基于声卡和labvIEW的虚拟仪器设计

基于声卡和labvIEW的虚拟仪器设计

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，通过用户界面可将数据以excel

形式提交给用户。

4.点击回放按键。面板上可显示回放存储数据的波形，或计算机内部产生的信号

波形（需通过控件来选择），同时信号通过声卡完成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。需合理排布用户前面板，体现良好的程序用

户交流界面。 注意：

1.计算机内部产生的信号：通过调用框程图中的不同功能函数，得到不同的信号。

面板上可选择信号类型按钮：选择正弦，余弦、三角波、方波、锯齿波等；频

率选择按钮：调节输出信号的频率；幅值调节按钮：调节输出信号的幅值。 2.采集从线路输入口Line In或麦克风接口Mic In的外部信号由信号发生器提 供。注意幅值不同：

线路输入口Line In：可接入不超过1.5V的信号

麦克风接口Mic In： 可接入大约为0.02～0.2V的信号

3.在运行程序时一定要选好计算机系统的声音选项。要不然可能得不到正确的波

形。比如要采集从线路输入口进入的外部信号。那最好对录音选项里选择线路

输入，而不是混合单声道或者是混合立体声，要不然会产生干扰．波形有极大

的噪点。当选择混合输入时，最好不要使计算机系统产生任何声音．要不然不

能采集显示所需要的波形。

二、任务分析

根据题目要求，整个过程可以分为三大部分：声音信号的采集、分析与处理、声音信号回放。 1、信号采集

该部分主要涉及声卡采集的一系列初始化操作，包括采样率、通道数、采样位数、缓存区大小设置等。在Labview中有专门与计算机声卡相匹配的函数节点“配置声音输入”。接下来，读取信号，进行实时显示，此后再将信号数据以文本形式保存。

2、信号分析与处理

该部分程序的主要功能是读取信号采集中保存的数据文件，对信号进行时域显示、频谱分析、功率谱分析以及幅值、频率、周期等参数的测量。 3、信号回放

该部分中，再次读取声音文件，运用Labview中的“播放波形”函数节点可以驱动声卡，将数据以音频形式播放，可用耳机收听。另外，通过操作选项，可产生计算机内部信号（正弦波、方波、三角波、锯齿波可选），随后通过“播放波形”播放。

三、软硬件实现过程

（一）软件编程

主版面有三个选择项：声音采集、信号分析和声音回放。分别对应该系统的三大操作步骤，在程序框图中，以条件分支结构的形式体现。 1、声音采集部分 前面板（图1-1）：该部分主要是声卡采集的初始化设置。缓存区设置采用旋钮的方式，调节范围是0~100000。采样频率可人为设置，根据声音的采样特性，此处可以选择输入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。

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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”）。

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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。

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