电气工程及自动化学院
测控课程综合设计
设 计 题 目：基于LabVIEW音频信号采集于处理设计
姓 名： 钱溢丰 学 号： 11288038 班 级： 11电气81 周 次： 15周 学 期： 2014-2015学年第1学期
指 导 教 师： 王晓燕 丁启胜 余南南
2014年 12 月
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摘要
为了利用通用的计算机硬件代替高成本的专用数据采集设备，设计了以麦克和计算机声卡作为声音信号采集的硬件，在LabVIEW环境下开发的声音信号采集分析仪。
本文采用基于虚拟仪器的声音信号分析系统设计方式，构建操作简单、通用性强的数据采集与分析系统，为实现声音信号的实时分析提供了一种新的途径。
在系统设计上，结合声音信号分析的功能需求和虚拟仪器的设计方法，从硬件和软件进行设计。首先，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，实现44.1kHz采样频率，16位采样深度，双通道的声音信号实时采集。然后，在LabVIEW平台上完成信号发生、信号分析和人机交互界面设计，实现了声音信号的滤波、频谱分析、功率谱、幅度普和相位谱分析等多种功能于一体的系统设计。 关键词：声音信号，虚拟仪器，LabVIEW，声卡，数据采集，信号分析
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目录
引言................................................................................................................................ 1 1、设计方案论证.......................................................................................................... 2
1.1声卡的作用...................................................................................................... 2 1.2声卡的工作原理.............................................................................................. 2 1.3 数据采集理论基础......................................................................................... 2 1.4快速傅里叶变换（FFT）................................................................................ 3 1.5系统硬件搭建.................................................................................................. 4 1.6系统软件设计.................................................................................................. 5 2、声卡的主要技术参数.............................................................................................. 6
2.1采样位数.......................................................................................................... 6 2.2采样频率.......................................................................................................... 6 2.3缓冲区.............................................................................................................. 6 3、系统的程序设计...................................................................................................... 7
3.1 LabVIEW中有关声卡的控件介绍.................................................................. 7 3.2声音信号的采集.............................................................................................. 9 3.3声音信号的分析............................................................................................ 10 3.4运行结果........................................................................................................ 12 4、结论........................................................................................................................ 14 5、参考文献................................................................................................................ 14 6、附录........................................................................................................................ 16
引言
本次设计的目标是在查找和阅读大量文献的基础上，学习和研究声音信号分析，声卡和LabVIEW的基本理论及其在实际应用中的主要解决方法，将软件和硬件相结合，达到更符合实际应用的工程要求。
这个声音信号采集分析仪可以提供更便于操作，通用性更强的实时信号分析系统，并且以计算机本身的声卡代替专用的数据采集卡进行数据采集，不仅价格低廉，开发简单，无需添加任何ADC和DAC硬件，即可将一台计算机变成一台集声音信号的实时采样分析，信号发生，信号存储等多功能于一体的分析系统，而且系统灵活性更强，可根据被测对象进行功能扩展，实现用户自定义功能的分析系统，提升分析效率。实现了44.1kHz采样频率，16位采样深度，双通道的声音信号实时采集。在LabVIEW平台上完成信号发生、信号分析和人机交互界面设计，实现了声音信号的滤波、频谱分析、功率谱、幅度普和相位谱分析等多种功能。
解决了以传统仪器为主的声音信号分析系统开发周期长，成本偏高，功能无法自定义，系统升级不方便等问题。本次设计具有高性价比，使用过程中通用能力强，操作简单易用，系统运行稳定可靠等优点。
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1、设计方案论证
1.1声卡的作用
从数据采集的角度看，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，编辑与处理，MIDI接口三个部分。
1.2声卡的工作原理
声卡的本质是一种波，具体表现为频率、相位、振幅等物理量的连续性变化。声卡作为计算机与声音信号的通用接口，其主要功能是把所获取的模拟音频信号转换为数字信号，经过DSP芯片的处理，该数字信号被转换为模拟信号输出。输入时，麦克风或线路输入（Line In）获得的音频信号通过A/D转换器被转换成数字信号，然后送到计算机进行播放、录音等各种处理；输出的时候，数字化的声音信号被计算机通过总线以PCM（脉冲编码调制）方式送到D/A转换器，变成模拟音频信号，然后通过功率放大器或线路输出（Line Out）送到音箱等设备转换成声波。
1.3 数据采集理论基础
采集到的声音信号是连续的模拟信号,但是计算机只能够处理离散的二进制信号,因此在系统对信号进行采集分析和输出播放的过程中,一定要把连续的模拟信号经过采样量化编码变成数字信号,然后采用数字信号处理技术；处理结束后,再转换为模拟信号,完成信号输出播放,这种处理方法就叫做模拟信号数字处理法。
对连续信号进行等间隔采样形成采样信号,采样信号的频谱是原连续信号的频谱以采样频率为周期进行周期性的延拓形成的,用公式(1.3)表示:
1 X（?aj?）Tk????X?a(j??jk?s)Xa(t)1?s(3~4)?cXa(t) (1.3) 2 2