浅谈声卡与LABVIEW软件的虚拟试验系统

赵晓涛

赵晓涛（河南省新密市职教中心河南郑州452370）

摘要：本实验是建立在虚拟实验系统上的，它采用与传统的专业数据采集卡相比有较高的性价比的声卡作为数据采集卡，利用虚拟技术中的模块作为前面板，可以在计算机上进行及时操作，不必拘泥于传统的测量方式和仪器形式，能够及时发现测试中的问题并可结合相关实验作出灵活修改，为每个学生提供了亲自制作、操作、改造仪器的可能，使每个学生都能充分从实验中得到锻炼，为教学工作的深入取得了良好效果，

关键词：声卡虚拟技术教学实验

虚拟仪器(VirtualInstrument简称VI)是仪器技术与计算机技术相结合的产物,它是全新概念的新型仪器,是对传统仪器的重大突破,它的出现改变了人们长久以来的测控思维方式,开始了仪器仪表行业的新篇章,是测控仪器里的一次“工业革命”。建立传统的测试实验室需要大量的测量仪器，不仅价格昂贵，而且给实验的展开带来了一定的难度。因此，降低实验设备成本和使更多的学生参与实验成为现如今教学测试实验室的迫切要求。

声卡的作用就是实现两者的转换。声卡分为模数转换电路和数模转换电路两部分：模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采到的模拟声音信号转换为电脑能处理的数字信号；而数模转换电路负责将电脑使用的数字声音信号转换为喇叭等设备能使用的模拟信号。

声音显示程序流程图如下图所示，在程序的后面板采用了如下采集方式：（从话筒中采集信号）、、、、、，系列模块进行声音信号采集。

声音显示程序前面板

一、声卡采样与分析

声音信号从声卡采集出来以后必须进行相关性的分析，否则所采集的信号就不能很好地显示和进行后期的处理与分析，在前一个实验中本身声音的显示就包含着对声音的采样分析，这里对相关知识不在一一陈述，下列如图所示为声音采样及分析实验前面板。

二、声卡信号的采集、存储与处理

其前面板的采集与处理和上述几个一样，不同的是信号的存储模块与前者不尽相同，前后面板如下图所示。

（前面板）后面板（部分程序）

三、硬件系统设计

基于声卡的虚拟实验系统是建立在数据采集的基础上的，具有良好的数据采集系统是保证优质信号来源和处理的基础。一个典型的数据采集系统应该有以下一些基本的结构所组成：

其中数据采集卡连接着系统的前端和后端，它的采样速率、传输速率和采集范围及其它一些参数决定着数据采集系统的主要性能，因此，数据采集卡是系统的核心组件。在基于声卡的数据采集系统中，声卡充当了数据采集卡的角色，但是声卡本身并不具有专业数据采集的一些相关性能，因而要对声卡进行针对性的改造。而为保证今后一些关于声卡实验的进行，在这里声卡的改造实际上是在声卡本身的基础上加上一定的前置电路。专业数据采集系统，信号的调理部分也是数据采集卡的前置电路。可见无论是专业的数据采集卡，还是在本系统中充当其角色的声卡，都是需要优秀的“马前卒”作为其起到最佳效果的有力支持。

利用声卡作为数据采集设备，可以组成一个低成本、高性能的数据分析与采集系统，当然，它只适合于采集音频域的信号即输入信号频率必须处于20～20000HZ的音频范围内，如果需要处理支流或者缓变信号，则需要其它软件技术和硬件的支持。

一般声卡允许接受的电压范围为-2.5V到2.5V，测量的交流电压的范围限制在1V～4V左右。市场上销售的声卡良莠不齐，为此，改造之前必须进行声卡的电路测试。在本系统中要求通过改造，声卡能够采集到直流电压-5V～15V之间的信号，增大交流电压的输入范围和大电压保护。

四、测试报告

基于声卡的虚拟实验系统在顺利地完成初期的工作后,后期的测试工作也是很重要的。只有测试完成后达到了设计目标，才能算是很好地将设计工作完成了。

五、测试环境

在测试系统时要将软件和硬件分开测试，在计算机机房进行软件部分测试,在测控实验室进行硬件电路的调试。

软件的测试环境是：

1．计算机一台，注：WindowsXP系统。

2．耳机话筒一套,注：声音采集信号反映良好。

3．声卡集成板一块,注：驱动程序与实验匹配。

4．虚拟仪器软件一套,注：LabVIEW7.1版本。

硬件的测试环境是：

1．声卡前置电路一套，注：基于设计原理图焊接成型。

2．万用表一块。

3．万能电压源仪器一台，注：能产生5V，13V电压。

4．电压测试仪器一台，

六、测试结论

软件的测试结论是：软件达到了下列功能：

1．声音的显示；2．声卡采样与分析；3．声音采样、存储与处理。

硬件的测试结论是：硬件基本达到了下列功能：

1．直流输入前置电路：电路能采集到-5V到+15V之间的直流电压信号。2．交流输入前置电路：电路能顺利地将信号的电压降低和放大到声卡电路所能接受的交流电压信号范围内。至此可以验证，本实验系统基本上能够满足设计要求，基本实现了设计目标。

参考文献

[1]张凯郭栋LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发.国防工业出版社。

[2]尚振东《Labiew编程及虚拟仪器设计》.河南科技大学测控研究所。

[3]赵光宇信号分析与处理.北京机械工业出版社。