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基于LabVIEW声卡的数据采集

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更新时间：2016-02-26
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基于LabVIEW声卡的数据采集.rar
摘要

当今，科学技术的不断进步，对测量技术的要求越来越高,并且测量技术在各个领域得到了广泛的应用。本文采用虚拟仪器的思想，结合计算机的结构特点，提出了一种以计算机为平台，基于声卡数据采集、显示与分析的虚拟仪器系统。介绍了声卡数据采集系统的制作要点，运用LabVIEW程序开发系统，在普通配备有声卡的计算机上，实现了双通道数据采集系统。
实验结果表明：系统能够正确采集声卡设计频率内的信号，可用于该范围内的一般数据采集与应用。此方法生成的采集软件交互性好，性价比高，且实现简单，还可以根据用户的需求进行功能扩充，为低成本构建数据采集系统提供了一种思路。在LabVIEW环境中简单、界面友好、实现了音频信号的采集分析及数据存盘重载。可以推广到语音识别、环境噪声监测和实验室测量等多种领域，应用前景广阔。

关键词：LabVIEW；声卡；数据采集；虚拟仪器；信号分析
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

目录

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
第一章绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 虚拟仪器LabVIEW的概述 1
1.2.1虚拟仪器的产生 3
1.2.2 虚拟仪器概念 3
1.2.3虚拟仪器的构成 4
1.2.4虚拟仪器的优点 5
1.3 基于LabVIEW和声卡数据采集系统在国内外的发展动态 5
1.3.1 LabVIEW前景展望 5
1.3.2 声卡与数据采集系统的发展动态 6
1.3.3 国外虚拟仪器的现状 6
1.3.4 国内虚拟仪器的现状 7
1.3.5 虚拟仪器的发展趋势 8
1.4 本课题研究意义 10
1.5 本次设计的主要内容 10
第二章基于声卡数据采集系统的总体设计方案 12
2.1 硬件的选择 12
2.2 软件的实现 12
第三章 LabVIEW编程环境介绍 14
3.1 LabVIEW简介 14
3.2 图形化的编程环境 14
3.2.1 G语言简述 14
3.2.2 LabVIEW程序组成 15
3.2.3 LabVIEW的操作模板 16
3.3 声卡设置模块 20
3.4 虚拟仪器创建过程 21
第四章声卡 22
4.1 从数据采集角度认识声卡 22
4.1.1声卡工作原理及性能指标 22
4.1.2声卡的作用 23
4.1.3 声卡的硬件结构设计 23
4.1.4 声卡的软件设计 25
4.2 声卡的主要技术参数 26
4.2.1 采样的位数 26
4.2.2 采样频率 26
4.2.3 缓冲区 26
4.2.4 没有基准电压 27
4.3 声卡用于数据采集时的一些设置 27
第五章数据采集和数据采集卡 29
5.1 数据采集系统的构成 29
5.2 数据采集卡 30
5.2.1 数据采集卡的功能简介 30
5.2.2 数据采集卡的软件配置 30
5.3 数据采集系统的测试与分析 32
第六章波形显示及其采样 34
6.1 波形输入设备 34
6.2 输入缓冲区的分配和管理 34
6.3　波形的显示 35
6.4　数据的存储 35
6.5 波形输入设备的停止与关闭 37
第七章信号分析与处理 39
7.1 概述 39
7.2　信号的产生 41
7.3 标准频率 43
7.4　数字信号处理 43
7.4.1　FFT变换 43
7.4.2 单边、双边FFT 45
7-5 谐波失真与频谱分析 46
7-6 数字滤波 48
7-7 IIR和FIR滤波器 50
7.8 信号分析与处理模块程序 51
第八章结束语 54
参考文献 55
致谢 56
附图 57

第一章绪论

1.1 问题的提出
现代科技发展日新月异，计算机尤其如此。计算机强大的处理能力，使得它成为一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。虽然传统仪器已经得到迅猛的发展，仪器精度越来越高，功能越来越强，性能越来越好，但传统仪器基本上没有摆脱单独使用、手动操作的模式。在工业自动化测试及测量领域，传统的方法有许多重复建设，使用起来很不方便，其局限性非常明显，显然己经不能适应时代发展的需要了。传统台式仪器是由厂家设计并定义好功能的一个封闭结构，它有固定的输人/输出接口和仪器操作面板。每种仪器只能实现一类特定的测量功能，并以确定的方式提供给用户。常用的数字示波器、数字万用表、信号发生器、数据记录仪及温度和压力监控器就是传统仪器的代表。
一方面，目前我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求高，生产突破有困难。另一方面，用户可以将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器的设计，提供传统台式仪器所不具备的功能，而且完全可以通过软件配置实现多功能集成的仪器设计。因此，目前研制一种结构简单、操作方便、生产技术要求不高、费用低的数字示波器是非常必要的。如何利用先进的计算机技术提高效率则成为测量领域迫切需要解决的问题。
LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench）是美国NI公司具有革命性的图形化编程语言和虚拟仪器开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究试验室所接受，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW不仅提供了与遵从GPIB，VXI，RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通行的全部功能，还内置了支持TCP/IP，ActiveX等软件标准的库函数，而且其图形化的编程界面使编程过程变的有趣生动。LabVIEW是一个功能强大且灵活的软件，利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器。以LabVIEW为代表的图形化程序语言，又称为“G”语言。使用这种语言编程语言时，基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。LabVIEW尽可能利用工程技术人员构建自己的科学和工程系统能力，可为实现仪器编程和数据采集系统提供便捷途径。
1.2 虚拟仪器LabVIEW的概述
LabVIEW7.1版本增加的Express技术，简化了测试测量应用系统的开发进程，其灵活性的交互式VI易与各种范围的I/O信号连接，用户甚至只需要点击鼠标配置应用系统，即可完成搭建工作并开始运行。通过简单地修改Express VI的配置，可以快速的反复修改应用程序以适应新的测试测量需求。
虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。简单的说，这种结合有两种方式。一种方式是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器的功能也越来越强大，目前已经出现含有嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。如图1-1反映了常见的虚拟仪器组建方案。
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