基于虛擬儀器技術(shù)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　基于虛擬儀器技術(shù)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)</p><p>　　Data Analysis System Based on Virtual Instrument Technology </p><p><b>　　2016年6月</b></p>&

2、lt;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 虛擬儀器簡(jiǎn)介1</p><p>　

3、　1.1.1 虛擬儀器的發(fā)展歷史1</p><p>　　1.1.2 虛擬儀器的定義2</p><p>　　1.1.3 虛擬儀器的構(gòu)成2</p><p>　　1.2 虛擬儀器的發(fā)展情況及趨勢(shì)3</p><p>　　1.3 本文的研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　第2章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4</p>

4、<p>　　2.1 LABVIEW軟件的搭建4</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)方案的比較4</p><p>　　2.2.1 軟件比較4</p><p>　　2.2.2 聲卡采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)5</p><p>　　第3章 軟件模塊的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 程序的流程圖10</p

5、><p>　　3.2 程序的結(jié)構(gòu)圖11</p><p>　　3.3 LABVIEW 簡(jiǎn)介11</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)采集和處理模塊12</p><p>　　3.4.1聲音輸入配置虛擬儀器13</p><p>　　3.4.2聲音輸入讀取虛擬儀器15</p><p>　　3.4.3聲

6、音輸入清除虛擬儀器16</p><p>　　3.5 數(shù)據(jù)模擬模塊18</p><p>　　3.6 低通濾波模塊20</p><p>　　3.7 波形顯示模塊21</p><p>　　第4章 程序設(shè)計(jì)顯示22</p><p>　　4.1 程序的使用方法22</p><p>　　4.1.

7、1 程序的環(huán)境22</p><p>　　4.1.2 聲卡配置22</p><p>　　4.2 程序的總框圖22</p><p>　　4.3 程序的調(diào)試結(jié)果23</p><p>　　4.3.1聲卡采集數(shù)據(jù)的結(jié)果24</p><p>　　4.3.2模擬采集數(shù)據(jù)的結(jié)果24</p><p>

8、<b>　　結(jié)論27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　虛擬儀器包括硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分：第一部分，對(duì)被檢測(cè)

9、信號(hào)的采集通過(guò)硬件平臺(tái)來(lái)完成，同時(shí)它也會(huì)對(duì)被采集的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。第二部分，作為外圍電路的儀器硬件是插入式數(shù)據(jù)采集卡不可缺少的部件，例如數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字電路以及混合信號(hào)電路等等；或者是帶標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器，例如GPIB、PXI、VXI等測(cè)試測(cè)量中的總線技術(shù)總線儀器和網(wǎng)絡(luò)化儀器等。并且市場(chǎng)上的模數(shù)轉(zhuǎn)換采集卡和數(shù)據(jù)采集卡以及帶標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器等，其價(jià)格均十分昂貴，并且其價(jià)格與實(shí)用價(jià)值相差甚遠(yuǎn)。同時(shí)，考慮到計(jì)算機(jī)中的聲卡它本身就是

10、一個(gè)轉(zhuǎn)化裝置，具有16位的量化精度、44.1kHz的數(shù)據(jù)采集頻率，可以完成在合理應(yīng)用范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的需要并做出規(guī)范化分析，個(gè)別性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商用數(shù)據(jù)采集卡，完全能夠達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　本文中，基于聲卡和模擬數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集裝置。利用聲卡實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集，制作成擁有四大功能的簡(jiǎn)易數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其功能分別為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、模擬采集數(shù)據(jù)、波形顯示、進(jìn)行低頻濾波。從而進(jìn)一步的對(duì)數(shù)據(jù)做出分析。<

11、/p><p>　　關(guān)鍵詞： 虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集；聲卡</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The virtual instrument consists of two parts: hardware platform and application software. In the first part, th

12、e collected signal is collected by the hardware platform, and it can also be used to regulate the collected signal. In the second part, as the peripheral circuit of the instrument hardware is inserting data acquisition c

13、ard, an indispensable components, such as the number of converters, analog to digital converter, digital circuits and mixed signal circuits and so on, or the standard bu</p><p>　　In this paper, a data acquis

14、ition device based on sound card and analog data acquisition. Using sound card to achieve the data acquisition, production into a simple data acquisition system with four functions, and its function is to achieve data ac

15、quisition, analog data acquisition, waveform display, low frequency filtering.，which are used to make further analysis of the data.</p><p>　　Key words：Virtual instrument；Data acquisition；Sound card</p>

16、<p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 虛擬儀器簡(jiǎn)介</p><p>　　1.1.1 虛擬儀器的發(fā)展歷史</p><p>　　隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)儀器系統(tǒng)的更新?lián)Q代，電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展到現(xiàn)在逐漸演化成四代分別為模擬時(shí)代、數(shù)字化時(shí)代、智能化時(shí)代和虛擬化時(shí)代[4]。第一代模擬儀器是基于電磁感應(yīng)基本定

17、律的指針式儀器，模擬儀器”在采樣時(shí)間上是連續(xù)的，觀測(cè)量上沒(méi)有“取舍”的儀器。比如指針式萬(wàn)用表、指針式電壓表以及指針式電流表等。第二代數(shù)字化儀器是采樣時(shí)間上有間隔，觀測(cè)量上有“取舍”的儀器，它通過(guò)采樣技術(shù)將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，輸出結(jié)果也是以數(shù)字信號(hào)的形式給出。這種儀器主要應(yīng)用到高效率高精度的電路中，比如數(shù)字萬(wàn)能表、數(shù)字超聲波探傷儀等。第三代智能化儀器是能夠根據(jù)使用者的要求在一定范圍內(nèi)進(jìn)行智能化測(cè)試和數(shù)據(jù)處理。傳統(tǒng)的儀器一般采用簡(jiǎn)單的電子

18、電路來(lái)轉(zhuǎn)換測(cè)量數(shù)據(jù)，用直觀的直讀的模式顯示或讀出測(cè)試數(shù)據(jù)，沒(méi)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理功能，要通過(guò)人工來(lái)進(jìn)行計(jì)算、比對(duì)，得出測(cè)量結(jié)果。只能用于一般測(cè)量精度不太高的數(shù)據(jù)測(cè)量，由于它的成本比較低，目前還擁有一定市場(chǎng)。智能儀器是帶有微型處理系統(tǒng)，或可接入微型計(jì)算機(jī)智能化儀器。它通過(guò)電子電路來(lái)轉(zhuǎn)換測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)運(yùn)算邏輯判斷，通過(guò)全自動(dòng)化的操作過(guò)程得到準(zhǔn)確無(wú)誤的測(cè)量結(jié)果，并可通過(guò)打印機(jī)輸出</p><p>　　而第四代虛

19、擬儀器的定義是將功能較強(qiáng)的模塊化的硬件設(shè)備與效率較高靈活方便的計(jì)算機(jī)軟件相結(jié)合，達(dá)到對(duì)所要研究的目標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試、測(cè)量以及自動(dòng)化操作[9]。能夠與筆記本相配合使用使其最大優(yōu)勢(shì)是，使得野外工作更加方便。另外它也可以連接到臺(tái)式計(jì)算機(jī)，也非常便捷。由于其成本低、使用范圍泛，非常適合研發(fā)部門(mén)以及校園教學(xué)使用。比如假如想用示波器，還不想去買(mǎi)怎么辦?只需要一臺(tái)PC機(jī)、虛擬示波器軟件、一塊數(shù)據(jù)采集卡，先將示波器軟件裝到PC上，然后將數(shù)據(jù)采集卡（AD

20、轉(zhuǎn)換）插到PC機(jī)的某個(gè)接口（可能是串口、USB或者是PCI），數(shù)據(jù)卡上面會(huì)有探頭，將探頭點(diǎn)在被測(cè)點(diǎn)上，然后在PC上運(yùn)行虛擬儀器軟件，就可以當(dāng)示波器用了。</p><p>　　美國(guó)國(guó)家儀器公司（簡(jiǎn)稱NI）于上世紀(jì)80年代提出了虛擬儀器理念，隨后公司有進(jìn)一步把軟件也稱作儀器，從此傳統(tǒng)儀器發(fā)生了翻天覆地的變化。</p><p>　　1.1.2 虛擬儀器的定義</p><p&g

21、t;　　虛擬儀器是依靠VXI、PXI等標(biāo)準(zhǔn)總線采用驅(qū)動(dòng)器使計(jì)算機(jī)有控制物理儀器設(shè)備的能力。隨著研究人員對(duì)虛擬儀器技術(shù)的深入研究和改造，虛擬儀器慢慢成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最重要的科學(xué)技術(shù)。另外在功能方面，虛擬儀器技術(shù)不斷增加，而在性能方面，研究人員也在繼續(xù)改善，虛擬儀器已經(jīng)慢慢替代傳統(tǒng)儀器，成為主要的測(cè)試設(shè)計(jì)方式[8]。隨著計(jì)算機(jī)、器件和應(yīng)用程序的進(jìn)一步創(chuàng)新設(shè)計(jì)，未來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展將因?yàn)樘摂M儀器的進(jìn)步而進(jìn)步。這也將極大的方便和改善

22、工作人員在測(cè)量以及控制等工作。</p><p>　　1.1.3 虛擬儀器的構(gòu)成</p><p>　　硬件模塊與接口、驅(qū)動(dòng)程序以及展示面板，構(gòu)成了虛擬儀器的最核心部分。</p><p>　　硬件模塊與接口：包括計(jì)算機(jī)內(nèi)置功能插卡、計(jì)算機(jī)通用接口總線接口卡、計(jì)算機(jī)串行口、VXI總線儀器接口、以及是外置檢測(cè)工具。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)程序：其最

23、重要的作用是控制所有的硬件信號(hào)接口。驅(qū)動(dòng)程序可以幫助虛擬儀器完成與實(shí)際的儀器之間的信息交互。</p><p>　　展示面板：其主要作用是展示虛擬儀器與實(shí)際儀器之間的各種對(duì)應(yīng)的控件。終端可以通過(guò)鼠標(biāo)以及鍵盤(pán)的設(shè)備，在展示面板上完成對(duì)實(shí)際儀器的控制，簡(jiǎn)單方便。圖1-1為虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖1-1 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.2 虛擬

24、儀器的發(fā)展情況及趨勢(shì)</p><p>　　20世紀(jì)80年代，由在總結(jié)前人成果的基礎(chǔ)上，提出了虛擬儀器這一革命性技術(shù)，然后迅速各個(gè)研究機(jī)構(gòu)的研究焦點(diǎn)以及應(yīng)用前線。近年來(lái)，各式各樣的服務(wù)于虛擬儀器創(chuàng)建的開(kāi)發(fā)平臺(tái)層出不窮，但相較之下，最有影響力、使用最為廣泛的依然是美國(guó)NI 公司自主研制開(kāi)發(fā)的LABVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它最大的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)圖形化。作為一種新興產(chǎn)業(yè)，虛擬儀器在國(guó)外蓬勃發(fā)展。虛擬儀器的誕生地－美國(guó)，依

25、然是全世界最大的虛擬儀器制造者[15]。</p><p>　　引進(jìn)LABVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)并對(duì)其進(jìn)行消化知識(shí)吸收，稱為我國(guó)研究虛擬儀器的出發(fā)點(diǎn)。LABVIEW研究也被看做現(xiàn)代機(jī)械工程科學(xué)焦點(diǎn)學(xué)科，被國(guó)內(nèi)科技工作者列入國(guó)家“十五”期間優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)科研人員的努力，這一研究也已經(jīng)取得了不小的成就。例如，“一體化虛擬儀器”的提出，標(biāo)志著我國(guó)在虛擬儀器技術(shù)方面走出了一條完全獨(dú)立創(chuàng)新的不同于西方的路子。 <

26、;/p><p>　　RS232標(biāo)準(zhǔn)串行接口總線、GP－IB標(biāo)準(zhǔn)接口總線、VXI總線規(guī)范構(gòu)成了現(xiàn)代LABVIEW系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的所有的標(biāo)準(zhǔn)。以美國(guó)國(guó)家儀器(NI)有限公司。為代表的虛擬儀器制造商們，先后設(shè)計(jì)了大量的硬件和相應(yīng)的軟件程序來(lái)，使虛擬儀器可以適應(yīng)總線配置。</p><p>　　1.3本文的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　在虛擬儀器的飛速發(fā)展的情況下，聲卡采集及分析是不可

27、缺少的內(nèi)容。本論文具體內(nèi)容安排如下：</p><p>　　第一章，主要闡述了虛擬儀器的定義和基本構(gòu)成以及現(xiàn)狀，還簡(jiǎn)單介紹了本文的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。</p><p>　　第二章，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：先講述LABVIEW軟件創(chuàng)建過(guò)程，到設(shè)計(jì)方案的比較以及講述了聲卡采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。</p><p>　　第三章，詳細(xì)闡述了軟件模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程。</p><p>

28、;　　第四章，程序設(shè)計(jì)顯示：主要介紹程序的使用方法和程序的調(diào)試結(jié)果和分析結(jié)果。</p><p>　　第2章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 LABVIEW軟件的搭建</p><p>　　創(chuàng)建LABVIEW軟件的過(guò)程大體分為五步：測(cè)試需求分析、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成與調(diào)試[1]。</p><p>

29、　　1.測(cè)試需求分析。主要包括分析被測(cè)參數(shù)的形式（包括電量還是非電量、數(shù)字量還是模擬量、）、參數(shù)的范圍（幅度以及頻率）和參數(shù)的數(shù)量（通道數(shù)）。性能指標(biāo)方面則主要是測(cè)量精度和速度的要求。功能要求則包括用戶接口界面、數(shù)據(jù)分析與處理、存儲(chǔ)與顯示、外部通信接口等。</p><p>　　2.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)：根據(jù)測(cè)試任務(wù)要求，確定測(cè)試方法，確定系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

30、：硬件可以自制或者購(gòu)買(mǎi)。盡量實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)集成。</p><p>　　4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：首先要選擇軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，其次完成底層驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，最后完成上層應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，包括用戶界面設(shè)計(jì)、測(cè)量數(shù)據(jù)分析與處理、算法設(shè)計(jì)、測(cè)量結(jié)果表達(dá)等等。</p><p>　　5.軟硬件集成與檢測(cè)：檢測(cè)主要包括功能性檢測(cè)、參數(shù)檢測(cè)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。另外，在開(kāi)發(fā)測(cè)試項(xiàng)目的過(guò)程中，程序測(cè)試是不可或缺的部分。如果測(cè)試結(jié)果不理想，還

31、需要重新分析重新設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)方案的比較</p><p>　　2.2.1 軟件比較</p><p>　　在計(jì)算機(jī)的儀器硬件已經(jīng)配置完成后，虛擬儀器的核心部分就變成了軟件選擇。所以軟件要為用戶提供廣闊的開(kāi)發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口與用戶接口。最終使儀器中的硬件和軟件相互結(jié)合，利用這種虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行工作，從而達(dá)到事半功倍的效果。</p

32、><p>　　有兩種方式可以完成對(duì)虛擬儀器技術(shù)的編寫(xiě)：</p><p>　　1.使用通用編程程序進(jìn)行編寫(xiě)。</p><p>　　2.用專業(yè)圖形化編程軟件開(kāi)發(fā)。</p><p>　　對(duì)于軟件的編寫(xiě)方式應(yīng)由編程者根據(jù)實(shí)際情況而決定。這樣才會(huì)設(shè)計(jì)出一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中開(kāi)發(fā)者還應(yīng)考慮以下因素：開(kāi)發(fā)成本要低、執(zhí)行效</p><

33、p>　　率最佳、程序彈性大、開(kāi)放性架構(gòu)容易擴(kuò)充。跟C語(yǔ)言和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境有許多相同之處，但是它與其他程序語(yǔ)言的主要不同于：①LABVIEW采用編輯語(yǔ)言G，具有圖形化特點(diǎn)，而不是語(yǔ)言產(chǎn)生代碼（特點(diǎn)是基于文本），②LABVIEW生成的程序是框圖。LABVIEW目前最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域是測(cè)試測(cè)量，并得到了業(yè)內(nèi)人士的一致好評(píng)，這也完全符合其最初的設(shè)計(jì)目的－方便戶外測(cè)試測(cè)量?，F(xiàn)在，用戶可以通過(guò)使用LABVIEW驅(qū)動(dòng)程序，來(lái)非常便捷的操縱已經(jīng)

34、安裝了LABVIEW驅(qū)動(dòng)程序的測(cè)試以及數(shù)據(jù)采集等等設(shè)備。另外，廠商也已經(jīng)提供了含有各宗功能的工具包，用戶可以根據(jù)需要，找到自己所需要的適用于工作要求的LABVIEW工具包，這極大地方便了程序的開(kāi)發(fā)。有時(shí)甚至于只需簡(jiǎn)單地調(diào)用幾個(gè)工具包中的函數(shù)，就可以組成一個(gè)完整的測(cè)試測(cè)量應(yīng)用程序[11]。</p><p>　　不同于具有控制面板的傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器采用了具有可視化特點(diǎn)的G語(yǔ)言編程，借助計(jì)算機(jī)巨大的圖形處理環(huán)境，將圖

35、形化的軟面板建立到計(jì)算機(jī)上，從而不再需要傳統(tǒng)的常規(guī)面板。實(shí)設(shè)備中的旋鈕、開(kāi)關(guān)、信號(hào)燈以及其他的控制按鈕，都會(huì)以相對(duì)應(yīng)的形式，出現(xiàn)在面板上用戶可以使用鼠標(biāo)、鍵盤(pán)方便的進(jìn)行操作。</p><p>　　虛擬儀器除上文所列出的優(yōu)勢(shì)外，跟傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言相比，其還具有以下特點(diǎn)： </p><p>　　1.虛擬儀器功能作用上午定義具有可調(diào)性。其定義需要根據(jù)用戶自己的需求來(lái)完成。為了不被供應(yīng)商所限制，

36、用戶可以將不同的模塊進(jìn)行整合，組成各式各樣的儀器。</p><p>　　2.程序部分集合了虛擬儀器的所有的操縱信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的收集，結(jié)果的分析判斷以及具體的操縱過(guò)程等等，都可以顯示在程序中。這也是的虛擬儀器更加靈活便捷，更易被用戶接受。 </p><p>　　3.虛擬儀器核心部分是軟件，它所受到的硬件的影響比較小。這樣就方便其與不同設(shè)備之間的連接和信息交互。另外，將虛擬網(wǎng)絡(luò)連接到網(wǎng)絡(luò)上，

37、可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更像，便于不同用戶之間的相互交流學(xué)習(xí)。</p><p>　　4.虛擬儀器具有時(shí)效性和可存儲(chǔ)型。得到的數(shù)據(jù)可以直接在虛擬儀器上處理存儲(chǔ)，也可以將得到的數(shù)據(jù)打印出出來(lái)。存儲(chǔ)功能使得一旦結(jié)果丟失，用戶還可以從存儲(chǔ)器下載新的數(shù)據(jù)。</p><p>　　5.虛擬儀器能夠直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行需要的分析以及處理，這主要在計(jì)算機(jī)的圖形化板面上完成。</p><p>　

38、　6.由于較低的開(kāi)發(fā)制造成本，基于軟件的體系結(jié)構(gòu)能夠極大地減少開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本。</p><p>　　2.2.2 聲卡采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)</p><p>　　聲卡是計(jì)算機(jī)進(jìn)行聲音處理的適配器。它有三個(gè)基本功能：一是音樂(lè)合成發(fā)音功能；二是混音器（Mixer）功能和數(shù)字聲音效果處理器（DSP）功能；三是模擬聲音信號(hào)的輸入和輸出功能。聲卡處理的聲音信息在計(jì)算機(jī)中以文件的形式存儲(chǔ)。聲卡工作應(yīng)有相應(yīng)的軟件

39、支持，包括驅(qū)動(dòng)程序、混頻程序（mixer）和CD播放程序等。多媒體電腦中用來(lái)處理聲音的接口卡。聲卡可以把來(lái)自話筒、收錄音機(jī)、激光唱機(jī)等設(shè)備的語(yǔ)音、音樂(lè)等聲音變成數(shù)字信號(hào)交給電腦處理,并以文件形式存盤(pán),還可以把數(shù)字信號(hào)還原成為真實(shí)的聲音輸出。聲卡尾部的接口從機(jī)箱后側(cè)伸出,上面有連接麥克風(fēng)、音箱、游戲桿和MIDI設(shè)備的接口。</p><p>　　商用數(shù)據(jù)采集卡由于擁有較強(qiáng)的通用性，使得其價(jià)格都比較高。在一些對(duì)成本要求

40、較高的應(yīng)用中，商用數(shù)據(jù)采集卡并不被采用。而且，普通的聲卡盡管性能差點(diǎn)（擁有十六位的量化精度性以及44.1千赫茲采集頻率），但是完全能夠勝任在一些特定應(yīng)用范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的要求。較低的價(jià)格，使得其成本也較低，更容易受到用戶的青睞。</p><p>　　計(jì)算機(jī)中的聲卡從根本上講就是轉(zhuǎn)化性裝置，生產(chǎn)成本低廉且性能穩(wěn)定，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，在PC上完成數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，這種成本幾乎為0，在設(shè)計(jì)中完全能夠滿足要求。所以在本設(shè)計(jì)中，

41、數(shù)據(jù)采集裝置主要基于聲卡和數(shù)據(jù)模擬波形。</p><p><b>　　1.聲卡的作用</b></p><p>　　聲卡 (Sound Card)也叫音頻卡（港臺(tái)稱之為聲效卡），從數(shù)據(jù)采集來(lái)看，它是多媒體技術(shù)中最基本的組成部分，是實(shí)現(xiàn)聲波/數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的一種硬件。而LABVIEW提供了操作聲卡的函數(shù)。</p><p>　　聲卡的基本功能是把來(lái)

42、自話筒、磁帶、光盤(pán)的原始聲音信號(hào)加以轉(zhuǎn)換，輸出到耳機(jī)、揚(yáng)聲器、擴(kuò)音機(jī)、錄音機(jī)等聲響設(shè)備，或通過(guò)音樂(lè)設(shè)備數(shù)字接口(MIDI)使樂(lè)器發(fā)出美妙的聲音。 聲卡是計(jì)算機(jī)進(jìn)行聲音處理的適配器。它有三個(gè)基本功能：一是音樂(lè)合成發(fā)音功能；二是混音器（Mixer）功能和數(shù)字聲音效果處理器（DSP）功能；三是模擬聲音信號(hào)的輸入和輸出功能。聲卡處理的聲音信息在計(jì)算機(jī)中以文件的形式存儲(chǔ)。聲卡工作應(yīng)有相應(yīng)的軟件支持，包括驅(qū)動(dòng)程序、混頻程序（mixer）和CD播放程

43、序等。</p><p>　　多媒體電腦中用來(lái)處理聲音的接口卡。聲卡可以把來(lái)自話筒、收錄音機(jī)、激光唱機(jī)等設(shè)備的語(yǔ)音、音樂(lè)等聲音變成數(shù)字信號(hào)交給電腦處理,并以文件形式存盤(pán),還可以把數(shù)字信號(hào)還原成為真實(shí)的聲音輸出。聲卡尾部的接口從機(jī)箱后側(cè)伸出,上面有連接麥克風(fēng)、音箱、游戲桿和MIDI設(shè)備的接口。</p><p>　　從表面上來(lái)看，其主要功能是以數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理為主，這樣就能聯(lián)想到用聲卡實(shí)現(xiàn)示波

44、器、信號(hào)處理器、頻譜分析儀等虛擬儀器。</p><p><b>　　2.聲卡的硬件結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　板載聲卡外部有三個(gè)接口，分別是：音頻輸出接口，MIDI接口，Line音頻輸入接口。內(nèi)部有兩個(gè)接口，分別是：音頻輸入接口，前置音頻接口插針。聲卡接口電路組成包括：聲卡解碼芯片、音頻功率放大器、晶振、供電電路、電阻以及電容。聲卡的電路結(jié)構(gòu)中，不同組成形式的聲

45、卡，其電路結(jié)構(gòu)也不同，獨(dú)立聲卡結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，主要包括：數(shù)字音頻處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、音頻放大電路以及音色庫(kù)。聲卡的硬件結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 聲卡的硬件結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　3.聲卡的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　（1）采樣精度與采樣頻率</p><p>　　采樣精度是指每個(gè)采樣點(diǎn)

46、所代表音頻信號(hào)的幅度，單位是bit；</p><p>　　采樣頻率是指每秒鐘對(duì)音頻信號(hào)的采樣次數(shù)。</p><p><b>　　（2）聲道數(shù)量</b></p><p>　　聲道越多，聲音的定位效果就越好,在玩游戲和看DVD時(shí)的聲音效果就越逼真。</p><p>　?。?）信噪比就是聲卡抑制噪音的能力，信噪比的值越高說(shuō)明聲

47、卡的濾波性能越好，聲音聽(tīng)起來(lái)也就越清澈。</p><p><b>　?。?）頻率響應(yīng)</b></p><p><b>　?。?）總諧波失真</b></p><p>　　指的是聲卡的保真度，也就是聲卡的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波形吻合程度。</p><p><b>　　（6）MIDI規(guī)格<

48、/b></p><p>　　調(diào)頻是聲卡中第一項(xiàng)被廣泛采用的電子合成樂(lè)器的合成技術(shù),也稱為FM；波表合成與FM合成不同，波表合成通過(guò)對(duì)樂(lè)器聲音進(jìn)行取樣，并將之保存下來(lái).波表合成又常分為軟波表合成和硬波表合成。</p><p>　　復(fù)音數(shù)所謂的”復(fù)聲”是指MIDI樂(lè)曲在1S內(nèi)發(fā)出的最大聲音數(shù)目。</p><p>　　（7）DirectSound與DirectMus

49、ic是微軟為Windows環(huán)境所制定的聲卡API接口規(guī)格。</p><p>　?。?）3D音效規(guī)格：目前3D音效中的API主要有Direct Sound 3D \ A3D和EAX三類：.Direct sound 3d簡(jiǎn)稱（D3D）源自于Microsoft Direct X的老牌音效API：A3D；EAX。</p><p>　　4.聲卡的頻率范圍與頻率響應(yīng)</p><p

50、>　　人耳對(duì)頻率的感覺(jué)從20Hz到20kHz之間，而聲卡的頻率響應(yīng)上限范圍在20kHz。</p><p>　　5.設(shè)置聲卡完成數(shù)據(jù)的采集</p><p><b>　?。?）設(shè)置聲卡</b></p><p>　　聲卡一般主要用于輸出音頻信號(hào)，因此，這種情況下，聲卡的輸入處于非正常工作狀態(tài)。在設(shè)置聲卡之前，首先使用耳機(jī)檢測(cè)其是否工作正常。尤其

51、是其信號(hào)采集功能能不能正常工作。當(dāng)檢測(cè)到聲卡不能正常工作時(shí)，則需要檢查檢查聲卡的設(shè)置。一般來(lái)講，這里的設(shè)置會(huì)有兩層含義，一是要對(duì)配置所需的功能，再就是要保證已經(jīng)配置的功能不能在關(guān)閉（靜音）狀態(tài)。下面介紹對(duì)Line In 和Mic In的檢查和設(shè)置。</p><p>　　按圖2-2所示，在“選項(xiàng)”菜單下選“屬性”，得到圖2-2（b）圖所示的對(duì)話框，在此對(duì)話框上選擇“錄音”，并配置列表中的選項(xiàng)即可。注意圖2-2中的相

52、關(guān)功能都不能處于靜音狀態(tài)。如圖2-2（a）所示。</p><p>　　圖2-2（a）音量控制窗口</p><p>　　圖2-2（b）音量控制窗口和音量控制屬性對(duì)話框</p><p><b>　　（2）硬件連接</b></p><p>　　市場(chǎng)上一般存在兩種硬件連接方式——帶3.5毫米插孔以及鱷魚(yú)夾的連接線和雙3.5毫米插

53、孔的音頻連接線?？梢酝ㄟ^(guò)將雙3.5毫米插孔的測(cè)試線的連接到聲卡的輸入輸出端來(lái)檢測(cè)其頻響特性。切勿將Mic In 接口當(dāng)做Line In接口，以及把SPK Out接口當(dāng)做Line Out接口。</p><p>　　第3章 軟件模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 程序的流程圖</p><p>　　程序流程框圖如圖3-1所示：</p><p>

54、　　圖 3-1 數(shù)據(jù)采集程序流程圖</p><p>　　流程圖簡(jiǎn)介：第一步，我們要將模塊進(jìn)行初始化處理，防止前人存留的信息對(duì)設(shè)計(jì)的影響。第二部，將聲卡正確連接到模塊中；第三步，使用聲卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，完后將采集到的數(shù)據(jù)信息送入到LABVIEW中；第四步，依舊是最關(guān)鍵的一步，經(jīng)采集到的信號(hào)在LABVIEW模塊程序中進(jìn)行處理，后將處理后得到的波形表達(dá)在軟面板上；最后第五步，通過(guò)低通濾波，將所要的數(shù)據(jù)參數(shù)摘取出來(lái)再進(jìn)行分

55、析。</p><p>　　3.2 程序的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　程序的結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 程序的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3 LABVIEW 簡(jiǎn)介</p><p>　　作為一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，LABVIEW類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，跟C語(yǔ)言和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境有許多相同之處

56、，但是它與其他程序語(yǔ)言的主要不同；于：①LABVIEW采用編輯語(yǔ)言G，具有圖形化特點(diǎn)，而不是語(yǔ)言產(chǎn)生代碼（特點(diǎn)是基于文本），②LABVIEW生成的程序是框圖。LABVIEW目前最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域是測(cè)試測(cè)量，并得到了業(yè)內(nèi)人士的一致好評(píng)，這也完全符合其最初的設(shè)計(jì)目的——方便戶外測(cè)試測(cè)量?，F(xiàn)在，用戶可以通過(guò)使用LABVIEW驅(qū)動(dòng)程序，來(lái)非常便捷的操縱已經(jīng)安裝了LABVIEW驅(qū)動(dòng)程序的測(cè)試以及數(shù)據(jù)采集等等設(shè)備。另外，廠商也已經(jīng)提供了含有各宗功能的

57、工具包，用戶可以根據(jù)需要，找到自己所需要的適用于工作要求的LABVIEW工具包，這極大地方便了程序的開(kāi)發(fā)。有時(shí)甚至于只需簡(jiǎn)單地調(diào)用幾個(gè)工具包中的函數(shù)，就可以組成一個(gè)完整的測(cè)試測(cè)量應(yīng)用程序。</p><p>　　LABVIEW作為一種被用戶所廣泛接受，并且被視為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件編程語(yǔ)言，其最大的特點(diǎn)就是圖形化。LABVIEW 所含有的功能包括GPIB、VXI、RS-232 和RS-485 協(xié)議。它還出廠

58、的函數(shù)庫(kù)便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)。其非常靈活，可以方便的建立個(gè)人虛擬儀器，在使用的過(guò)程中非常生動(dòng)有趣。</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)采集和處理模塊</p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊是虛擬軟件的主要硬件驅(qū)動(dòng)部分，所以這里主要是利用LABVIEW來(lái)完成聲卡的硬件參數(shù)設(shè)置以及聲卡采集數(shù)據(jù)的消息等任務(wù)。如圖3-3所示，為數(shù)據(jù)采集和處理模塊。</p><

59、;p>　　圖3-3 數(shù)據(jù)采集和處理模塊</p><p>　　程序說(shuō)明：在LABVIEW軟件中，聲卡的聲道可以分為8位單聲道，16位單聲道，8位立體聲以及16位立體聲四種。16位聲道比8位聲道采樣信號(hào)的質(zhì)量好，立體聲比單聲道采樣信號(hào)好，由此可知最好的采樣通道形式是立體聲16位，采用立體聲16位的聲卡采集的波形穩(wěn)定，抗困擾能力強(qiáng)。除此之外我們也應(yīng)知道單聲道與立體聲道的區(qū)別，單聲道在采集信號(hào)時(shí)，左右聲道的信號(hào)是相

60、同的，并且左右聲道的幅值只有原信號(hào)幅值的一半。而立體聲在采樣的時(shí)候，左右聲道的信號(hào)互不干擾的，所以可以采集兩路不同的信號(hào)，這樣就使得采樣的信號(hào)幅值等于原信號(hào)幅值。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中我采用立體聲16位進(jìn)行雙聲道采樣還有一個(gè)重要的原因，那便是單聲道采集的數(shù)據(jù)是標(biāo)量，無(wú)法組成數(shù)組不利于數(shù)據(jù)的分析與處理。</p><p>　　聲卡的采樣頻率主要有8000Hz，11025Hz，220

61、50Hz以及44100Hz就這四種，不同的采樣頻率，采集到的波形的質(zhì)量也不同，采樣的頻率越高，采集到的波形質(zhì)量就越高，但所占的存儲(chǔ)空間越就越大，所以我們要根據(jù)具體情況選擇最合適的頻率，</p><p>　　本次設(shè)計(jì)我采用了44.1千赫茲的采樣頻率。在采樣率的選擇方面，不僅采用了一個(gè)case循環(huán)，它的目的是為了在采樣率為44.1千赫茲的條件下，在循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)。</p><p>　　主要

62、操作說(shuō)明；在block diagram：</p><p>　　從Functions 、 Graphics & Sound 、 Sound 、 Sound Inpu這四個(gè)選項(xiàng)中選用Sound Input函數(shù)。</p><p>　　(1) 在Functions 、Structures 、While Loop中選用While循環(huán)。</p><p>　　(2) 在F

63、unctions 、 Structure、 Case 中選用Case 循環(huán)。</p><p>　　(3) 首先得用右鍵點(diǎn)擊SI Config函數(shù)的Sound Format輸入，所以選用create control，就會(huì)自動(dòng)生成Sound Format簇類型控鍵。其中包括三項(xiàng)數(shù)據(jù)：sound quality；rate；bits persample。</p><p>　　(4) 首先右鍵點(diǎn)擊S

64、I Config函數(shù)的Buffer Size輸入，所以選用create control，自動(dòng)生成無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整數(shù)類型的控鍵。</p><p>　　(5) 在Functions → Cluster → Unbundle 所以選用Unbundle 函數(shù)。這樣對(duì)輸入簇Cluster 進(jìn)行解包。再就是接入cluster輸入?yún)?shù)后，輸出端子數(shù)自動(dòng)調(diào)整為和cluster元素?cái)?shù)目相同。</p><p>　　

65、(6) 聲卡參數(shù)設(shè)置如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 數(shù)據(jù)聲卡采集參數(shù)配置</p><p>　　3.4.1聲音輸入配置虛擬儀器</p><p>　　Sound Input Configure .Vi 的前面板的主要功能是設(shè)置聲卡參數(shù)，使聲卡的各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)的要求。Sound Input Configure .Vi 的前面板參數(shù)設(shè)置如圖3-5所示。&l

66、t;/p><p>　　圖3-5 Sound Input Configure .Vi 的前面板</p><p>　　Sound Input Configure .Vi 的后面板如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 Sound Input Configure .Vi 的后面板</p><p>　　程序說(shuō)明：Sound Input Confi

67、gure函數(shù)的主要功能是設(shè)置聲卡中的一些參數(shù)。其中聲卡采樣率在上文已經(jīng)介紹到了，本次設(shè)計(jì)選用的采樣頻率設(shè)置為44100HZ，本文選用立體聲16位聲道所以數(shù)據(jù)格式應(yīng)該設(shè)定為16bit。而對(duì)緩沖區(qū)長(zhǎng)度沒(méi)有具體要求選默認(rèn)值即可。</p><p><b>　　主要操作說(shuō)明：</b></p><p>　　在block diagram：Functions → Graphics &

68、amp; Sound → Sound → Input → Configure 選擇configure函數(shù)。</p><p>　　3.4.2聲音輸入讀取虛擬儀器</p><p>　　如圖3-7所示Sound Input Read .VI的前面板為聲卡采集時(shí)的參數(shù)設(shè)置圖。</p><p>　　圖3-7 Sound Input Read .VI的前面板參數(shù)設(shè)置</p

69、><p>　　Sound Input Read .VI的后面板如圖3-8 所示：</p><p>　　圖3-8 Sound Input Read .VI的后面板</p><p>　　程序說(shuō)明：這個(gè)函數(shù)主要的功能是對(duì)數(shù)據(jù)緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存滿消息時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，從而能將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)傳遞到用戶程序的數(shù)組中，最終產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)采樣集合。如果計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度

70、較慢，傳遞數(shù)據(jù)不夠快，就會(huì)使得緩沖區(qū)之前的內(nèi)容被新的內(nèi)容所覆蓋，這就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息。這時(shí)可以調(diào)節(jié)緩沖區(qū)的大小，來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。</p><p><b>　　主要操作說(shuō)明：</b></p><p>　　在block diagram：Functions → Graphics & Sound → Sound → Input → Read 選擇read函數(shù)。<

71、;/p><p>　　3.4.3聲音輸入清除虛擬儀器</p><p>　　Sound Input Clear .VI的前面板如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 Sound Input Clear .VI 的前面板</p><p>　　Sound Input Clear .VI 的后面板如圖3-10 所示：</p><

72、p>　　圖3-10 Sound Input Clear .VI 的后面板</p><p>　　程序說(shuō)明：該函數(shù)的主要功能是用于完成最終的清理工作。</p><p><b>　　主要操作說(shuō)明：</b></p><p>　　在block diagram：Functions → Graphics & Sound → Sound → In

73、put → Clear選擇clear函數(shù)。</p><p>　　3.5 數(shù)據(jù)模擬模塊</p><p>　　數(shù)據(jù)模擬塊是通過(guò)LABVIEW自己模塊模擬發(fā)出波形并能采集數(shù)據(jù)波形，它的作用是用來(lái)分析波形的，模擬的波形可以分為兩個(gè)通道，或是將兩個(gè)通道疊加成一個(gè)波形。形成的波形有：正弦波、方波、三角波、鋸齒波、高斯白噪聲。</p><p>　　在LABVIEW中用函數(shù)信號(hào)發(fā)生

74、器產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，實(shí)際上相當(dāng)于通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了一個(gè)信號(hào)發(fā)生器的功能。</p><p><b>　　正弦波：</b></p><p>　　公式為y=Asin(ωx+φ）A為振幅，ω周期，φ相位。</p><p><b>　　方波：</b></p><p>　　公式為y=flc1hs(sin(2*pi*f*

75、t), eps)&Va/yp頻率為f的值為0～1的方波。</p><p>　　方波電流就是電流的波形為矩形的電流。無(wú)論在t軸上下是否是對(duì)稱的，只要是矩形就可以叫做方波，如果需要的化可以加“對(duì)稱”， “不對(duì)稱”加以說(shuō)明。</p><p>　　交流波不一定是方波?？词欠裼姓?fù)交替的方波，一直是一個(gè)符號(hào)那就是直流，這就包括全是正的或者全是負(fù)的；兩種都有的那就是交流。</p>

76、<p><b>　　三角波：</b></p><p><b>　　三角波函數(shù)：</b></p><p>　　輸入 f[x_]:=x /; 0<=x<1</p><p>　　輸入 f[x_]:=2-x /; 1<=x<2</p><p

77、>　　輸入 f[x_]:=f[x-2] /; x>=2</p><p>　　鋸齒波：一般主要由搭建硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，效果如下圖：</p><p>　　波形方式對(duì)應(yīng)的LABVIEW控件如下：有正弦波、方波、三角波、鋸齒波、高斯白噪聲。</p><p>　　程序的主要實(shí)現(xiàn)選擇模擬波形，在選擇波形的時(shí)候有兩個(gè)通道可以選擇波形，并且對(duì)于幅值、頻率

78、、相位這些參數(shù)還可以做到相應(yīng)的調(diào)整。通過(guò)把兩個(gè)不同的波形進(jìn)行相互疊加，形成各種不同的波形。具體實(shí)現(xiàn)如圖3-11，控制如圖3-12。</p><p>　　圖3-11 模擬波形實(shí)現(xiàn)模塊后面板</p><p>　　圖3-12 模擬波形實(shí)現(xiàn)模塊前面板</p><p>　　程序說(shuō)明：對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)需要把兩個(gè)通道的波形疊加在一起。如果聲卡沒(méi)有采集數(shù)據(jù)時(shí)候，我們可以用LABVI

79、EW模擬的數(shù)據(jù)波形來(lái)代替通過(guò)聲卡采集波形。</p><p>　　3.6 低通濾波模塊</p><p>　　信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中受到外界干擾會(huì)產(chǎn)生高頻噪音。因此我們需要過(guò)濾掉外界干擾產(chǎn)生的高頻噪聲信號(hào)，通常是采用低頻濾波器完成濾波工作。</p><p>　　后面板實(shí)現(xiàn)模塊如圖3-13所示：</p><p>　　圖3-13 后面板實(shí)現(xiàn)模塊</

80、p><p>　　前面板演示如圖3-14，可以設(shè)定截止頻率：</p><p>　　圖3-14 前面板演示圖</p><p>　　低頻濾波器配置方法如圖3-15所示:</p><p>　　圖3-15 頻譜分析模塊的前面板</p><p>　　3.7 波形顯示模塊</p><p>　　如圖3-16為波形顯

81、示模塊所顯示的采集信號(hào)：</p><p>　　圖3-16 波形顯示模塊</p><p>　　值得說(shuō)明的是，如果使分析波形更為精準(zhǔn)，在波形顯示控件中可以手動(dòng)調(diào)整X、Y軸的最大值和最小值。</p><p>　　第4章 程序設(shè)計(jì)顯示</p><p>　　4.1 程序的使用方法</p><p>　　4.1.1 程序的環(huán)境&l

82、t;/p><p>　　打開(kāi)程序，后面板和前面板都會(huì)包含在程序中，控制控件和以及示控件都會(huì)出現(xiàn)在前面板位里，后面板有程序框圖。如果要使用的時(shí)候可以生成應(yīng)用程序，按到要使用的電腦上就可以使用了。</p><p>　　打開(kāi)程序后，界面如圖4-1，點(diǎn)擊左上角的小箭頭，程序開(kāi)始運(yùn)行。</p><p>　　圖4-1 程序前面板</p><p>　　4.1.2

83、 聲卡配置</p><p><b>　　1.采樣頻率</b></p><p>　　因?yàn)橄到y(tǒng)能測(cè)試到的最高頻率與電路器件的性能密切相關(guān)，所以在選擇聲卡的時(shí)為了保證系統(tǒng)正常工作一般要選擇最高采樣頻率為44千赫茲的聲卡。根據(jù)</p><p>　　采樣定理我們能測(cè)試到的模擬信號(hào)，最高頻率能達(dá)到22千赫茲。同時(shí)我們必須要考慮到聲卡采集信號(hào)的質(zhì)量問(wèn)題，所

84、以實(shí)際測(cè)試的時(shí)候我們通常采用最高頻率為2.5千赫茲。</p><p><b>　　2.采樣精度</b></p><p>　　電路器件的位數(shù)決定了系統(tǒng)采樣精度的高低，為了保證系統(tǒng)正常工作一般都采用16位采樣的聲卡，其采樣精度為，分辨率大約為0.0015%。</p><p><b>　　3.實(shí)時(shí)帶寬</b></p>

85、<p>　　實(shí)時(shí)帶寬一般為2KHz。</p><p>　　4.2 程序的總框圖</p><p>　　程序的總框圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 程序總框圖</p><p>　　總框圖說(shuō)明：信號(hào)是由聲卡采集到虛擬器中的，在聲卡中的基本設(shè)置里做一下調(diào)整，設(shè)置聲卡的一些基本參數(shù)，如果在采集的過(guò)程中想要連續(xù)采集波形，這就

86、要求采樣頻率不能過(guò)低，如果過(guò)低化，采集的波形會(huì)出現(xiàn)間斷，不能連續(xù)。當(dāng)信號(hào)被采集完成后，聲卡就自動(dòng)開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)。信號(hào)切換的控件為真時(shí)，波形瀏覽器會(huì)自動(dòng)把聲卡的波形顯示出來(lái)；如果信號(hào)切換到控件為假時(shí)，波形瀏覽器就會(huì)顯示模擬數(shù)據(jù)不會(huì)有波形出現(xiàn)；然后通過(guò)低通道將濾過(guò)的波送個(gè)波形瀏覽器顯示。這里主要用到了while循環(huán)、case選擇等模塊。</p><p>　　4.3 程序的調(diào)試結(jié)果</p><p>

87、;　　雖然由于聲卡硬件條件的局限性使得音頻信號(hào)選擇范圍變得很小，但是也可以用來(lái)測(cè)量音頻范圍較小的信號(hào)，例如聲音、脈搏、心電、腦電和電話等。</p><p>　　4.3.1聲卡采集數(shù)據(jù)的結(jié)果</p><p>　　聲卡采集數(shù)據(jù)的結(jié)果：聲卡采集波形主要采集方式是運(yùn)用麥克，將麥克直接接到電腦聲卡上，對(duì)著麥克說(shuō)話，這樣采集到的波形就可以根據(jù)輸入聲音的變化而產(chǎn)生的變化。</p><

88、p>　　聲卡采集到的波形如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 聲卡采集到的波形顯示</p><p>　　值得說(shuō)明的是：波形分為直接聲卡采集到的波形和經(jīng)過(guò)低通濾波后的波形，同時(shí)可以通過(guò)右側(cè)控件，改變波形的顏色和設(shè)置低通濾波的截止頻率。</p><p>　　4.3.2模擬采集數(shù)據(jù)的結(jié)果</p><p>　　模擬采集數(shù)據(jù)的結(jié)果顯示：

89、首先選擇模擬采集數(shù)據(jù)控件，然后進(jìn)入模擬數(shù)據(jù)采集模塊。值得注意得是模擬數(shù)據(jù)可分為兩個(gè)通道，這兩個(gè)通道均可以選擇不一</p><p>　　樣的波形，并且都能改變波形的幅值、頻率、相位等數(shù)據(jù)，如圖4-4所示，同時(shí)也能把兩個(gè)通道的波形疊加成一個(gè)波形，如圖4-5所示。</p><p><b>　　圖4-4 模擬波形</b></p><p>　　圖4-5

90、疊加后的波形</p><p>　　根據(jù)調(diào)試結(jié)果我們可以得出以下結(jié)論，首先本次設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集信號(hào)可以采用普通低價(jià)的聲卡，這樣既可以節(jié)省成本也不會(huì)影響效果，很好的提高了性價(jià)比，再就是在LABVIEW圖形編程語(yǔ)言環(huán)境下去設(shè)計(jì)一個(gè)比較方便、較靈活性強(qiáng)的虛擬示波器，在顯示波形的領(lǐng)域是一種很不錯(cuò)的選擇。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p

91、>　　本次論文提出的設(shè)計(jì)是對(duì)現(xiàn)在最新的虛擬儀器技術(shù)做更深刻的研究。虛擬儀器技術(shù)使計(jì)算機(jī)的硬件和軟件得到了很好的結(jié)合，使硬件和軟件都得到飛躍的發(fā)展，尤其是目前應(yīng)用最廣泛的LABVIEWR軟件，它具有發(fā)展速度最快、圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境功能性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。虛擬儀器技術(shù)在設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)中的主要特點(diǎn)，一個(gè)為聲卡采集的功能，另一個(gè)是其能發(fā)揮出計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能和LABVIEWR軟件設(shè)計(jì)的靈活性，模擬采集數(shù)據(jù)。</p><

92、;p>　　1.主要闡述了虛擬儀器的定義和基本構(gòu)成以及現(xiàn)狀，還簡(jiǎn)單介紹了本文的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。</p><p>　　2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：先講述LABVIEW軟件創(chuàng)建過(guò)程，到設(shè)計(jì)方案的比較以及講述了聲卡采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。</p><p>　　3.詳細(xì)闡述了軟件模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程。</p><p>　　4.程序設(shè)計(jì)顯示：主要介紹程序的使用方法和程序的調(diào)試結(jié)果和分析結(jié)果。&l

93、t;/p><p>　　虛擬儀器技術(shù)主要是將聲卡采集的信息通過(guò)數(shù)據(jù)模擬模塊形成自己所需要的波形，然后利用低通濾波模塊消除在采集聲卡過(guò)程中摻雜的高音噪聲，最后便是利用波形顯示模塊進(jìn)行更準(zhǔn)確的分析波形，輸出模擬采集數(shù)據(jù)的結(jié)果。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中從課題的選擇到設(shè)計(jì)方案的確定，以及設(shè)計(jì)過(guò)程中軟

94、件的使用，到最后論文的撰寫(xiě)和格式修改，我的導(dǎo)師都給予了我很大的幫助。本論文在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)于律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)法、平易近人的人格魅力對(duì)本人影響深遠(yuǎn)。不僅使本人樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)習(xí)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。本次論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺?/p>

95、的敬意和衷心的感謝！在寫(xiě)論文的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題，在老師的耐心指導(dǎo)下，問(wèn)題都得以解決。所以在此，再次對(duì)老師道一聲：老師，謝謝您。</p><p>　　在整個(gè)畢設(shè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，我多次遇到了難以攻克的難題，不過(guò)在導(dǎo)師的耐心指導(dǎo)下，我都克服了困難完成了論文。在老師的悉心教導(dǎo)和同學(xué)的幫助下我對(duì)虛擬儀器技術(shù)這方面的知識(shí)有了比較系統(tǒng)的了解，我要深深感謝我的老師。我將在接下來(lái)的學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力。我還要感謝我的同學(xué)們。感謝這段

96、時(shí)間來(lái)他們給與的幫助，是他們幫我解決來(lái)做畢設(shè)來(lái)的許許多多棘手的問(wèn)題。 </p><p>　　最后，我要特別感謝我的父母。感謝這些年來(lái)她們無(wú)私的愛(ài)，是他們的愛(ài)和信任支撐著我一步步走過(guò)艱難困苦。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]吳成東，孫秋野，盛科.LABVIEW虛擬儀器程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].2008，12.

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