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基于LabVIEW聲卡的數據采集

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更新時間：2016-02-26
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基于LabVIEW聲卡的數據采集.rar
摘要

當今，科學技術的不斷進步，對測量技術的要求越來越高,并且測量技術在各個領域得到了廣泛的應用。本文采用虛擬儀器的思想，結合計算機的結構特點，提出了一種以計算機為平臺，基于聲卡數據采集、顯示與分析的虛擬儀器系統。介紹了聲卡數據采集系統的制作要點，運用LabVIEW程序開發系統，在普通配備有聲卡的計算機上，實現了雙通道數據采集系統。
實驗結果表明：系統能夠正確采集聲卡設計頻率內的信號，可用于該范圍內的一般數據采集與應用。此方法生成的采集軟件交互性好，性價比高，且實現簡單，還可以根據用戶的需求進行功能擴充，為低成本構建數據采集系統提供了一種思路。在LabVIEW環境中簡單、界面友好、實現了音頻信號的采集分析及數據存盤重載�？梢酝茝V到語音識別、環境噪聲監測和實驗室測量等多種領域，應用前景廣闊。

關鍵詞：LabVIEW；聲卡；數據采集；虛擬儀器；信號分析
Abstract

Today, with the development of science and technology, the requirement measurement technology is getting more and more important. The application electronic measurement technology has extended to more fields than before.the paper design a data acquisition, signal analysis and virtual instrument system based on computer. Introduced the sound card data acquisition system manufacture main point, utilizes the LabVIEW procedure development system, has a Cardin the ordinary equipment on the computer, has realized double channel data acquisition system.
Experiment results prove that the system can acquire signals in the frequency range designed for sound card correctly, and can be applied in the domains of data acquisitions and general analysis. In the range of voice frequency, data saving and overloading is successful in LabVIEW .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 application prospect, this solution can be extended to the field of speech recognition,embient noise monitoring and laboratory measurement etc.

Key words: LabVIEW; Date acquisitions; Sound card; Virtual instrument; Signal analysis

目錄

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
第一章緒論 1
1.1 問題的提出 1
1.2 虛擬儀器LabVIEW的概述 1
1.2.1虛擬儀器的產生 3
1.2.2 虛擬儀器概念 3
1.2.3虛擬儀器的構成 4
1.2.4虛擬儀器的優點 5
1.3 基于LabVIEW和聲卡數據采集系統在國內外的發展動態 5
1.3.1 LabVIEW前景展望 5
1.3.2 聲卡與數據采集系統的發展動態 6
1.3.3 國外虛擬儀器的現狀 6
1.3.4 國內虛擬儀器的現狀 7
1.3.5 虛擬儀器的發展趨勢 8
1.4 本課題研究意義 10
1.5 本次設計的主要內容 10
第二章基于聲卡數據采集系統的總體設計方案 12
2.1 硬件的選擇 12
2.2 軟件的實現 12
第三章 LabVIEW編程環境介紹 14
3.1 LabVIEW簡介 14
3.2 圖形化的編程環境 14
3.2.1 G語言簡述 14
3.2.2 LabVIEW程序組成 15
3.2.3 LabVIEW的操作模板 16
3.3 聲卡設置模塊 20
3.4 虛擬儀器創建過程 21
第四章聲卡 22
4.1 從數據采集角度認識聲卡 22
4.1.1聲卡工作原理及性能指標 22
4.1.2聲卡的作用 23
4.1.3 聲卡的硬件結構設計 23
4.1.4 聲卡的軟件設計 25
4.2 聲卡的主要技術參數 26
4.2.1 采樣的位數 26
4.2.2 采樣頻率 26
4.2.3 緩沖區 26
4.2.4 沒有基準電壓 27
4.3 聲卡用于數據采集時的一些設置 27
第五章數據采集和數據采集卡 29
5.1 數據采集系統的構成 29
5.2 數據采集卡 30
5.2.1 數據采集卡的功能簡介 30
5.2.2 數據采集卡的軟件配置 30
5.3 數據采集系統的測試與分析 32
第六章波形顯示及其采樣 34
6.1 波形輸入設備 34
6.2 輸入緩沖區的分配和管理 34
6.3　波形的顯示 35
6.4　數據的存儲 35
6.5 波形輸入設備的停止與關閉 37
第七章信號分析與處理 39
7.1 概述 39
7.2　信號的產生 41
7.3 標準頻率 43
7.4　數字信號處理 43
7.4.1　FFT變換 43
7.4.2 單邊、雙邊FFT 45
7-5 諧波失真與頻譜分析 46
7-6 數字濾波 48
7-7 IIR和FIR濾波器 50
7.8 信號分析與處理模塊程序 51
第八章結束語 54
參考文獻 55
致謝 56
附圖 57

第一章緒論

1.1 問題的提出
現代科技發展日新月異，計算機尤其如此。計算機強大的處理能力，使得它成為一種很好的工具，其應用范圍也越來越廣泛。雖然傳統儀器已經得到迅猛的發展，儀器精度越來越高，功能越來越強，性能越來越好，但傳統儀器基本上沒有擺脫單獨使用、手動操作的模式。在工業自動化測試及測量領域，傳統的方法有許多重復建設，使用起來很不方便，其局限性非常明顯，顯然己經不能適應時代發展的需要了。傳統臺式儀器是由廠家設計并定義好功能的一個封閉結構，它有固定的輸人/輸出接口和儀器操作面板。每種儀器只能實現一類特定的測量功能，并以確定的方式提供給用戶。常用的數字示波器、數字萬用表、信號發生器、數據記錄儀及溫度和壓力監控器就是傳統儀器的代表。
一方面，目前我國高檔臺式儀器如數字示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀等還主要依賴進口，這些儀器加工工藝復雜、對制造水平要求高，生產突破有困難。另一方面，用戶可以將一些先進的數字信號處理算法應用于虛擬儀器的設計，提供傳統臺式儀器所不具備的功能，而且完全可以通過軟件配置實現多功能集成的儀器設計。因此，目前研制一種結構簡單、操作方便、生產技術要求不高、費用低的數字示波器是非常必要的。如何利用先進的計算機技術提高效率則成為測量領域迫切需要解決的問題。
LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench）是美國NI公司具有革命性的圖形化編程語言和虛擬儀器開發環境，它廣泛地被工業界、學術界和研究試驗室所接受，被公認為是標準的數據采集和儀器控制軟件。LabVIEW不僅提供了與遵從GPIB，VXI，RS-232和RS-485協議的硬件及數據采集卡通行的全部功能，還內置了支持TCP/IP，ActiveX等軟件標準的庫函數，而且其圖形化的編程界面使編程過程變的有趣生動。LabVIEW是一個功能強大且靈活的軟件，利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器。以LabVIEW為代表的圖形化程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程語言時，基本上不需要編寫程序代碼，而是“繪制”程序流程圖。LabVIEW盡可能利用工程技術人員構建自己的科學和工程系統能力，可為實現儀器編程和數據采集系統提供便捷途徑。
1.2 虛擬儀器LabVIEW的概述
LabVIEW7.1版本增加的Express技術，簡化了測試測量應用系統的開發進程，其靈活性的交互式VI易與各種范圍的I/O信號連接，用戶甚至只需要點擊鼠標配置應用系統，即可完成搭建工作并開始運行。通過簡單地修改Express VI的配置，可以快速的反復修改應用程序以適應新的測試測量需求。
虛擬儀器（virtual instrument）是基于計算機的儀器計算機和儀器的密切結合是目前儀器發展的一個重要方向。簡單的說，這種結合有兩種方式。一種方式是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器的功能也越來越強大，目前已經出現含有嵌入式系統的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機，以通用的計算機硬件及操作系統為依托，實現各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。如圖1-1反映了常見的虛擬儀器組建方案。
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