1、 西华大学实验报告西华大学实验报告实验课程名称：虚拟仪器开课学院及实验室：机械工程与自动化学院 2005 年 4 月 16 日实验项目名称 基于声卡的数据采集系统 指 导 教 师 黄惟公学生所在学院 机械工程与自动化学院 年级 /专业/班 02 级自动化姓 名 张 丹 学 号 20020305016 成 绩 921 实验目的（1）学习用声卡作为数据采集装置的 LabVIEW 编程方法；（2）从设计中深入理解虚拟仪器的组成，理解数据采集、数据分析的重要性，用 LabVIEW 实现测试系统的优点；（3）实验的应用：目前的测试教学实验中常常要用到 A/D 采集卡，而 A/D 采集卡价格不菲，以实验室
2、有限的经费，不能较多地购置以供同学们实验使用。进而考虑计算机中的声卡本身就是一个A/D、D/A 的转化装置，而且造价低廉，性能稳定，在教学实验中完全可以满足实验的需求，可以进一步开发研制了一个广泛应用的测试教学实验系统。2 实验设备、仪器计算机、声卡、LabVIEW 软件3 实验任务设计一个基于声卡的频谱分析仪，它可以采集从麦克风输入的声音，仪器可以调节采样频率、数据缓冲区的大小等，可显示其波形，并对波形作幅值谱分析。声卡（在PC 机主机内）麦克风虚拟仪器界面虚拟仪器实验报告14 实验原理4.1 声卡的基本常识声卡是现在计算机中非常常见的一个组件，是多媒体的标准配置。目前市场上的一般声卡按照其
3、位数可以分成 8 位和 16 位：8 位：8 位声卡把音频信号的大小（音量）分成 256 个等级（0255） 。16 位：16 位声卡把音频信号的大小分成为 65536 个等级（065535） 。在 LabVIEW 软件中，对于声卡的声道可以分为 mono 8-bit（单声道 8 位） 、mono 16-bit（单声道 16 位） 、stereo 8-bit（立体声 8 位） 、stereo 16-bit（立体声 16 位） 。其中，16 位声道比 8 位声道采样的信号质量好，立体声(stereo)比单声道(mono)采样信号好，采样的波形稳定，而且干扰小。另外，用单声道采样，左右声道信号都相
4、同，而且每个声道的幅值只有原来幅值的 1/2；用立体声采样，左右声道信号互不干扰，可以采两路不同的信号，而且采样的信号幅值与原幅值相同。声卡的采样频率（rate）有 4 种选择，即 8000Hz、11025 Hz、22050 Hz、44100 Hz，采样频率不同，采到波形的质量也不同，应该根据具体情况而采用合适的频率。4.2 LabVIEW 中有关声卡的函数简介LabVIEW 中提供了一系列使用 Windows 底层函数编写的与声卡有关的函数。这些函数集中在下图所示的 Sound VI 下。图 Sound VISound Input 函数简介图标 函数名称 功 能 说 明虚拟仪器实验报告2SI
5、 Config该函数的功能是设置声卡中与数据采集相关的一些硬件，如采样率、数据格式、缓冲区长度。声卡的采样率由内部时钟控制，只有 34 种固定频率可以选择，一般采样频率设置为44100Hz，数据格式设置为 16 位字长。缓冲区长度可取默认值。SI Start该函数用于通知声卡开始采集外部数据。采集到的数据会被暂存在缓冲区中，这一过程无需程序干预，由声卡硬件使用 DMA直接完成，保证了采集过程的连续性。SI Read该函数用于等待数据缓冲区满的消息。当产生这一消息时，它将数据缓冲区的内容读取到用户程序的数组中，产生一个采集数据集合。若计算机速度不够快，使得缓冲区内容被覆盖，则会产生一个错误信息。
6、这时应调节缓冲区大小，在采样时间与读取数据之间找到一个理想的平台。SI Stop该函数用于通知声卡停止采集外部数据。已采集而未被读出的数据会留在缓冲区中，可以使用 SI Read 函数一次完成。SI Clear 该函数用于完成最终的清理工作，例如关闭声卡的采样通道，释放系统资源（包括 DMA、缓冲区内存、声卡端口等）5 实验步骤1.选择 FileNew，打开一个新的前面板窗口。2.从 All ControlGraph 中选择 2 个 Waveform Graph 放到前面板中；3.在第一个 Waveform Graph 的标签文本框中输入“Time Waveform” ； 4.在第二个 Wav
7、eform Graph 的标签文本框中输入“Spectrum”,然后在其属性对话框选择Scales,将纵坐标的 name 改为 Magnitude；5.打开 WindowsShow Block Diagram 打开流程图窗口。从功能模块中选择对象,将它们放到流程图上组成下图；虚拟仪器实验报告3图 流程图6 实验过程记录(数据、图表、计算等)改变 Buffer Size 设置为 512，1024，2048，4096，8000 等观察采集的波形、频谱。其特点是：。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。改变采样频率 Rate 设置为 8000Hz、11025 Hz、22050
8、Hz、44100 Hz,观察采集的波形、频谱。其特点是：。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。当 Buffer Size 为 2048，Rate 为 8000Hz，哼唱“同一首歌”时波形和频谱如下图。图 设计仪器的运行结果虚拟仪器实验报告47 思考题声卡能否采集从测量仪输出的信号吗？如果可以请查阅资料，设计相关电路图；如果不行，说明理由。（思考题可回答也可不回答，回答者分数高。 ）8 感想及建议实验报告要求：1 按此参考格式书写，第 1 页中“1 实验目的”以上部分必须按样本复印（附有空白样本） ；2 其它内容可以根据自己的理解增添，但除了第 7 项内容，其它都必须包括；3 报告用手写，相应的图可以打印后剪下贴上去，打印稿不予接收。
