?2??B???5????5??[练习5]求解微分方程方程

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[练习6]用MathScript节点计算一个正弦信号迭加噪声后的单边傅立叶频谱。

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实验十一 基于声卡的数据采集系统（2学时）

一、实验目的

（1）学习用声卡作为数据采集装置的LabVIEW编程方法；

（2）从设计中深入理解虚拟仪器的组成，理解数据采集、数据分析的重要性，用LabVIEW实现测试系统的优点；

（3）实验的应用：目前的测试教学实验中常常要用到A/D采集卡，而A/D采集卡价格不菲，以实验室有限的经费，不能较多地购置以供同学们实验使用。进而考虑计算机中的声卡本身就是一个A/D、D/A的转化装置，而且造价低廉，性能稳定，在教学实验中完全可以满足实验的需求，可以进一步开发研制了一个广泛应用的测试教学实验系统。 二、仪器、设备

计算机、声卡、LabVIEW软件，其组成如下图。

虚拟仪器界面 声卡（在PC机主机内） 麦克风 三、内容与步骤：

设计一个基于声卡的频谱分析仪，它可以采集从麦克风输入的声音，仪器可以调节采样频率、数据缓冲区的大小等，可显示其波形，并对波形作幅值谱分析。

1 声卡简介

声卡是现在计算机中非常常见的一个组件，是多媒体的标准配置。 目前市场上的一般声卡按照其位数可以分成8位和16位：

8位：8位声卡把音频信号的大小（音量）分成256个等级（0～255）。 16位：16位声卡把音频信号的大小分成为65536个等级（0～65535）。

位数的每一等级对应一个相应的二进制数。在声音录入（采样）时，按其音量大小给

定一个二进制数，播放时按此二进制数实施还原。显然，在LabVIEW软件中，对

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于声卡的声道可以分为mono 8-bit（单声道8位）、mono 16-bit（单声道16位）、stereo 8-bit（立体声8位）、stereo 16-bit（立体声16位）。其中，16位声道比8位声道采样的信号质量好，立体声(stereo)比单声道(mono)采样信号好，采样的波形稳定，而且干扰小。另外，用单声道采样，左右声道信号都相同，而且每个声道的幅值只有原来幅值的1/2；用立体声采样，左右声道信号互不干扰，可以采两路不同的信号，而且采样的信号幅值与原幅值相同。

声卡的采样频率（rate）有4种选择，即8000Hz、11025 Hz、22050 Hz、44100 Hz，采样频率不同，采到波形的质量也不同，应该根据具体情况而采用合适的频率。

2 LabVIEW中有关声卡的函数简介

LabVIEW中提供了一系列使用Windows底层函数编写的与声卡有关的函数。这些函数集中在下图所示的Sound VI下。由于使用Windows底层函数（不是更高级更方便的MCI函数以及DirectX接口）直接与声卡驱动程序打交道，因此封装层次低，速度快，而且可以访问、采集缓冲区中任意位置的数据，具有很大的灵活性，能够满足实时不间断采集的需要。

图 Sound VI

本节主要关心的是Sound Output和Sound Input这两个子模板。下表是Sound Input中提供的函数。

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表 Sound Input函数简介

图标 函数名称 功 能 说 明 该函数的功能是设置声卡中与数据采集相关的一些硬件，如采 样率、数据格式、缓冲区长度。声卡的采样率由内部时钟控制， 只有3～4种固定频率可以选择，一般采样频率设置为44100Hz， SI Config 数据格式设置为16位字长。缓冲区长度可取默认值。 SI Start SI Read 该函数用于通知声卡开始采集外部数据。采集到的数据会被暂存在缓冲区中，这一过程无需程序干预，由声卡硬件使用DMA直接完成，保证了采集过程的连续性。 该函数用于等待数据缓冲区满的消息。当产生这一消息时，它将数据缓冲区的内容读取到用户程序的数组中，产生一个采集数据集合。若计算机速度不够快，使得缓冲区内容被覆盖，则会产生一个错误信息。这时应调节缓冲区大小，在采样时间与读取数据之间找到一个理想的平台。 SI Stop SI Clear 该函数用于通知声卡停止采集外部数据。已采集而未被读出的数据会留在缓冲区中，可以使用SI Read函数一次完成。 该函数用于完成最终的清理工作，例如关闭声卡的采样通道，释放请求的一系列系统资源（包括DMA、缓冲区内存、声卡端口等） 由上面的介绍可以看出，使用LabVIEW构建基于声卡的虚拟仪器思路是相当清晰的。实际的数据采集流程如下图所示，这个流程与一般数据采集卡并无多大差别。

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图 声卡数据采集的流程

声音的输出是声卡的主要功能。Sound Output中提供的有关声音输出的函数比Sound Input的函数相对多一些，有：

SO Clear SO Stop SO Config SO Volume SO Pause SO Waite SO Start SO Write SO Set Num Buffers

3实验步骤

1.选择File>>New，打开一个新的前面板窗口。

2.从All Control>>Graph中选择2个Waveform Graph放到前面板中。 3.在第一个Waveform Graph的标签文本框中输入“Time Waveform”。 4.在第二个Waveform Graph的标签文本框中输入“Spectrum”,然后在其属性对话框选择Scales,将纵坐标的name改为Magnitude。

5.Windows>>Show Block Diagram打开流程图窗口。从功能模块中选择对象,将它们放到流程图上组成下图；

图 流程图

该流程图中新增加的控件有While Loop、Case Structure、SI Config、

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