虚拟仪器课设报告

课程设计报告

课程名称：虚拟仪器课程设计

题目：基于声卡的音频采集分析仪与信号发生器设计

学院：环化学院系：过程装备与测控工程

专业：测控技术与仪器

班级：测仪103班

学号：5801210114

学生姓名：汪超

起讫日期：17 ~ 18 周

指导教师：邓懿波涂文峰职称：中级

系分管主任：杨大勇

审核日期：2014-1-10

摘要

本课程设计基于计算机中的声卡，利用虚拟仪器并借助LabVIEW进行音频采集分析仪设计，内容包括音频的采集和存储、音频的时频分析等内容。时频分析仪能够完成大部分时域和频域分析，可实现对原始信号分析前的加窗，实现滤波器操作，频谱分析，原始数据和结果数据可进行保存，示波器的各个参数灵活可调并且可以将已存数据重新载入进行分析观察。信号发生器具备单次发生和连续发生两种形式，并可以叠加各种噪声，信号类型和参数可调，具备双通道发生，同时两个通道信号能够叠加为一个复合信号；另外支持读取数据文件作为信号来源。

关键词：声卡；音频采集；时频分析；虚拟仪器； LabVIEW；信号发生器；

目录

一、课程设计简介 0

1.1 课程设计概述 0

1.2 课程设计内容及要求 0

二虚拟仪器简介 (1)

2.1 虚拟仪器概念 (1)

2.2 LabVIEW简介 (3)

三、声卡的简介 (4)

2.1 声卡的结构 (4)

2.2 声卡的工作原理 (5)

四、总体设计 (6)

4.1 硬件设计 (6)

4.2 软件设计 (9)

4.2.1 软件设计流程图 (9)

4.2.2 声卡设置模块 (9)

4.2.3信号采集存储模块 (10)

4.2.4 TXT文本读取模块 (12)

4.2.5 信号插值模块 (14)

4.2.6 波形声卡输出模块 (15)

4.2.7 信号发生模块与信号合成模块 (16)

4.2.8 信号分析仪模块 (18)

五、总结 (20)

参考文献： (21)

使用说明 (21)

1 信号采集 (21)

2 信号发生 (22)

3 时频域分析 (23)

一、课程设计简介

1.1 课程设计概述

虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，它融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形化软件编程技术于一身，实现了测量测试仪器的集成化、智能化、多样化及可编程化，本课程设计的任务是帮助学生学习和了解虚拟仪器的原理及开发技术，掌握虚拟仪器软件平台LabVIEW的主要编程方法及调试技术，并结合计算机声卡来完成一个信号发生器与时频分析仪的设计。

1.2 课程设计内容及要求

具体内容与要求：应用计算机声卡完成以下功能

（1）具备数字存储示波器、信号分析仪和信号发生器三个主要功能模块，其中示波器与分析仪整合在一个界面，信号发生器在另一个界面，共两个界面；两个组成部分可以分别独立完成；

（2）信号采集模式可以在单次和连续两种方式间进行切换，采集的数据可以进行存储，类型为TXT类型，数据存储要求用子VI实现；

（3）对于信号发生器，应具备单次发生和连续发生两种形式，并且要求可以叠加各种噪声，信号类型和参数可调，具备双通道发生，同时两个通道信号能够叠加为一个复合信号；另外支持读取数据文件作为信号来源，数据文件类型为TXT，数据读取用子VI实现。

（4）时频分析仪应该能够完成大部分时域和频域分析，可实现对原始信号

分析前的加窗，实现滤波器操作，频谱分析，原始数据和结果数据可进行保存，示波器的各个参数灵活可调并且可以将已存数据重新载入进行分析观察。分析结果的横纵坐标物理意义必须明确，并与实际情况相符。

（5）滤波器截止频率值要求用实际频率作为输入。分析仪的分析对象可以是采集的真实信号、模拟的仿真信号或数据文件中存储的信号。

二虚拟仪器简介

2.1 虚拟仪器概念

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。

虚拟仪器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。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。

与传统仪器相比，虚拟仪器的主要特点有：

（1）虚拟仪器的软件和硬件具有开放性、模块化、互换性以及可重复使用等特点。例如，为了提高仪器的性能，可加入一个通用的仪器模块，或者更换一个仪器模块，而不必重新购买整个仪器。

（2）在通用硬件平台搭建后，由软件来实现仪器的具体功能，即软件在虚拟仪器中具有重要的作用。

（3）虚拟仪器的功能是由用户根据实际需要通过软件来定义的，而不是事先由仪器厂商定义的。

（4）虚拟仪器研制的周期较传统仪器大为缩短。

（5）虚拟仪器的性价比较高。

（6）由于虚拟仪器技术是建立在计算机技术和数据采集技术基础上的，因而技术更新较快、成本较低、测试自动化程度较高，而且可与网络及其他设备互联。

（7）虚拟仪器具有友好、灵活的人机界面。

虚拟仪器技术指在包含数据采集设备的通用计算机平台上，根据需求可以高效率地构建形形色色的测量系统。对大多数用户而言，主要的工作变成了软件设计。虚拟仪器技术突破了传统仪器的局限，可以将许多信号处理的方法方便地应用于军事、航空、航天、等领域和科研院所，现在已经越来越多地出现在工厂及其他的民用场合。