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开题报告

毕业设计（论文）开题报告书

课题名称基于虚拟仪器的音频信号分析系统设计

学生姓名梁灿

学号1141203010

系、年级专业电气系11级测控技术与仪器

指导教师李辉

2014年12月26日

一、课题的来源、目的、意义（包括应用前景）、国内外现状及水平

（一）课题的来源：

生产实际

（二）选题的目的及意义

（1）运用所学《自动控制原理》《数字电子技术基础》《智能仪器》《虚拟仪器》等课程，对音频信号分析系统进行设计。

锻炼控制系统、仿真设计、电子电路制作的能力，达到毕业设计的要求，为以后在相关领域的工作打好基础。

（2）目前采用NI公司提供的专业数据采集设备能组建专业的虚拟实验系统，但建设成本高。

（3）普通声卡是PC机最基本的配置，使用普通声卡进行信号的采集，与专业采集设备相比虽然效果有差距，但建设成本大大降低。

（4）日常实验教学需要低成本的虚拟实验平台，基于声卡进行音频信号的数据采集能满足日常实验教学的要求。

（5）音频信号在医学、军事、机械加工等领域都有广泛的应用。

目前，音频信号分析还主要以传统仪器为主，存在开发周期长，成本偏高，功能无法自定义，系统升级不方便等缺点。

本文采用基于虚拟仪器的音频信号分析系统设计方式，构建高精度、低成本、功能灵活的采集分析系统，为实现音频信号的分析提高一种途径。

在系统设计上，结合音频信号分析的功能需要和虚拟仪器的设计方法，从硬件和软件两方面来展开系统设计。

用计算机本身的声卡代替专用的数据采集卡进行数据采集，在LabVIEW平台下完成信号发生、信号分析、信号输入输出、数据保存等应用程序和人际交互页面设计，实现音频信号的特征参数提取，谐波失真分析，基础信号和噪声信号发生，信号输入输出，数据保存等多种功能与一体的分析设计。

虚拟仪器具有图形化界面，减少了测量误差，数据可编程、存储、打印。

依托计算机互联网络，实验系统可广泛运用于远程实验教学，克服了传统实验的地域限制。

可重复利用，技术更新快，基于软件的体系结构节省了开发和维护费用。

声卡作为PC机和便携计算机中基本配置设备，已成为一种高性价比的音频信号采集输出系统，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、灵活通用，非常适合作为虚拟仿真实验系统的首先系统采集设备。

利用声卡作为采集设备，可组成一个低成本高性能的数据采集与分析。

（3）国内外现状及水平

虚拟仪器始于上世纪90年代初，是基于计算机的仪器，是计算机与仪器紧密结合的产物。

目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。

它是一款功能强大的可视化编程语言，被广泛应用于仪器控制，数据采集，以及复杂的测试和数据处理中，在信号采集领域更是被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。

美国许多大学已将LabVIEW作为必学的教学内容，成为工程师素质培养的一个方面。

大部分虚拟仪器都是基于数据采集卡，如NI公司的E系列数据采集卡，研华的数据采集卡等，这些数据采集卡价格比较昂贵。

在采样频率要求不高的情况下，用普通的计算机声卡代替商用数据采集卡，利用声卡的DSP技术和LabVIEW的多线程技术实现音频信号的数据采集，开发基于PC机声卡的虚拟音频信号分析仪器。

由于计算机在各高校已经普及，采用声卡研制虚拟仪器能以很低的成本，在较短时间内更新和扩充实验室设备。

作为仪器领域中最新兴的技术，虚拟仪器的研究、开发在国内已经过了起步阶段。

从90年代中期以来，国内的重庆大、哈尔滨工业大学、西安交通大学等院校，在研究和开发虚拟仪器产品和虚拟仪器设计平台以及引进消化NI公司、HP公司的产品等方面做了一系列有益工作，取得了一批瞩目的成果。

虚拟仪器的出现和兴起，改变了传统仪器的概念、模式、结构，改变了人们的仪器观！

21世纪初叶，虚拟仪器的生产厂家将超过千家，品种将达到数千种，市场占有率将占电测仪器的50%。

这一数据使得从事电测仪器、分析仪器科学技术研究与开发的科学家和工程师们都看清了虚拟仪器对传统仪器的巨大挑战，认识到在21世纪虚拟仪器将成为仪器的发展方向，而且必将逐步一一取代传统硬件化仪器。

对于虚拟仪器，用户不仅可以参与，可以提出意见，提出要求，还可以自定义，自行设计和制造。

虚拟仪器是最具参与性的产品。

它具有响应速度快的特点，它解决了硬加工中能源消耗大、原料消耗大以及在制造、包装、运输、使用过程中产生污染的问题，是一种典型的绿色产品，使得其应用前景广阔。

二、课题研究的主要内容、研究方法或工程技术方案和准备采取的措施

（1）课题主要内容

设计一种语音信号分析系统，其基于PC机声卡和LabVIEW进行低频语音信号采集及信号分析，并能够显示实时采样波形、滤波后的信号波形、加窗后的信号波形及波形回放。

具体内容如下：

1、深入了解虚拟仪器的发展现状及趋势、语音信号的采集原理及其分析方法。

2、基于PC机声卡实现低频率（低于20KHz，高于20Hz）的语音信号采集。

3、能够显示实时采样波形、滤波后的信号波形、加窗后的信号波形及波形回放。

4、硬件设计，包括基于声卡采集的原理、信号采集系统的设计、I/O接口电路设计等。

5、软件设计，包括前面板设计、程序框图设计、分析与滤波子程序等。

（2）课题研究方法和准备采取措施

1、查阅资料。

熟练掌握虚拟仪器的特点及原理，了解音频分析仪器的现状和用途。

2、基本思路。

2.1声卡采集系统设计

声卡采集系统主要由声源、信号调理模块、计算机声卡以及安装于计算机机上的LabVIEW软件等几部分组成。

框图如下：

2.2虚拟示波器的设计

图2声卡参数设置

3、波形程序设计。

图3波形回放后面板程序

4、非NI采集设备的调用。

5、软件程序设计。

6、系统运行与调试。

7、系统结果处理及总结。

三、现有基础和具备的条件

1、已顺利修完大学阶段的各项专业课程，具备了一定的专业设计的理论条件；

2、在实践教学当中，完成了实践性设计任务，具备了一定的设计经验；

3、在认识实习过程中，有了对较为复杂的控制系统的客观认识；

4、参考资料：

[1]刘恒军.基于虚拟仪器的音频信号分析系统设计[D].山东科技大学硕士学位论文,2011.

[2]程雪敏.基于LabVIEW信号分析一同的设计[D].苏州大学硕士学位论文,2008.

[3]孟建良.基于LabVIEW的虚拟音频信号分析仪设计[J].微计算机信息,2009.

[4]熊国华.国外电子测量技术[J].2006.

[5]张岩文.基于LabVIEW和声卡的音频信号采集与分析系统设计[J].大学物理实验,2011.

[6]曹芸芸,陈仁良.基于LabVIEW的鸟声信号分析系统[D].昆明理工大学学报（自然科学版）,2014.

[7]NationalInstruments.LabVIEWUserManual[M].Texas:

NationalInstruments,2003.

[8]陈锡辉．LabVIEW8.20程序设计从入门到精通[M].北京:

清华大学出版社,2007.

[9]王珍宁,吴先球,张诚,陈俊芳.基于声卡的远程数据采集[J].微计算机信息（测试自动化）,2007,23（4）:

141～142.

[10]周爱军,马海瑞.基于声卡的LabVIEW数据采集与分析系统设计[J].微计算机信息,2005,21（9）:

108～110.

[11]徐继宁,程志强.基于声卡的虚拟信号发生器设计与实现[J].工业控制与计算机,2007,20

（2）:

72～73.

[12]周林,殷侠等.数据采集与分析技术[M].西安电子科技大学出版社,2005.

[13]NationalInstruments.UsingLabVIEWtoGreatMultithreadedVIs[M].Texas：

NationalInstruments.2000

[14]刘延华，桂万云.基于LabVIEW的相关分析虚拟实验的设计[J].物理与工程，2007.

[15]刘延华，桂万云.基于虚拟仪器的网络频率特性测试仪的设计[J].物理实验，2006.

[16]郭一楠,程健,陈颖等.基于LabVIEW和Matlab的过程控制虚拟仿真平台研究[J].南京:

电气电子教学学报.2006.

[17]杨乐平.LabVIEW程序设计与应用[M].北京:

电子工业出版社,2001.

[18]贾佳,王航宇.浅议LabVIEW虚拟仪器技术在现代实验教学中的应用[J].北京:

中国科技信息.2006,15:

2232224.

[19]李刚,林凌编著.LabVIEW:

易学易用的计算机图形化编程语言[M].北京:

北京航空航天大学出版社.2001.

[20]刘君华,贾惠芹等编著.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW[M].西安:

西安电子科技大学出版社.2001.

[21]牛群峰，王莉.LabVIEW虚拟仪器系统开发与实践.中国电力出版社，2011.

[22]张猛，张万里著.MATLAB和LabVIEW仿真技术及应用实例.清华大学出版社，2006.

四、总的工作任务，进度安排以及预期结果

（1）工作任务及进度安排

2014年12月1日-12月30日：

毕业设计初期，查阅课题相关资料，对课题设计内容有一个初步了解，并完成开题报告、文献综述，待学校抽查。

2015年1月1日-2月28日：

毕业设计初步设想及草案，根据设计要求，熟悉数据采集原理及基于PC声卡的数据采集方法、基于LabVIEW的信号分析方法，完成电路的初步设计，并完成一篇相关文献翻译。

2015年3月1日-4月30日：

进一步熟悉各控制系统，学习G语言编程方法。

按要求编写相应程序，结合现有硬件条件进行试验调试，即毕业设计两次中期检查，设计基本完成。

2015年5月1日-5月20日：

分析、总结控制系统性能指标及规律，并对毕业设计调整、修改、完善，即等待答辩。

（二）预期结果

运用LabVIEW技术，最终实现对音频信号的采集与处理。

可以成功采集音频信号，并实现实时处理。

用PC机声卡实现低频率（低于20KHz，高于20Hz）的语音信号采集。

能够显示实时采样波形、滤波后的信号波形、加窗后的信号波形及波形回放。

可以进行波形属性设置和低通滤波截止频率对波形进行信号分析。

五、指导教师审阅意见

指导教师（签名）

年月日

六、教研室审查意见

教研室主任（签名）

年月日

七、系审查意见

主管系领导（签名）

年月日

备注