虚拟仪器设计的音频信号分析仪的设计(附件)
摘 要 以 LabVIEW 作为软件开发平台，使用计算机声卡作为硬件平台，设计研究开发了资源成本相对低，性价比较高的音频数据采集分析系统。这个系统能够对声音信号进行采集、波形动态显示、分析处理、存储和播放等功能。实际应用表明，该系统不仅精度高、稳定、性能可靠、易操作，而且也能够实现声卡设计频率范围内的一般的数据采集。基于声卡的，尤其是声卡与虚拟仪器相结合的信号采集技术在工程测试测量以及教学实践领域中具有广阔的应用前景。
目 录
第一章 概述 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2国内外对虚拟仪器技术的研究 1
1.3本课题研究所采用的方案 2
1.4本课题预期成效 2
第二章 软件设计的整体思路 3
2.1创建虚拟仪器 3
2.2系统的功能设计 3
2.3数据采集和信号分析框图 3
第三章 软件设计与实现 4
3.1软件设计 4
3.1.1前面板设计 4
3.1.2程序框图设计 5
3.3软件的实现 11
3.4软件结果分析 11
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
附录A 毕业设计软件说明书 16
第一章 概述
1.1课题研究背景和意义
? 现在计算机网络非常发达，大规模集成电路技术也应用非常广泛，通信技术也是全球发展的热点，所以也就推生了仪器技术领域的革新变化。美国国家仪器有限公司（National?Instruments）在20世纪的时候就领先于别国推出了以计算机作为平台开发的虚拟仪器技术，所以虚拟仪器技术也被推上了一个新的发展阶段。虚拟仪器技术是通过使用计算机，再加上软件和硬件，让人们在操作计算机上的软件时，感觉就像是在操作一个专门为这个功能设计的传统电子仪器一样。在整个虚拟仪器系统过程中，硬件设备只是关系到这个信号的输入和输出，而软件就是关系到整个仪器系统的关键。在用虚拟仪器设计的软件中，无论哪个使用者都可以修改软件，而且是根据自己的需求修改，想要多实现什么功能或者删除什么控件，也可以根据用户习惯修改仪表界面使之更
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为美观便捷。从这一角度来说，就完全打破了原先生产者定义规范好的仪器面板和功能，使用者只好根据产品使用说明书操作并不能加入主观想法和创意的局限。所以把个人计算各和虚拟仪器这一技术所结合起来，是对电子技术的一个重大突破。计算机系统里的各种功能，都能很好的结合应用到该软件中，实现资源节约，不用像之前用传统仪器那样到定点的厂家进行维修和保养，用户也可以随时随地只要有计算机的地方都能对它进行维护和升级。
虚拟仪器技术现在已经成为领先技术领域的主流技术，例如测试，工业I/O控制等。在许多领域都得到了快速的发展也获得一致好评，现在，虚拟仪器技术已经作为替代传统仪器的最受欢迎的方法。也随着个人计算机、半导体产品的市场的不断更新扩充，虚拟仪器技术未来的发展也会越来越好，为工程测量提供更灵活便捷的方案。
1.2国内外对虚拟仪器技术的研究
自从美国NI公司提出虚拟仪器技术之后，发达国家紧跟着步伐将其作为应用研究的重点方面。这么多年以来，世界上很多国家的许多非常知名的仪器公司也开发了一些类似的虚拟仪器开发平台，但他们这些平台的影响力都远远没有NI公司的图形化开发平台大。美国是虚拟仪器发展的始祖，也成为了目前世界上最大的制造商。
我国国内最早的时候也只能引进NI产品，自己还没能够独立创造，首先引进吸收NI产品，在慢慢对其进行研究和开发。现在国内的一些研究也得到了良好的效果，像863项目的发展，一种有创新区别于欧美的技术，这也表示了我国走出了虚拟仪器的创新之路。
1.3本课题研究所采用的方案
用数据采集卡进行虚拟仪器技术的设计还是比较多的，一般来说所采用的数据采集卡有NI公司的Ｅ系列数据采集卡等，但是通常来说这种类型的数据采集卡价格都比较贵。所以，由于信号采集要求的采样频率不是很高，也就可以用普通电脑声卡，这样就免去了商业的数据采集卡，省去了一笔费用。这里是通过计算机自带的声卡和结合LabVIEW软件来实现声音信号的录入采集。这个系统能够正确的采集到声卡可用频率内的信号数据，然后通过采集到的信号进行时域分析和频域分析等一系列功能。也是因为现在基本上人手一台电脑，计算机已经非常普及，在计算机上设计软件也就非常便捷，也非常的节省成本，而且相对来说开发的时间短，个人可自由控制。
用LabVIEW平台结合计算机系统的声卡功能。设计出的数字音频信号分析设备需要具备这些功能：示波器，频谱分析仪和系统设置。
示波器显示前面板包括实时波形显示窗口，该窗口可以显示波形和采样波形以及经滤波的信号的各种实时频谱分析。系统设置中可以设置采样频率和位数。在频谱分析仪面板，采用快速傅里叶变换算法来完成自功率谱分析。通过选择图形窗口、选择单位、选择显示坐标的模式等，对这些数据进行设置，显示出信号的自功率谱。它也可以显示出频域分析所分析出的最大振幅和频谱分析仪测量到的音频信号的特征频率。
1.4本课题预期成效
本课题用虚拟仪器软件设计出的音频信号分析仪要可以实现个人电脑声卡的声音数据采集，然后对采集到的音频信号进行分析，其中应该包括时域分析、频域分析等多种分析，时域分析中要包括实时的显示波形，波形的幅值为实时测量到的信号电压，还应该能显示频率及周期等参数，频域分析是对采集到的音频信号利用傅里叶变换对其分析，也可用软件中的谱分析函数对其增加几个分析，如自功率谱或者相位谱等。当然除了实现分析数据功能外，也能对其音频信号进行播放和存储。实现与真实音频信号分析仪器相当的功能。
第二章 软件设计的整体思路
2.1创建虚拟仪器
创建虚拟仪器中包含创建前面板和创建程序框图，前面板中放置一些直观控件，用于后期操作与显示的，程序框图中包含一些函数以及各种结构VI的创建。
2.2系统的功能设计
在LabVIEW软件的相关函数模块里，找到声卡的相关VI，用相关VI实现对声卡的控制。它的基本流程为设置－采集－读数－停止。然后首先要设置好声卡的设备账号、所采用的声音音频格式和固定采样频率，随后开启声卡进行采集，将所采集到的数据保存到指定的区域中，然后软件就可以一边显示波形，一边保存文件。所以本软件就分成了声卡模块和数据采集两个模块进行设计。
2.3数据采集和信号分析框图
目 录
第一章 概述 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2国内外对虚拟仪器技术的研究 1
1.3本课题研究所采用的方案 2
1.4本课题预期成效 2
第二章 软件设计的整体思路 3
2.1创建虚拟仪器 3
2.2系统的功能设计 3
2.3数据采集和信号分析框图 3
第三章 软件设计与实现 4
3.1软件设计 4
3.1.1前面板设计 4
3.1.2程序框图设计 5
3.3软件的实现 11
3.4软件结果分析 11
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
附录A 毕业设计软件说明书 16
第一章 概述
1.1课题研究背景和意义
? 现在计算机网络非常发达，大规模集成电路技术也应用非常广泛，通信技术也是全球发展的热点，所以也就推生了仪器技术领域的革新变化。美国国家仪器有限公司（National?Instruments）在20世纪的时候就领先于别国推出了以计算机作为平台开发的虚拟仪器技术，所以虚拟仪器技术也被推上了一个新的发展阶段。虚拟仪器技术是通过使用计算机，再加上软件和硬件，让人们在操作计算机上的软件时，感觉就像是在操作一个专门为这个功能设计的传统电子仪器一样。在整个虚拟仪器系统过程中，硬件设备只是关系到这个信号的输入和输出，而软件就是关系到整个仪器系统的关键。在用虚拟仪器设计的软件中，无论哪个使用者都可以修改软件，而且是根据自己的需求修改，想要多实现什么功能或者删除什么控件，也可以根据用户习惯修改仪表界面使之更
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
为美观便捷。从这一角度来说，就完全打破了原先生产者定义规范好的仪器面板和功能，使用者只好根据产品使用说明书操作并不能加入主观想法和创意的局限。所以把个人计算各和虚拟仪器这一技术所结合起来，是对电子技术的一个重大突破。计算机系统里的各种功能，都能很好的结合应用到该软件中，实现资源节约，不用像之前用传统仪器那样到定点的厂家进行维修和保养，用户也可以随时随地只要有计算机的地方都能对它进行维护和升级。
虚拟仪器技术现在已经成为领先技术领域的主流技术，例如测试，工业I/O控制等。在许多领域都得到了快速的发展也获得一致好评，现在，虚拟仪器技术已经作为替代传统仪器的最受欢迎的方法。也随着个人计算机、半导体产品的市场的不断更新扩充，虚拟仪器技术未来的发展也会越来越好，为工程测量提供更灵活便捷的方案。
1.2国内外对虚拟仪器技术的研究
自从美国NI公司提出虚拟仪器技术之后，发达国家紧跟着步伐将其作为应用研究的重点方面。这么多年以来，世界上很多国家的许多非常知名的仪器公司也开发了一些类似的虚拟仪器开发平台，但他们这些平台的影响力都远远没有NI公司的图形化开发平台大。美国是虚拟仪器发展的始祖，也成为了目前世界上最大的制造商。
我国国内最早的时候也只能引进NI产品，自己还没能够独立创造，首先引进吸收NI产品，在慢慢对其进行研究和开发。现在国内的一些研究也得到了良好的效果，像863项目的发展，一种有创新区别于欧美的技术，这也表示了我国走出了虚拟仪器的创新之路。
1.3本课题研究所采用的方案
用数据采集卡进行虚拟仪器技术的设计还是比较多的，一般来说所采用的数据采集卡有NI公司的Ｅ系列数据采集卡等，但是通常来说这种类型的数据采集卡价格都比较贵。所以，由于信号采集要求的采样频率不是很高，也就可以用普通电脑声卡，这样就免去了商业的数据采集卡，省去了一笔费用。这里是通过计算机自带的声卡和结合LabVIEW软件来实现声音信号的录入采集。这个系统能够正确的采集到声卡可用频率内的信号数据，然后通过采集到的信号进行时域分析和频域分析等一系列功能。也是因为现在基本上人手一台电脑，计算机已经非常普及，在计算机上设计软件也就非常便捷，也非常的节省成本，而且相对来说开发的时间短，个人可自由控制。
用LabVIEW平台结合计算机系统的声卡功能。设计出的数字音频信号分析设备需要具备这些功能：示波器，频谱分析仪和系统设置。
示波器显示前面板包括实时波形显示窗口，该窗口可以显示波形和采样波形以及经滤波的信号的各种实时频谱分析。系统设置中可以设置采样频率和位数。在频谱分析仪面板，采用快速傅里叶变换算法来完成自功率谱分析。通过选择图形窗口、选择单位、选择显示坐标的模式等，对这些数据进行设置，显示出信号的自功率谱。它也可以显示出频域分析所分析出的最大振幅和频谱分析仪测量到的音频信号的特征频率。
1.4本课题预期成效
本课题用虚拟仪器软件设计出的音频信号分析仪要可以实现个人电脑声卡的声音数据采集，然后对采集到的音频信号进行分析，其中应该包括时域分析、频域分析等多种分析，时域分析中要包括实时的显示波形，波形的幅值为实时测量到的信号电压，还应该能显示频率及周期等参数，频域分析是对采集到的音频信号利用傅里叶变换对其分析，也可用软件中的谱分析函数对其增加几个分析，如自功率谱或者相位谱等。当然除了实现分析数据功能外，也能对其音频信号进行播放和存储。实现与真实音频信号分析仪器相当的功能。
第二章 软件设计的整体思路
2.1创建虚拟仪器
创建虚拟仪器中包含创建前面板和创建程序框图，前面板中放置一些直观控件，用于后期操作与显示的，程序框图中包含一些函数以及各种结构VI的创建。
2.2系统的功能设计
在LabVIEW软件的相关函数模块里，找到声卡的相关VI，用相关VI实现对声卡的控制。它的基本流程为设置－采集－读数－停止。然后首先要设置好声卡的设备账号、所采用的声音音频格式和固定采样频率，随后开启声卡进行采集，将所采集到的数据保存到指定的区域中，然后软件就可以一边显示波形，一边保存文件。所以本软件就分成了声卡模块和数据采集两个模块进行设计。
2.3数据采集和信号分析框图
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