基于声卡的时域分析仪设计.doc

1、哈尔滨华德学院课程设计用纸目录第1章 绪论11.1选题目的11.2设计要求11.2.1设计题目11.2.2设计指标11.2.3设计功能1第2章 总体设计方案22.1总体设计方案22.1.1设计原理22.1.2实验设备及仪器32.1.3 实验软件LabVIEW简介32.2软件流程图4第3章 前面板设计53.1前面板设计53.2前面板美化53.2.1前面板波形显示控件的美化53.2.2前面板波形调节控件的美化6第4章 程序面板设计74.1程序面板设计74.1.1主程序设计74.1.2属性节点设置74.2主要函数功能说明84.2.1 LABVIEW中有关声卡的函数简介84.2.2 数据采集84.2.

2、3波形处理94.2.4 波形显示94.2.5属性节点的设计10收获和体会11致谢12参考文献13附录1滤波前后波形的对比图14附录2滤波后直流-均方根波形图15附录3后面板总体程序16第1章 绪论1.1选题目的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。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一个广泛应用的测试教学实验系统。1.2设计要求1.2.1设计题目题目：基于声卡的时域分析仪设计1.2.2设计指标显示滤波之前和滤波

3、之后的声音信号波形，并显示滤波后信号的直流值和均方根值的图像。1.2.3设计功能通过声卡采集麦克的声音，选择合理的滤波器类型，对采集到的声音信号进行滤波。第2章 总体设计方案2.1总体设计方案2.1.1设计原理LabView的声音模块中提供了声音的输入输出控件，能够实现从缓冲区中读取由声卡写入的声音信号的数据，同时LabView中的信号处理模块中提供了各种信号处理的函数控件，能够实现对信号进行各种处理，从物理介质获得声音（麦克风或者声卡），经过AD采样，将采样后的数据通过波形显示器输出，对采样后的数据进行滤波处理，得到处理后的波形，然后再将波形进行时域的分析，最后将所有波形用波形图现实出来。工

4、作过程为：输入时，测试信号首先经过信号调理电路，利用PC机声卡的麦克风输入（mic in）或线路输入（line in）作为信号的输入端口，将获取到的模拟音频信号经过左右两个通道和A/D转换后送入计算机，通过LabVIEW编写的采集程序进行各种处理和保存。系统设计原理框图：输入配置显示属性的设置声音信号的处理（滤波）声卡采集波形显示图2-1系统设计原理框图2.1.2实验设备及仪器 计算机、声卡、LabVIEW软件，其组成如下图。声卡（在PC机主机内）麦克风虚拟仪器界面图2-2实验设备结构图2.1.3 实验软件LabVIEW简介LabVIEW是图形化开发环境，它具有功能强大、编程效率高、界面友好、

5、参数修改方便等优点，同时它在功能完整性和应用灵活性上也不逊于任何高级语言，其标志如图2-3所示：图2-3 LABVIEW图标LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在 LabVIEW中被称为前面板。2.2软件流程图程序初始化声卡采集声音原始波形参数设置滤波器的选择及其参数设置 波形显示选择是否显示直流均方根波形 N Y 直流-均方根波形显示显示滤波前后的波形结束第3章

6、 前面板设计3.1前面板设计本次设计主要是采集声音信号的波形图，所以波形图显示控件是主要的控件必不可少，滤波前后的波形以及直流均方根的波形显示共需4个波形显示控件，这样一来前面板就有点显得拥挤。在设计前面板主要考虑界面的美观操作简洁方便，接近真实仪器的操作面板。3.2前面板美化3.2.1前面板波形显示控件的美化本次课设要求的对比性比较强，所以采用选项卡控件能有效的节省空间，对比一目了然。滤波前后波形的及其调节旋钮美化，如图所示：图3-1滤波前后波形图 直流均方根波形显示及其旋钮设计，如图所示：图3-2直流-均方根波形图3.2.2前面板波形调节控件的美化 前面板的控制控件:图3-3前面板控件组合

7、图第4章 程序面板设计4.1程序面板设计4.1.1主程序设计 通过计算机声卡采集信号并进行滤波处理，如图：图4-1采集信号与滤波处理4.1.2属性节点设置图4-2属性节点设置4.2主要函数功能说明4.2.1 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。由于使用Windows底层函数（不是更高级更方便的MCI函数以及DirectX接口）直接与声卡驱动程序打交道，因此封装层次低，速度快，而且可以访问、采集缓冲区中任意位置的数据，具有很大的灵活性，能够满足实时不间断采集的需要。如图所示：图4-3声音输入函数4.2.2 数据采集首先从

8、LabView软件中的程序面板的声音模块中找到：读取声音输入控件，配置声音输入控件。读取声音输入控件用来从缓冲区读取声卡写入的数据，而配置声音输入控件用来设置采样频率，设备ID，以及对声音的初始化。而在前面板中设置这些参数。对于声音的初始化。默认的初始值为：采样率为44100，通道数选1（如为2，则为双通道），每采样比特数为16，设备ID设为0，每通道采样数为5000。后面板程序连接图如下：图4-4初始值设置程序图其中加上While循环实现循环采样。4.2.3波形处理对于波形处理，可以直接从后面板的信号处理模块中找到相应的控件。如滤波。在设计时，为了使前面板能够选择处理方式，该程序采用了条件结

9、构。如滤波器使用了2阶低通ButterWorth滤波，可以通过条件结构实现不同滤波的选择。同时对于截止频率和滤波器的选择也在前面板中创建了下拉列表类。后面板的信号处理程序如下图：图4-5信号处理程序4.2.4 波形显示对于波形的显示，采用波形图控件(图4-6)进行显示。直接在前面板的图形模块中找到波形图控件，然后在后面板中将输出信号接到波形图即可实现波形的显示。为进行实时的显示，将波形图放在while循环内。图4-6波形图标识4.2.5属性节点的设计为了能对波形图的显示的方式进行调节，对其X标尺和Y标尺设置了属性节点，包括时域图形时间轴精度，数据时长，起始刻度以及频谱图形的X轴精度等。波形显示

10、的属性节点的前面板设计如下，它通过转盘实现对图形显示的调整的，如图3-2。属性节点的后面板程序图如图所示（其中“停止”为局部变量）：图4-7 属性节点收获和体会由调试结果可知，设计用普通低廉的声卡代替了数据采集卡，在LABVIEW图形编程语言环境下设计实现了一种方便、灵活性强的虚拟示波器，对一些应用领域是一种很好的选择。利用计算机声卡代替昂贵的数据采集卡采集数据，以图形化编程语言的虚拟仪器软件LabVIEW为开发工具，充分利用计算机强大的信息处理能力和LabVIEW模块化编程技术，实现了常见音频信号的实时采集、显示以及分析等功能。其有效的利用了计算机资源，节约了数据采集成本，易于构建和升级，并

11、且界面友好，操作简单，成本较低，易于实现，不仅可以应用于科研试验，而且可以应用于检测车辆等方面，具有比较广阔的应用前景。致谢经过了这次的课程设计，在设计的过程中，老师和同学给了我许多的帮助。首先谢谢我的指导老师：徐秋景、姜滨。老师在我的设计过程中一直给我指导和帮助，帮我解决了许多在设计中遇到的难题，减少了我在设计中遇到的困难，并教会了我许多有关LABVIEW的知识，扩展了我的知识面。也要感谢跟我一组的同学，许多次在我设计不知如何下手时，他都给了我许多的建议，使我大大加快了设计的进程。因为有这样的良师益友，使我在设计中减少了走弯路的次数，顺利的完成了课程设计。参考文献1 王福明，于丽霞，刘吉，丁

12、博.LabVIEW 程序设计与虚拟仪器.西安：西安科技大学出版社, 20092 侯国屏，王坤，叶齐鑫. labview7.1编程与虚拟仪器设计. 北京：清华大学出版社，20053 杨乐平，李海涛，杨磊. labview程序设计与应用2版. 北京：电子工业出版社，20064 杨乐平，李海涛，赵勇，等.LabVIEW 高级程序设计. 北京：清华大学出版社, 20035 王磊，陶梅. 精通LabVIEW8.0. 北京：电子工业出版社，20076 张凯.labview虚拟仪器工程设计与开发. 北京：国防工业出版社，20047 陈锡辉，张银鸿. labview8.20程序设计从入门到精通. 北京：清华大学出版社，20078 陆绮荣.基于虚拟仪器技术个人实验室的构建. 北京：电子工业出版社，2006附录1滤波前后波形的对比图附录2滤波后直流-均方根波形图附录3后面板总体程序16