基于Labview的声卡开发教程汇总.docx

1、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

2、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 45个对外接口adDSPD/A波表MIOI合成器Line In I *Micln | | 1 Wave Out SPK Out 1 MIDI In 图1声卡的硬件结构示意图声卡一般有Line In 和Mic In两个信号输入，其中Line In为双通道输入，Mic In仅作为单通道输入。后者可以接入较弱信号，幅值大约为0.020.2V。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Mic In输入，由于有前置放大器，容易引入噪声且会导致信号过 负

3、荷，故推荐使用Line In，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，例如可以接到有源音 箱；SPK Out给出的信号是通过功率放大的信号，可以直接接到喇叭上。这 些接口可以用来作为双通道信号发生器的输出。1.3声卡的工作原理声音的本质是一种波，表现为振幅、频率、相位等物理量的连续性变化。声卡作为语音信号与计算机的通用接口，其主要功能就是将所获取的模拟音 频信号转换为数字信号，经过 DSP音效芯片的处理，将该数字信号转换为模 拟信号

4、输出。输入时，麦克风或线路输入( Line In )获取的音频信号通过 A/D转换器转换成数字信号，送到计算机进行播放、录音等各种处理；输出 时，计算机通过总线将数字化的声音信号以 PCM(脉冲编码调制)方式送到D/A转换器，变成模拟的音频信号，进而通过功率放大器或线路输出( Line Out )送到音箱等设备转换为声波。1.4声卡的配置及硬件连接使用声卡采集数据之前，首先要检查Line In和Mic In的设置。如图2, 打开“音量控制”面板，在“选项”的下拉菜单中选择“属性”，得到如图3 的对话框，在此对话框上选择“录音”，并配置列表中的选项即可。可以通过 控制线路输入的音量来调节输入的信

5、号的幅度。图2音量控制面板图3音量控制面板属性更改及录音控制面板声卡测量信号的引入应采用音频电缆或屏蔽电缆以降低噪声干扰。若输入信号电平高于声卡所规定的最大输入电平，则应该在声卡输入插孔和被测信号之间配置一个衰减器，将被测信号衰减至不大于声卡最大允许输入电平。一般采用两种连接线：a. 一条一头是3.5mm的插孔，另一头是鳄鱼夹的连接 线；b. 一条双头为3.5mm插孔的音频连接线。我们也可以使用坏的立体耳机 做一个双通道的输入线，剪去耳机，保留线和插头即可。2.声卡的主要技术参数2.1采样位数采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度。这个数值越大，解析度就 越高，录制和回放的声音就越真实。我们首

6、先要知道：电脑中的声音文件是 用数字0和1来表示的。所以在电脑上录音的本质就是把模拟声音信号转换 成数字信号。反之，在播放时则是把数字信号还原成模拟声音信号输出。声卡的位是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进 制位数。声卡的位客观地反映了数字声音信号对输入声音信号描述的准确程 度。8位代表2的8次方 256，16位则代表2的16次方 64 103。比 较一下，一段相同的音乐信息，16位声卡能把它分为64 103个精度单位进 行处理，而8位声卡只能处理256个精度单位，造成了较大的信号损失，最 终的采样效果自然是无法相提并论的。位数越高，在定域内能表示的声波振 幅的数目越多，记录

7、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 般将采样频率设为4挡， 分别是 44.1KHZ、22.05KHZ、11.025KHz、8KHz2.3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

8、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 3. 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 o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4 LabVIEW中声卡控件F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

9、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LabV

10、IEW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5 LabVIEW 中Express下的声卡控件4.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。4.1.1 VIs 声音采集本案例通过采集由Line In 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】/National Instruments LabVIEW8.日命令，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

11、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。i停止芦音输入采爲|芦音输入活零惦己巻亘音输入I I启动芜音输入桌葉I读取芦音输人图8声音输入控件4移动

12、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。毎通道采祎数采样複式 设备功芦音格式错逞输入（无捲误）图9 “配置声音输入”节点 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

13、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

14、图13程序运行界面4.1.2 Express Vis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。:髯皐清砂 |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

15、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15 Express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 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

16、18用声卡实现的双踪示波器界面拆分料陋动态数据转换亠单频分析合L初齢化/ 配応声卡厂交、直说 通道选剤1|0幅挾控制! ifeWjray带 I勵;图19双踪示波器程序框图设计itE7i 刃ID葆存以上程序框图通过不同的条件结构实现不同的控制。“拆分信号”节点在程序设计中，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由于由Line In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

17、，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。从动态数毎转换动态数据类型 衣回数粗图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

18、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。枚举严: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。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。正弦破二默认 伽波三帶檢”!图27条件结构的“选择器标签”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