集 程序 ，结合 Ｕ Ｂ Ｃ Ｓ 声
卡 芯 片 Ｃ ０ ，利 用ＩＳ 线 通 过 硬 件设 置 扩展 了 Ｍ１ ８ ２总
到 三角 波形 向上平 移 了０１ ．Ｖ．说 明实现 了混 频三 角 波信 号 的直 流成 分 的采 集 。
／＼ 、 ＼／
厂 ＼ ＼ ＼． ，
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．
／ ，’ 、 ’ ＼ ， － － ｆ， ￣３ －
（）改进 Ｕ Ｂ 卡 采 集 的 信 号 ｂ Ｓ声
号 ．运 行 虚 拟 示波 器 程 序 ，观察 Ｐ 机 上 显 示 的 波 Ｃ
（ ０１ 直 流 电 压信 号 ａ ． ）－ Ｖ的 （）＋ ．Ｖ的 直流 电压 信 号 ｂ ０１
基于虚拟仪器技术的音频信号采集与处理
仪
表 技 术 与 传 感 器
２ ２ Ｏ１ Ｎｏ ．７
第 ７期
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔｕ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｅ ｓ ｒ
基 于虚 拟仪 器 技 术 的音频 信 号 采集 与处 理
全 晓莉 周 南权 余 ， ， Nhomakorabea度 高、 定 、 稳 性能可靠 、 易操作 ， 而且也能够实现声卡设计频率范围 内的一般数据采 集。基 于声卡的 ， 尤其是声卡 与虚拟仪
器相结合的信号采集技 术在工程测试测量以及教学实践领域 中具有广阔的应用前景 。 关键词 ： 声卡； 音频信号 ； 数据采集 ； 虚拟仪 器
中 图 分 类 号 ：Ｎ １． Ｔ ９ １６ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ２—１４ （０ ２ ０ ０ ３ １０ ８ １ ２ １ ）７— ０ ２—０ ３
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｎ ａ ｄ ｏ ｓｇ ａ ｃ ｕｓｔ ｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｓ ｓ ｍ ｔ ｏ ｃ ｓ ｎ ｉｈ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｗ ｓ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｔ ｋｎ ａ — ｓ ｒ ｃ ： ｕ ｉ ｉｎ ｌａ ｑ ｉｉ ｏ ｎ ｎ ｌｓｓ ｙ ｔ ｗｉ ｌｗ— ｏ ｔａ ｄ ｈｇ ｅｆ ｍａ ｃ ａ ｅ ｅｏ ｅ ， ａ ｉ ｇ Ｌ ｂ ｉ ｅ ｈ ｏ
（． １ 重庆理 工大学 电子信 息与 自动化学 院， 重庆
丽
４０ ２ ） ０ ０ １
４ ０５ ； ． ０ ０ ４ ２ 重庆航天职业技术学院电子工程系， 重庆
摘要 ： Ｌ ｂ ＩＷ 为软件开发平 台， 用计算机 声卡作为硬件 平 台， 计开发 了一种低 成本 高性 能的音频信 号采 集 以 ａＶ Ｅ 使 设 分析 系统。该 系统具有对音频信号的采集 、 实时动 态显示 、 分析处理 、 存储和播放 等功能。 实际应 用表 明， 系统 不仅 精 该
基于声卡的虚拟示波器设计
基于声卡的虚拟示波器设计简介虚拟示波器是一种利用计算机和声卡技术实现的数字示波器。
它能够通过声卡接口获取来自外部电路或信号源的电压信号，并将其以波形图的形式显示在计算机屏幕上。
基于声卡的虚拟示波器设计是利用计算机的声音输入功能，通过软件实现示波器的功能，相比于传统示波器，具有成本低、便携性高等优势。
本文将介绍基于声卡的虚拟示波器的设计原理和实现方法，包括硬件连接、软件设计和数据处理等方面的内容。
设计原理硬件连接基于声卡的虚拟示波器的硬件连接较为简单，只需要将待测电路的信号源连接到计算机的麦克风输入口即可。
可以使用插头与插孔连接，或者使用万用表等测试设备进行连接。
软件设计基于声卡的虚拟示波器的软件设计分为两个部分：数据采集和波形显示。
数据采集数据采集是基于声卡的虚拟示波器的核心功能。
首先，需要使用合适的编程语言或软件工具进行声卡的控制和数据采集。
具体的步骤如下：1.打开声卡设备接口，配置采样率和位深等参数。
2.开始采集数据，并将采集到的数据保存到缓冲区中。
3.对缓冲区中的数据进行处理，如滤波、放大等。
波形显示波形显示是基于声卡的虚拟示波器的另一个重要功能。
在数据采集结束后，可以对采集到的数据进行波形显示。
具体的步骤如下：1.对采集到的数据进行幅值归一化，将其转换为屏幕上的像素值。
2.绘制波形图，将归一化后的数据以波形的形式显示在屏幕上。
实现方法硬件准备基于声卡的虚拟示波器的硬件准备比较简单，只需要一台计算机和一根连接电路信号源和计算机麦克风输入口的线缆即可。
软件实现基于声卡的虚拟示波器的软件实现可以使用各种编程语言和软件工具。
下面以Python语言为例，介绍一种简单的实现方法。
import sounddevice as sdimport numpy as npimport matplotlib.pyplot as plt# 设置采样率和采样时间fs = 44100 # 采样率duration = 5 # 采样时间# 采集数据samples = sd.rec(int(fs * duration), samplerate=fs, channels=1)sd.wait() # 等待数据采集完成# 归一化并转换为整型数据samples = np.int32(samples * (2 ** 31 - 1))# 绘制波形图plt.plot(samples)plt.xlabel('Time')plt.ylabel('Amplitude')plt.show()以上代码使用了Python的sounddevice库进行声卡的数据采集，然后使用numpy库对采集到的数据进行归一化和转换，最后使用matplotlib库绘制波形图。
VR虚拟现实-基于声卡的虚拟示波器设计 精品
基于声卡的虚拟示波器设计1．引言：随着计算机技术和虚拟仪器技术的发展，虚拟仪器逐渐成为现代仪器的发展方向，其中大部分虚拟仪器都是基于各种数据采集卡的，如NI公司的PCI－6221数据采集卡，研华公司PCL－1800型数据采集卡，ISA型数据采集卡AC1820。
在对采样频率要求不高的情况下，可以利用计算机的声卡进行数据的输入和输出。
声卡是一个非常优秀的音频信号采集系统，其数字信号处理包括模数变换器ADC（Analogue Digital Converter）和数模变换器DAC（Digital Analogue Converter），ADC用于采集音频信号，DAC则用于重现这些数字声音。
声卡已成为多媒体计算机的一个标准配置，因此基于声卡的虚拟仪器具有成本低，兼容性好，通用性和灵活性强的优点，可以不接受硬件限制，安装在多台计算机上。
本文利用LabVIEW8.2中的数字声音记录节点，编程实现了基于声卡的虚拟双踪数字存储示波器，采样速率为44.1KHz，线路输入端口最高电压限制为1V，对高于1V的信号采用比例运算放大电路衰减后输入，能适合很多场合的需要。
从数据采集的角度来看，声卡是一种音频范围内的数据采集卡，是计算机与外部的模拟量环境联系的重要途径。
2．认识声卡【1】声卡的作用声卡的主要功能包括录制与播放，编辑与合成处理MIDI接口3个部分【2】声卡的主要技术参数（1）彩样的位数采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度。
这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实。
声卡的位是指声卡在采集和播放声音文件时所使用的数字声音信号的二进制位数，它客观地反映了数字声音信号对输入声音信号的描述的准确程度。
（2）采样频率目前，声卡的最高采样率是44.1KHz，少数达48KHz。
对于民用声卡，一般将采样频率设为4档，分别是44.1KHz，22.05 KHz，11.025 KHz和8 KHz。
22.05 KHz只能达到FM广播的音乐品质；44.1 KHz是理论上的CD音质界限，48 KHz 则更好一些。
基于声卡的音频信号采集与分析系统设计
2009年2月第2期 电子测试EL ECTRON IC TESTJ an.2009No.2电子测试E LECTRONIC TEST基于声卡的音频信号采集与分析系统设计曲喜强,刘 哲(中北大学信息与通信工程学院 太原 030051)摘 要:声卡作为数据采集卡具有价格低廉、开发容易和系统灵活等优点。
本文详细介绍了系统的开发背景,软件结构和特点,系统地分析了数据采集硬件和软件设计技术,在此基础上以声卡为数据采集卡,以LabVIEW 为开发平台设计了音频信号采集与分析系统。
该系统具有界面友好,维护简单等优点。
系统不但可以实现对音频信号进行采集,还可以对采集的信号进行分析和保存。
用户可以根据需要改变系统的功能,具有很好的教学实验效果。
关键词:声卡;数据采集;LabV IEW 中图分类号:911.6 文献标识码:AAudio signal acquisition and analysis system design based on sound cardQu Xiqiang ,Liu Zhe(School of Information and Communication Engineering ,North University of China ,Taiyuan 030051)Abstract :Compared wit h t he data acquisition card ,t he sound card has t he following merit s :low 2p rice ,easy 2developing and flexible 2system.In t his paper ,t he design technology of hard 2ware and software has been int roduced in detail ,including t he background ,t he struct ure.On t his base ,t he sound card and LabV IEW has been used to develop t he audio signal acquisition and analysis system ,which can be used to acquire and analyze t he audio signal.The system has better interface which can be maintained easily.In order to meet t he need ,t he f unction of t he system can be modified.It has been indicated in t he application t hat t he system has great sense in teaching and experiment.K eyw ords :Sound card ;Data Acquisitio n ;LabV IEW0 引 言近年来随着教育规模的不断增长和高校课程的不断更新,许多院校实验室的仪器设备由于价格昂贵,数量不够,功能落后等原因无法满足实验教学要求。
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虚拟仪器大作业——基于声卡的声音信号采集分析与处
理系统
目录
1.前言 (3)
2.声卡硬件结构和特性 (4)
BVIEW中与声卡相关的函数节点 (6)
BVIEW程序设计 (8)
4.1程序原理 (8)
4.2操作界面 (8)
4.3总程序 (10)
4.4结果分析 (11)
4.4.1频谱测量配置 (11)
4.4.2滤波器配置 (11)
4.4.3信号采集与滤波 (12)
4.4.4声音信号频谱分析 (13)
4.4.5指定路径内创建音频文件 (13)
5.结束语 (13)
6.参考文献 (14)
1、前言
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，计算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，在实验室中，如果测量对象的频率在音频范围，而且对指标没有太高的要求，就可以考虑使用声卡取代常规的DAQ设备。
而且LABVIEW中提供了专门用于声卡操作的函数节点，所以用声卡搭建数据采集系统是非常方便的。
2、声卡的硬件结构和特性
声卡的主要功能就是经过DSP（数字信号处理）音效芯片的处理，进行模拟音频信号的与数字信号的转换，在实际中，除了音频信号以外，很多信号都在音频范围内，比如机械量信号，某些载波信号等，当我们对这些信号进行采集时，使用声卡作为采集卡是一种很好的解决方案。
声卡的功能主要是录制与播放，编辑与合成处理，MIDI接口三个部分。
（1）录制与播放
通过声卡，人们可以将来自话筒等外部音源的声音录入计算机，并转换成数字文件存储到计算机中进行编辑等操作，人们也可以将这些数字文件转换成声音信号，通过计算机扬声器播放。
（2）编辑与合成处理
通过对声音文件的多种特技效果的处理，包括加入回声、倒放、淡入淡出、往返放音以及左右两个声道交叉放音等，可以实现对各种声源音量的控制与混合。
（3）MIDI接口
通过MIDI接口和波表合成，可以记录和回放各种接近真实乐器原声的音乐。
基于声卡的数据采集系统框图如下图可示。
图2.1 声卡数据采集系统框图
使用声卡作为数据采集卡具有以下优点
（1）价格便宜。
一般情况下，声卡的价格一般在一百多元甚至几十元都可以买得到，比起数据采集卡便宜很多，而且绝大多数计算机都会配置相应的声卡，这更加节约了成本，开发周期短，节省了数据采集卡的开发时间或购买时期（2）与PC整合完美。
使用声卡进行数据采集，不必担心像使用数据采集卡一样担心采集卡与系统的冲突，声卡与计算机紧密结合为一体，这正是虚拟仪器的实质。
当然使用声卡也具有局限性，那就是声卡针对音频信号（20-20000）Hz设计的，因此它既不能采集高频信号，也不能采集低频信号。
3、LABVIEW中与声卡相关的函数节点
在LABVIEW中函数（Functions）→编程（programming）→图形与声音→（Graphics&Sound）→声音（Sounds）子选板下，提供了与声卡相关的函数节点，如图所示，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，可以实现与声卡的快速访问与操作，具有比较高的执行性能。
图3.1 声音子函数选版
声音函数自选板包含了输出、输入和文件3个子选板，他们分别提供声音输出、声音输入和文件相关的节点。
对声音的实时采集主要用到声音子面板中的声音采集子函数，如下图所示，它从声音设备采集数据，供别的节点分析使用。
图3.2 声音采集子函数
其中的设备是计算机的声音设备，持续时间是设置需要采集数据的时间，采样率是设置采样率，通常频率设置为44.1Hz，22.05Hz和11.025Hz。
通道数是指定采样的通道数，对于大多数声卡，1为单声道，2为立体声。
4、LABVIEW程序设计
4．1 程序原理
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送到音箱等设备转换为声波。
本程序目的是通过麦克风采集来自外界的声音，并显示其波形，然后对其进行频谱分析、相位分析，通过滤波器，达到消除噪音的目的。
4.2操作界面
操作面板1：控制面板
图4.1 操作面板1
操作面板2：波形显示及滤波
图4.2 操作面板2
操作面板3：声音信号的FFT幅频分析及相频分析
图4.3 操作面板3
4.3总程序
图4.4 总程序图
程序构造过程如下：
首先调用声音采集子VI，对来自麦克风的声音进行采集，采样信号的参数如采样率、通道数、分辨率等参数可以根据实际情况修改。
对于采样的麦克风的声音通过在前面板的波形图表显示出来并创建声音文件，接下来是对采集的信号进行滤波处理，滤波后的信号经过程序创建一个新文件并保存另外一部分是对声音文件进行频谱测量处理，测量的结果同样用波形图表显示波形。
最后播放滤波前的声音信息和滤波后的声音信息，比较其不同。
4.4 结果分析
4.4.1频谱测量配置
4.4.2滤波器配置
4.4.3信号采集与滤波
人为给入高频噪声，采集声音信息并滤去高频噪声
4.4.3 声音信号的谱分析
4.4.5指定路径内创建音频文件
5、结束语
本文主要是通过利用计算机的声卡作为数据采集卡，实时采集声音数据，然后利用LABVIEW，对声音信号进行采集和分析，程序设计的相对不是很复杂，主要实现了一些简单的功能，主要目的就是进一步熟悉LABVIEW 的使用和声音数据采集的相关知识，通过对程序的设计和实现，对LABVIEW 有这更进一步的了解。
本次设计不仅是我在知识上有了更深刻的理解，同时提升了动手和动脑能力。
6、参考文献
[1] 李江全等. LABVIEW虚拟仪器数据采集与串口通信测试应用实践.北京：人民邮电出版社，2010.
[2] 刘胜等. LABVIEW2009程序设计. 北京：电子工业出版社，2010.
[3] 程学庆等.LABVIEW图形化编程与实例应用.北京：中国铁道出版社，2005.
[4] 岂兴明等.LABVIEW入门与实践开发100例.北京:电子工业出版社，2011.。