虚拟仪器设计数据采集系统本科生毕业论文.doc

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1、 毕 业 设 计（论 文）虚拟仪器设计-数据采集系统 电子科技大学中山学院毕业设计（论文）任务书系 别：电子工程系专 业：05通信工程学 生 姓 名：学 号：设计(论文)题目：虚拟仪器设计 -数据采集系统 起 迄 日 期: 2008年11月1日 2009年5月30日设计(论文)地点:电子科技大学中山学院指 导 教 师:专业教研室负责人:毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过毕业设计，能够了解虚拟仪器设计的基本方法和原理，能够运用虚拟仪器设计软件进行虚拟仪器设计的设计，结合本专业知识学习虚拟仪器设计在现实中的应用。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（

2、包括原始数据、技术要求、工作要求等）：1 用LabViewlqwr设计一套数据采集系统，能够完成该仪器的虚拟功能。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计、论文、图表、实物样品等：1一套完整的虚拟数据采集系统；2毕业设计论文。4主要参考文献：1.吴成东，孙秋野，盛科.LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用.人民邮电出版社. 2008年12月2.江建军，刘继光.LabVIEW程序设计教程.电子工业出版社.2008年3月3.王磊，陶梅.精通LabVIEW8.0.电子工业出版社.2008年5月 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所

3、呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它

4、复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本

5、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、

6、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

7、优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题

8、的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签

9、名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日虚拟仪器设计-数据采集系统摘 要虚拟仪器由通用仪器硬件平台（简称硬件平台）和应用软件两大部分构成。硬件平台主要完成对被测信号的进行调理和采集。仪器硬件可以是插入式数据采集卡及必要的外围电路（含信号调理电路、A/D转换器、数字I/O、定时器、D/A转换器等），或者是带标准总线接口的仪器，如GPIB、VXI、PXI、STD、PCI总线仪器和网络化仪器等。目前市场上的A/D采集卡和数据采集卡以及带标准总线接口的仪器等，其价格均不菲，以毕业设计的目的来说，性价比以及实用程度显的不高。进而考虑到计算机中的声卡本身就是一个A/D，D/A的转化装置，具有

10、16位的量化精度、数据采集频率是44.1kHz，完成可以满足特定应用范围内数据采集的需要，个别性能指标还优于商用数据采集卡，而价格却为商用数据采集卡的十分之一或者几十分之一，在设计实验中完全可以满足要求。因此在本设计中，数据采集装置主要基于声卡和labview模拟数据采集。利用声卡实现对数据的采集，制作成一个简易的数据采集系统，能够实现数据采集、模拟采集数据、波形显示、进行低频滤波四大功能。关键词：虚拟仪器；数据采集；声卡Virtual Instrument Design - Data Acquisition SystemAbstractVirtual Instrument by the Ge

11、neral Instrument hardware platform (the hardware platform) and consisted of two major applications. The main hardware platform to complete the conduct of the measured signal conditioning and acquisition. Hardware equipment can be a plug-in data acquisition card and the necessary peripheral circuits

12、(including the signal conditioning circuits, A / D converter, digital I / O, timer, D / A converters, etc.), or with the standard bus interface equipment, such as GPIB, VXI, PXI, STD, PCI bus devices and network equipment and so on.Currently on the market A / D acquisition card and data acquisition

13、cards, as well as the standard bus interface with the equipment, their prices are expensive to design for the purposes of graduation, as well as the usefulness of the significant cost of not very high.To take into account the computers sound card itself is an A / D, D / A conversion devices, with 16

14、-bit quantization precision, data acquisition frequency is 44.1kHz, completed within the scope of application to meet the specific needs of data collection, individual also better than the commercial performance data acquisition card, and the price of commercial data acquisition card for one-tenth o

15、r a few one-tenth of the experiment in the design to meet the requirements completely.Therefore, in this design, data acquisition device is mainly based on the sound card and analog data acquisition labview. The use of sound to achieve the data collection, to create a simple data acquisition system,

16、 to achieve data acquisition, analog data acquisition, waveform display, the four major functions for low-frequency filter.Keywords: virtual instrument; data acquisition; sound card目 录1 绪论11.1 虚拟仪器概述11.1.1 虚拟仪器的产生11.1.2 虚拟仪器的概念11.1.3 虚拟仪器的构成21.2 虚拟仪器的发展趋势21.3本文的研究内容32 数据采集系统的设计52.1 Labview软件创建过程52.2

17、 设计方案的比较62.2.1 软件比较62.2.2 声卡采集数据的特点73 软件模块的设计113.1 程序的流程图113.2 程序的结构图123.3 LABVIEW 简介123.3.1 G语言简介123.3.2 LABVIEW 程序组成133.4 数据采集和处理模块143.4.1声音输入配置虚拟仪器153.4.2声音输入读取虚拟仪器173.4.3声音输入清除虚拟仪器183.5 数据模拟模块203.6 低通滤波模块223.7 波形显示模块233.8 小结234 程序设计显示254.1 程序的使用方法254.1.1 程序的环境254.1.2 声卡配置254.2 程序的总框图264.3 程序的调试结

18、果264.3.1声卡采集数据的结果264.3.2模拟采集数据的结果274.4 小结295 设计中遇到的问题306 总结与展望31参考文献32致 谢331 绪论1.1 虚拟仪器概述1.1.1 虚拟仪器的产生虚拟仪器技术是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它推动着传统仪器朝着数字化，智能化，模块化，网络化的方向发展。电子测量仪器发展至今，大体上可以分为四代：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。第一代模拟仪器，这类仪器在某些实验室里还能看到，它是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如指针式万用表、晶体管电压表、指针式电流表等。第二代数字化仪器，这类

19、仪器现在相当普遍，这类仪器将模拟信号的测量值转化为数字信号，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量，如数字万用表、数字频率计等。第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，可以进行自动测试和数据处理功能，可能代替部分脑力工作，习惯上称为智能仪器。它的功能模块全部都是以硬件或固定软件的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。第四代虚拟仪器，它是现在计算机软件技术、通信技术和测试技术高速发展孕育出的一项革命性技术，其导致了传统仪器的结构、概念和设计观点都发生了巨大的变革，它的出现使得人类的测试技术进入了一个新的发展纪元。虚拟仪器（Virtual Instruments.简称VI）

20、的概念，是美国国家仪器公司（National Instruments Corp.简称NI）于1986年提出的。NI公司同时也提出了“软件即仪器”的口号，彻底打破了传统仪器只能由厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起了仪器和自动化工业的一场革命。随着现在硬件和软件技术的飞速发展，仪器的智能化和虚拟化成为各级实验室以及研究机构发展的方向。虚拟仪器，它既具有传统仪器的功能，又有别于其他传统仪器。它能够充分利用和发挥现有计算机的先进技术，使仪器的测试和测量及自动化工业的系统测试和监控变得异常方便和快捷。1.1.2 虚拟仪器的概念虚拟仪器是指通过应用程序将计算机、软件的功能模块和仪器硬件结合起来，用户可

21、以通过友好的图形界面（通常叫做虚拟前面板，简称前面板）来操作这台计算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样，从而完成对被测信号的采集、分析、判断、显示、数字存储等。虚拟仪器以透明的方式，通过软件对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口，把计算机资源（如微处理器、显示器等）和仪器硬件（如A/D、D/A、数字I/O、定时器、信号调理等）的测试能力和控制能力结合起来。虚拟一起突破了传统仪器以硬件为主体的模式，实际上使用者是在操作具有测试软件的电子计算机进行测量，犹如操作一台虚设的电子仪器。虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。软件是虚拟仪器的关键，当基本硬

22、件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。用户可以根据自己的需要，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用要求。利用计算机丰富的软、硬件资源，可以大大突破传统仪器的数据的分析、处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。它不仅可以用于电子测量、测试、分析、计量等领域，而且还可以用于进行设备的监控以及工业过程自动化。虚拟仪器还可以广泛用于电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面。1.1.3 虚拟仪器的构成虚拟仪器从构成要素上讲，由计算机、应用软件和仪器硬件等构成；从构成分式上讲则由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系统

23、，或已GPIB，VXI，Serial和Field bus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、VXI系统、串口系统和现场总线系统等多种形式。虚拟仪器的构成如图1.1所示。显示器信号分析及处理器入机接口各类接口A/D转换器数据发生器信号调理器信号调理器输入信号D/A转换器信号调理器信号输出图1-1 虚拟仪器的结构1.2 虚拟仪器的发展趋势虚拟仪器正在继续迅速发展。它可以取代测量技术在传统领域的各类仪器。虚拟仪器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性和经济性，因而特别适应于当代科学技术迅速发展和科学研究不断深化所提出的更高跟新的测量课题和测量需要。“没有测量就没有鉴别，科学技术就不能前进

24、。”虚拟仪器将会在科学技术的各个领域得到广泛的应用。图形化编程平台的进一步发展和完善是虚拟仪器发展的一个重要方向。如何使用户进行少量的学习甚至不需要学习就可使用功能强大的虚拟仪器，如何使用构成简单的虚拟仪器系统并完成复杂的测试内容，如何帮助用户对测试结果进行分析和判断等内容，是虚拟仪器技术努力的方向。我国还基本处于传统仪器与计算机化仪器互相分离的状态，世界各大相关的产品商家都在向中国这个巨大的市场进军。结合我国的实际情况，我们必须走引进与自行开发相结合的道路。一方面，大力引进国外虚拟仪器方面的生产技术；另一方面，发展基于计算机的插卡式硬件模块为主的测控技术，发展图形化平台的软件产品，充分利用我

25、们现有的计算机及测控技术硬件，缩短与国际先进水平的差距。VXI总线将成为未来虚拟仪器的理想硬件平台，这是由VXI总线的性能决定的；另一方面，基于PCI-DAQ的虚拟仪器系统由于性价比高、灵活性好而受到大多数用户的青睐，将得到高速的发展。随着计算机硬件、软件技术的迅速发展，虚拟仪器将向高性能、多功能、集成化、网络化方向发展。1.3本文的研究内容虚拟仪器由通用仪器硬件平台（简称硬件平台）和应用软件两大部分构成。硬件平台主要完成对被测信号的进行调理和采集。仪器硬件可以是插入式数据采集卡及必要的外围电路（含信号调理电路、A/D转换器、数字I/O、定时器、D/A转换器等），或者是带标准总线接口的仪器，如

26、GPIB、VXI、PXI、STD、PCI总线仪器和网络化仪器等。目前市场上的A/D采集卡和数据采集卡以及带标准总线接口的仪器等，其价格均不菲，以毕业设计的目的来说，性价比以及实用程度显的不高。进而考虑到计算机中的声卡本身就是一个A/D，D/A的转化装置，具有16位的量化精度、数据采集频率是44.1kHz，完成可以满足特定应用范围内数据采集的需要，个别性能指标还优于商用数据采集卡，而价格却为商用数据采集卡的十分之一或者几十分之一，在设计实验中完全可以满足要求。因此在本设计中，数据采集装置主要基于声卡和labview模拟数据采集。利用声卡实现对数据的采集，制作成一个简易的数据采集系统，能够实现数据

27、采集、模拟采集数据、波形显示、进行低频滤波四大功能。虚拟仪器的发展已经具有快30年的历史，声卡采集是不可缺少的内容。本论文具体内容安排如下：第一章，绪论：介绍虚拟仪器的概念、构成，发展的现状，和本文的研究内容。第二章，数据采集系统的设计：首先讲述Labview软件创建过程，过度到设计方案的比较，进而讲述了声卡采集数据的特点。第三章，软件模块的设计：主要介绍了各个功能模块具体设计和实现，包括：数据采集和处理模块、数据模拟模块、低通滤波模块、波形显示模块等。第四章，程序设计显示：本章是重点，主要介绍程序的使用方法和程序的调试结果。第五章，总结与展望和设计中遇到的问题。2 数据采集系统的设计数据采集

28、由硬件和功能模块软件两部分组成。本章将详细讨论对数据采集时几种方案的比较。2.1 Labview软件创建过程创建Labview软件的过程大体分为以下五步：（1）需求分析。需求分析是借用软件工程中的概念，其含义包括创建开发原型（明确实质要解决的问题）、分析程序的可行性（包括成本、性能、风险和技术障碍）等。在创建开发原型的过程中，开发人员要与程序的最终使用人员进行充分的交流。在此基础上，程序开发人员对所要解决的问题有了大致的了解，甚至可以画出一个系统的框图，之后还要进行程序的可行性分析，考虑选用器件的性价比、开发风险等。（2）软、硬件的选择。程序开发人员不必担心操作系统的问题，目前的LABVIEW

29、是一个支持多个系统平台的软件，Windows、Power Macintosh、Sun SPARCA工作站、HP工作站、Linux上都可以运行。针对一些特殊的任务，LABVIEW还提供一些附加的工具包，非常方便。选择适当的工具包将会达到事半功倍的效果。在LABVIEW的设备驱动程序库中已经包含了上千个免费的驱动程序（这些驱动程序支持NI公司的硬件产品），还包括了世界上各大仪器厂商的大部分仪器的LABVIEW驱动程序。如果没有现成的驱动程序，用户也可以自己编写。（3）设计用户界面。 用户界面也称GUI，即graphical user interface。前面板必须简洁、易懂、设计时应该满足复杂工作

30、要求。前面板上使用的颜色方案，要兼顾一致和鲜明。一致性包括：一个VI程序的GUI之间要保持一致；VI的GUI要与平时大家用的应用程序色调一致。鲜明就是说：需要强调的部分一定要用颜色加以突出，体现测控系统程序的特点，减少用户操作过程中犯错误机会。（4）程序设计。拿到一个设计任务后，首先要分解任务，把待设计任务分割成几个大的模块，然后把大的模块再分解为一系列的功能，甚至可以分解到要用那些函数的程度；然后是寻求例程，参考例程可以避免重复前人做过的工作；接下来就是根据项目的特点选择程序设计方法，自上而下或者自下而上。（5）程序测试。测试过程是项目开发的重要组成部分。测试应该从底层的VI开始，然后再测试

31、较大的模块，最后进行整体测试。测试中还要特别关注全局变量对程序的影响。此外，局部变量和属性节点也要引起注意。对于高级程序员来说，还要考虑程序的性能如何，能否满足速度与响应的要求以及内存的使用情况。2.2 设计方案的比较2.2.1 软件比较在给定计算机必要的仪器硬件后，构成和使用虚拟仪器的关键在于软件。软件为用户提供了集成开发环境、高水平的仪器硬件接口和用户接口。美国国家仪器公司提出的“软件即仪器”（The Software is the Instrument）形象的概况了软件在虚拟仪器技术中的重要作用。所以正确选择软硬件对程序开发和设计起着非常重要的作用。只有选择了合适的软硬件才能快速的开发出

32、应用软件，才能事半功倍。对于虚拟仪器应用软件的编写，大致可以分为两种方式：（1）通用编程软件进行编写。主要有Microsoft公司的Visual Basic与Visual C+，Borland公司的Delphi，Sybase公司的Power Builder。（2）用专业图形化编程软件开发。如HP公司的HP-VEE，NI公司的LABVIEW Lab windows/CVI等。具体选用哪一种软件，应该由编程者根据实际情况选择。设计一个简易数据采集系统，在设计中必须考虑以下因素：开发成本低、执行效率佳、程序弹性大、开放性架构易于扩充。LABVIEW是实验室虚拟仪器工作平台（Laboratory Vi

33、rtual Instrument Engineering Workbench）的简称，是美国国家仪器公司（NI）的创新软件产品，也是目前应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境。LABVIEW的前面板可以包括旋钮、刻度盘、开关、图表和其他界面工具，允许用户通过键盘或鼠标获取数据并显示结果。LABVIEW具有模块化特性，有利于程序的可重用性。LABVIEW将软件的界面设计和功能设计独立开来，修改人机界面无需对整个程序进行调整，LABVIEW是利用数据流框图接受指令，使程序简单明了，充分发挥了图形化编程环境的优点。这就大大缩短了虚拟仪器的开发周期、消除了虚拟仪器编程的复杂过程。而通用的编

34、程软件需利用组件技术实现软面板的设计，这使程序设计变得非常麻烦。LABVIEW虽然是为计算机测控领域开发的，但它的函数包含了一般高级计算机语言中的绝大多数程序控制功能。LABVIEW作为开发环境具有的优点总结如下所述：（1）图形编程化，降低了对使用者编程经验的要求，易于工程师使用；（2）采用面向对象的方法和概念，有利于软件的开发和再利用；（3）对象、框图及其构成的虚拟仪器在Windows，Windows NT、UNIX等多平台之间和各种PC机及工作站间兼容，便于软件移植；（4）支持550多种标准总线设备及数据采集卡，如串行接口、GPIB、VXI等；（5）具有丰富的库函数和例子，对于大多数应用程

35、序，用户可以从例子中取得程序框架，便于提高开发速度；（6）具有比较完备的代码接口，可调用Windows中的动态链接库（DLL）中的函数以及C语言程序，以弥补自身的某些不足；（7）直接支持动态数据交换（DDE）、对象联接与嵌入（OLE）、结构化查询语言（SQL）、便于与其他Windows应用程序和数据库应用程序接口；（8）支持TCP，UDP等网络协议，网络功能强大，可遥控分布在其他微机上的虚拟仪器设备；（9）为加强LABVIEW的功能，适应各种工业应用的需要，NI公司又开发了一系列与LABVIEW配合使用的软件包，如自动测试工具、可连接25种数据库的SQL工具、SPC分析函数工具、信号处理套件、

36、PID控制工具、图形控制工具等。在许多应用程序中，运行速度是至关重要的。LABVIEW是至今唯一带有可以生产最佳编码的编译器的图形化开发环境，运行速度等同于编好的C或C+程序。因此用LABVIEW来做数据采集设计是很好的选择。2.2.2 声卡采集数据的特点商用数据采集卡具有较大的通用性，但其价格比较昂贵，在具体的应用场合，有些功能可能并不实用。普通声卡，具有16位的量化精度、数据采集频率是44.1kHz，完全可以满足特定应用范围内数据采集的需要，个别性能指标还优于商用数据采集卡，而价格却为商用数据采集卡的十几分之一甚至几十分之一。计算机中的声卡本身就是一个A/D，D/A的转化装置，并且造价低廉

37、，对于设计者而言，在PC上完成数据采集的任务，成本几乎为0；性能稳定，在设计中完全可以满足要求。因此在本设计中，数据采集装置主要基于声卡和数据模拟波形。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内数据采集卡，是计算机与外部的模拟量间环境联系的重要途径。LABVIEW提供了操作声卡的函数。声卡的主要功能包括录制与播放、编辑与合成处理、MIDI接口三个部分。（1）录制与播放通过声卡，人们可将来自话筒、收录机等外部音源的声音录入计算机，并转换成数字文件进行存储和编辑等操作；人们也可以将数字文件还原成声音信号，通过扬声器回放，例如为电子游戏配音，以及播放CD、VCD、DVD、MP3和

38、卡拉OK等。注意，在录制和回放时，不仅要进行D/A和A/D转换，还要进行压缩和解压缩处理。（2）编辑和合成处理通过对声音文件进行多种特技效果的处理，包括加入回声，倒放，淡入淡出，往返放音以及左右两个声道交叉放音等，可以实现对各种声源音量的控制和混合。（3）MIDI（Musical Instrument Digital Interface 乐器数字接口）接口通过MIDI接口和波表合成，可以记录和回放各种接近真实乐器原声的音乐。从一般意义上来看，上述功能主要是数据采集和信号处理，很自然的就可以联想到用声卡实现示波器、信号处理器、频谱分析仪等虚拟仪器。2、声卡的硬件结构 图2-1是一个声卡的硬件结构

39、示意图。一般声卡有4-5个对外接口。其中，输出接口有2个，分别是Ware Out和SPK Out。Ware Out（或Line Out）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。图2-1 声卡的硬件结构示意图输入接口Line In 和Mic In的区别在于，后者可以接入较弱的信号，幅值大约为0.02-0.2V，显然这个信号较易受干扰，因而常使用Line In，它可以接入幅值约为不超过1.5V的信号。注意，这两个输入端口都有隔直电容，这意味着直流信号不能被声卡所接

40、受。多数声卡的输入也是双通道的，但接入插头线往往将这两个通道短接成一个通道。另外这两个通道是共地的。3、声卡的主要技术参数（1）采样的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，录制和回放的声音也就越真实。声卡的位是指声卡在采集和播放声音文件时所使用的数字声音信号的二进制位数，它客观的反映了数字声音信号对输入声音信号描述的准确度。例如，8位代表；16位的代表。比较之下，一段相同的音乐信息，16位声卡能把它分为64000个精度单位进行处理，而8位声卡只能处理256个精度单位，最终采样效果当然是无法相提并论的。（2）采样频率目前，声卡的最高采样频率为44.1kHz，少数

41、达到48kHz。对于民用声卡，一般将采样频率设为4档，分别是44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz、8kHz。22.05kHz只能达到FM广播的声音品质；44.1kHz是理论上的CD音质界限，48kHz则更好一些。对20kHz范围内的音频信号，最高的采样频率才48kHz，虽然理论上没有问题，但似乎余量不大。使用声卡比较大的局限在于，它不允许用户在最高采样频率之下随意设定采样频率，而只能分为4档设定。这样虽然可使制造成本降低，但却不便于使用。用户基本上不可能控制整周期采样，只能通过信号处理的方法来弥补非整周期采样带来的问题。（3）缓冲区与一般数据采样卡不同，声卡面临的D/A和A/D

42、任务通常是连续状态的。为了在一个简易的结构下较好的完成某个任务，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并不是每次声卡A/D或D/A结束后都要响应一次中断，而是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都对某一缓冲区进行操作。以输入声音的A/D变换为例，每次转换完毕后，声卡控制芯片都将数据存放在缓冲区，待缓冲区满时，发出中断给CPU，CPU响应中断后一次性将缓冲区内的数据全部读走。计算机总线的数据传输速率非常高，读取缓冲区数据所用时间极短，不会影响A/D变换的连续性。缓冲区的工作方式大大降低了CPU响应中断频度，节省了系统资源。声卡输出声音是的D/A

43、变换也是类似的。一般声卡使用的缓冲区长度的默认值是8KB（8192字节）。这是由于对x86系列处理器来说，在保护模式（Windows等系统使用的CPU工作方式）下，内存以8KB为单位被分成很多页，对内存的任何访问都是按页进行，CPU保证了读写8KB长度的内存缓冲区时，速度足够快，并且一般不会被其他外来事件打断。设置8192字节或其整数倍（例如32768字节）大小的缓冲区，可以较好的保证声卡与CPU的协调工作。（4）没有基准电压声卡不提供基准电压，因此无论是D/A还是A/D在使用时，都需要用户自己参照基准电压进行标定。4、声卡的频率范围与频率响应人耳对频率的感觉从20Hz到20kHz之间，而声卡

44、的频率响应上限范围在20kHz。5、声卡用于数据采集时的一些设置（1）声卡的设置一般声卡主要用于输出声音，输入部分可能没有处于正常工作状态。建议首先使用耳机和MIC检查声卡的功能，特别是输入功能（录音功能）是否正常。如果不正常，需要检查声卡的设置。一般来说，这里的设置有两层含义，首先是要配置所需的功能，其次是要保证已经配置的功能不处于关闭（静音）状态。下面介绍对Line In 和Mic In的检查和设置。按图2-2所示，在“选项”菜单下选“属性”，得到图2-2（b）图所示的对话框，在此对话框上选择“录音”，并配置列表中的选项即可。注意图3-2中的相关功能都不能处于静音状态。如图2-2（a）所示。图2-2 （a）音量控制窗口