基于Labview的声卡开发教程汇总.docx

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基于Labview的声卡开发教程汇总

基于Labview的声卡开发教程汇总

基于LabVIEW的声卡数据采集系统的开发教程

在虚拟仪器系统中，信号的输入环节一般采用数据采集卡实现。

商用的数据采集卡具有完整的数据采集电路和计算机借口电路，但一般比较昂贵，计算机自带声卡是一个优秀的数据采集系统，它具有A/D和D/A转换功能，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、通用性强，软件特别是驱动程序升级方便。

如被测对象的频率在音频范围内，同时对采样频率要求不是太高，则可考虑利用声卡构建一个数据采集系统。

1.从数据采集的角度看声卡

1.1声卡的作用

从数据采集的角度来看，声卡是一种音频范围内的数据采集卡，是计算机与外部的模拟量环境联系的重要途径。

声卡的主要功能包括录制与播放、编辑和处理、MIDI接口三个部分。

1.2声卡的硬件结构

图1是一个声卡的硬件结构示意图。

一般声卡有4~5个对外接口。

图1声卡的硬件结构示意图

声卡一般有LineIn和MicIn两个信号输入，其中LineIn为双通道输入，MicIn仅作为单通道输入。

后者可以接入较弱信号，幅值大约为0.02~0.2V。

声音传感器（采用通用的麦克风）信号可通过这个插孔连接到声卡。

若由MicIn输入，由于有前置放大器，容易引入噪声且会导致信号过负荷，故推荐使用LineIn，其噪声干扰小且动态特性良好，可接入幅值约不超过1.5V的信号。

另外，输出接口有2个，分别是WaveOut和SPKOut。

WaveOut（或LineOut）给出的信号没有经过放大，需要外接功率放大器，例如可以接到

振幅的数目越多，记录的音质也就越高。

2.2采样频率

每秒钟采集声音样本的数量。

采集频率越高，记录的声音波形就越准确，保真度就越高。

但采样数据量相应变大，要求的存储空间也越多。

目前，声卡的最高采样频率是44.1KHz，有些能达96KHz。

一般将采样频率设为4挡，分别是44.1KHz、22.05KHz、11.025KHz、8KHz。

2.3缓冲区

与一般数据采集卡不同，声卡面临的D/A和A/D任务通常是连续的。

为了在一个简洁的结构下较好地完成某个任务，声卡缓冲区的设计有其独到之处。

为了节省CPU资源，计算机的CPU采用了缓冲区的工作方式。

在这种工作方式下，声卡的A/D、D/A都是对某一缓冲区进行操作。

一般声卡使用的缓冲区长度的默认值是8192字节，也可以设置成8192字节或其整数倍大小的缓冲区，这样可以较好地保证声卡与CPU的协调工作。

声卡一般只对20Hz~20KHz的音频信号有较好的响应，这个频率响应范围已经满足了音频信号测量的要求。

2.4基准电压

声卡不提供基准电压，因此无论是A/D还是D/A，在使用时，都需要用户参照基准电压进行标定。

目前一般的声卡最高采样频率可达96KHz；采样位数可达13位甚至32位；声道数为2，即立体声双声道，可同时采集两路信号；每路输入信号的最高频率可达22.05KHz，输出16为的数字音频信号，而16位数字系统的信噪比可达96dB。

2.LabVIEW中有关声卡的控件介绍

利用声卡作为声音信号的DAQ卡，可以方便快捷地穿件一个采集声音信号的VI。

与声音信号相关的函数节点位于程序框图下【函数】选版下【编程】函数选版的【图形与声音】函数子选版的【声音】函数选版的各子选版，如图4所示

图4LabVIEW中声卡控件

下面主要介绍【声音】/【输入】控件选板中相关控件的作用。

配置声音输入配置声音输入设备（声卡）参数，用于获取数据并且将数据传送至缓冲区。

启动声音输入采集开始从设备上采集数据，只有停止声音输入采集已经被调用时，才需要使用该VIs。

声音输入清零停止声音采集，清除缓冲区，返回到任务的默认状态，并且释放与任务有关的资源。

配置声音输出用于配置声音输出设备的参数，使用“写入声音输出”VI将声音写入设备。

写入声音输出将数据写入声音输出设备，如要连续写入，必须使用配置声音输出VI配置设备，必须手动选择所需多态实例。

声音输出清零将任务返回到默认的未配置状态，并清空与任务相关的资源，任务变为无效。

此外，还有众多的声音文件的打开和关闭等函数节点，在此不一一介绍，读者可参考LabVIEW帮助窗口进行了解。

另外在程序框图下【Express】下【输入】下的【声音采集】及【输出】下的【播放波形】也是与声音信号相关的函数节点，如图5所示。

图5LabVIEW中Express下的声卡控件

3.应用程序举例

4.1声音的基本采集

利用声卡采集声音信号，其程序的基本实现过程如图6所示。

图6声卡采集程序流程图

4.1.1VIs声音采集

本案例通过采集由LineIn输入的声音信号，练习声音采集的过程。

操作步骤

[1]执行【开始】/【程序】/NationalInstrumentsLabVIEW8.5】命令，进入LabVIEW8.5的七栋界面。

[2]在启动界面下，执行【文件】/【新建VI】菜单命令，创建一个新的VI，切换到前面板设计窗口下，移动光标到前面板设计区，打开【空间】/【新式】/【图形显示控件】控件选板，选择一个“波形图”控件，放置到前面板设计区，编辑其标签为“声音信号波形”并调整它的大小，如图7所示。

图7波形图标签编辑

[3]切换到程序框图设计窗口下，打开【函数】/【编程】/【图形与声音】/【声音】/【输入】函数选板，在程序框图设计区放置一个“配置声音输入”节点、一个“启动声音输入采集”节点、一个“读取声音输入”节点、一个“停止声音输入采集”节点、一个“声音输入清零”节点，如图8所示。

图8声音输入控件

[4]移动光标到各节点上。

可以在“即时帮助”窗口中看到各节点的端口及解释。

如“配置声音输入”节点，如图9所示。

图9“配置声音输入”节点

[5]分别移动光标到“配置声音输入”节点的“设备ID”、“声音格式”、“采样模式”的输入端口上，单击鼠标右键，从弹出右键快捷菜单中，执行【创建】/【输入控件】菜单命令，通过端口创建相应的输入节点，如图10所示。

图10“配置声音输入”节点设置

[6]移动光标到“声音输入清零”节点的“错误输出”端口上，单击鼠标右键，从弹出的右键快捷菜单中执行【创建】/【显示控件】菜单命令，创建相应的显示节点，如图11所示

图11“声音输入清零”节点设置

[7]打开【函数】/【编程】/【结构】函数选板，选择“While循环”节点，放置到程序框图设计区，在“While循环”的循环条件端口创建一个输入控件，移动光标到“While循环”的循环条件节点的输入端，单击鼠标右键，从弹出的右键快捷菜单中执行【创建】/【输入控件】菜单命令，创建相应的输入节点，并按图12所示，完成程序框图的设计。

图12程序框图的设计

[8]切换设计界面到前面板，可以看到与程序框图设计区节点相对应的控件对象，调整它们的大小和位置，美化界面。

[9]单击工具栏上程序运行按钮，并对着传声器输入语音或一段音乐，即可在波形图空间中查看声音信号的波形，其中的一个运行界面如图13所示。

图13程序运行界面

3.1.2ExpressVIs声音信号采集

本案例通过将采集到的声音信号显示在波形图中来学习“Expree输入”中“声音采集”函数的应用。

在练习的过程中，注意比较与“编程”中“声音输入”函数的异同。

操作步骤

[1]创建一个新的VI，切换到前面板设计窗口下，在前面板设计区放置一个“波形图”，编辑其标签为“声音信号波形”并调整它的大小。

[2]切换到程序框图设计窗口下，打开【Express】/【输入】函数选板，在程序框图设计区放置一个“声音采集”函数节点，并按图14所示设置各参数值。

图14配置声音采集设置面板

[3]移动光标到“声音采集”节点上，可以看到各端口的解释，根据节点的输入端“采样率”、“设备”、“通道数量”、“分辨率”及“持续时间”端口，创建相应的输入控件，如图15所示

图15Express中声音采集控件及其设置

[4]在程序框图设计区放置一个“While循环”节点，并按图16完成程序框图的设计。

图16程序框图设计

[5]切换到前面板设计窗口下，调整各空间的大小和位置，并设置输入控件的输入参数，然后单击前面板工具栏上程序运行按钮，开始运行程序，并对着传声器输入语音或一段音乐，即可在波形图空间中查看声音信号的波形，其中的一个运行界面如图17所示。

图17程序运行界面

4.2双踪示波器

图18、19是一个用声卡实现的双踪示波器，它可以实现测试信号波形、单频测量等。

图18用声卡实现的双踪示波器界面

图19双踪示波器程序框图设计

以上程序框图通过不同的条件结构实现不同的控制。

在程序设计中，利用【函数】/【Express】/【信号操作】函数面板中“拆分信号”节点，如图20所示。

图20“拆分信号”节点

由于由LineIn采集到的声音信号，其左右声道的声音信号是并接的，利用“拆分信号”节点，可以实现不同声道信号分离的目的，以达到对不同声道信号进行不同操作如增益、幅度改变等。

由于直接由“读取声音输入”节点输入的声音实则是动态数据，要对采集到的信号进行增益等的控制，必须进行数据类型的转化，在本设计中，采用“从动态数据转换”节点实现目的，如图21所示。

图21“从动态数据转换”节点

4.3基本信号发生器

图22是一个用声卡实现的基本信号发生器，它可以产生正弦波、矩形波等，并实现频率、幅值等的控制。

图22基本信号发生器界面

图23为基本信号发生器的程序框图设计

图23基本信号发生器程序框图设计

在本程序的设计中，首先应该注意到，采用程序框图设计窗口下【函数】/【编程】/【图形与声音】/【声音】/【输出】控件面板的相应节点控件，并跟“输入”控件相类似地进行设置。

为实现在运行界面当中选择产生不同的波形，我们利用到前面板设计窗口下【空间】/【新式】/【下拉列表与枚举】空间选板中的“枚举”控件，如图24所示。

图24【枚举】控件

移动光标到前面板设置的“枚举”控件上，单击鼠标右键，执行弹出的快捷菜单【属性】命令，打开【枚举属性】对话框，切换到“编辑项”选项卡，按图25所示对枚举项进行编辑。

图25【枚举属性】编辑项的编辑

在程序框图设计区，将“枚举”节点作为【条件结构】的条件，两个节点连接后，可以看到条件结构的“条件选择标签”的条件选择变为“正弦波”、“方波”，且“正弦波”为默认条件，如图26所示。

图26“条件结构”的连接

移动光标到条件结构的“选择器标签”上，单击鼠标右键，从弹出的右键快捷菜单中，执行【为每个值添加分支】菜单命令，命令执行后，从条件结构的“选择器标签”中可以看到，可选条件变为如图27所示。

图27条件结构的“选择器标签”

在程序设计窗口下，选择【函数】/【编程】/【波形】/【模拟波形】/【波形生成】控件面板中的“正弦波形”、“方波波形”等节点，放置在条件结构内，完成频率、幅度、相位等相应控件的创建，便可以实现产生不同波形的需要。

4.4简易频谱分析仪

本案例通过对采集到的声音信号进行功率谱分析，练习声音信号的采集和分析过程。

图28简易频谱分析仪运行界面

在程序的前面板可以定性观察和定量读取通道0和通道1的幅值和相位，同时可以实现将所采集到的频谱进行保存。

图29简易频谱分析仪程序框图设计