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1、 虚拟仪器实验报告 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，以实验室有限的经费，不能较多地购置以供同学们实验使用
2、。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软件声卡（在PC机主机内）麦克风虚拟仪器界面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。4 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
3、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
4、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SI 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4
5、4100Hz，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。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
6、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Waveform 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
7、。从功能模块中选择对象,将它们放到流程图上组成下图； 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 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7 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。4
