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基于PC声卡的音频信号能量频谱仪虚拟仪器设计

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(基于PC声卡的音频信号能量频谱仪虚拟仪器设计 毕业设计 47页 16661字 包括程序)
摘要:一种全新的仪器——虚拟仪器开始慢慢渗透到我们的生活和工作中去。虚拟仪器一种以硬件为基础配合软件而实现特有功能的仪器,它以低成本、多功能、专业性、易改造的特点逐渐在一些非专业的行业中取代了我们现有的工作仪器。
本文研究的是基于PC声卡的音频信号能量频谱仪,PC中的声卡不仅能输出和录制各种音频信号,本文利用其内部的A/D变换器,将声卡作为采集卡,通过编写程序对外部的模拟信号进行采样,采样所得数据经计算机处理后,在PC的屏幕上显示出该信号的能量频谱图和波形曲线.用于定性地分析各种音频信号(如语音、歌声)中各个频率分量能量的分布情况。从而确定该信号的频率能量分布特征,为研究或模仿语音,歌声提供了一种工具。
关键词:声卡;A/D变换器;音频信号;能量频谱仪
中图分类号:TP311




The virtual instrument of energy spectrum based
on the PC sound card
Abstract:A brand-new instrument—virtual instrument starts to infiltrate into our lifes and work slowly. This virtual instrument, which realizes the unique function based on the hardware and accompany with software, characterised the low cost, multi-purpose, professional, easy to transform and gradually replaces the existing equipment in some non-specialized professions.
In this paper, the audio signal energy spectrometer based on the PC’s sound card was studied. The sound card in PC can output and record all kind of audio signals. Using its internal A/D converter, we takes the sound card as a gathering card, and compiles the procedures for external analog signal sampling. After computer’s disposal, the signal’s energy spectrograph and the wave were obtained on the PC screen. The system can use to qualitative analyse the energy distribution of the various audio signals (such as voice, singing). Thus we can confirm the signal’s energy distribution characteristic that provides a tool for the research or the imitation sound and singing.


Key word: Sound card;A/D Converter;Audio Signal;Energy Spectrum Analyzer

Classification: TP311

目 次
摘要 I
目次 III
1.前言 1
1.1基于PC声卡的音频信号能量频谱仪的功能与前景 1
1.1.1频谱仪的发展趋势 1
1.1.2 虚拟仪器的介绍 1
1.1.3 虚拟仪器的特点及发展前景 2
1.1.4基于声卡数据采集的实现 3
1.1.5 基于PC声卡的音频信号能量频谱仪虚拟仪器的功能实现 4
1.1.6 本论文主要工作 4
2.基于PC声卡的音频信号能量频谱仪的工作原理 5
2.1 虚拟频谱仪的框图设计 5
2.2 虚拟频谱仪的工作环境 5
2.2.1 虚拟频谱仪的工作环境概述 5
2.2.2 LabVIEW的介绍 5
2.2.3 VC++6.0的介绍 6
2.3 MFC 简介 6
3.软件的开发 8
3.1 可行性分析 8
3.1.1问题陈述 8
3.1.2可行性研究 8
3.2详细设计 8
3.2.1软件的运行环境 8
3.2.2 MFC 中的控件 8
3.2.3 MFC 中宏和全局函数 10
3.2.4 编程方法具体步骤 11
3.3软件模块分析 15
4.软件程序测试 18
4.1 把声卡的录音功能能设置成有效 18
4.2 硬件连接 18
4.3 程序界面上各个设置的作用 18
5.总结 21
参考文献 22
附录A 功能代码 23
作者简介 38
学位论文数据集 39


1.前言
任何测量与控制都离不开仪器仪表,传统的测量仪器模式为:独立的机箱;有面板操作按键和旋钮;有信号的输入与输出端口;有测量结果的显示方式— —指针、表头或数码管窗口等。传统仪器以专一、固化的形式存在,测量功能及应用范围只能由生产厂家定义、制造。一旦定型,多年技术老套,功能更新缓慢。80年代后期,国外提出了一种全新的仪器仪表概念—— 虚拟仪器。虚拟仪器概念的提出为测量与控制领域技术的发展带来了空间,为仪器仪表的更新换代带
来了机遇,同时,使进入信息时代的人们在测量观念上产生了更多的新思想和新概念。
1.1基于PC声卡的音频信号能量频谱仪的功能与前景
1.1.1频谱仪的发展趋势
频谱仪就是通常所说的频谱分析仪,用来分析信号中所含有的频率成分的专用仪器。随着无线电和电子技术的不断发展,频谱仪的技术性能和测试功能日益完善。目前,一些新颖高档的频谱仪具有大的频率测量范围、高的准确度、灵敏度及稳定度,可以用来测定信号的许多参量,如:电平值、频率、谐波失真、频率稳定度、电场强度和电磁兼容性(EMC)等。
频谱仪按其构成原理,可分为两大类,即,模拟式和数字式。早期的频谱仪属于模拟式。目前,模拟式频谱仪仍在广泛使用。数字式频谱仪是以数字滤波器或FFT为基础构成的。由于数字式频谱仪受到数字系统的工作速度的限制,因此,这类频谱仪多半使用于低频段。此外,一些新颖高档的频谱仪,既能用来测量低频信号,又能测量高频信号,其机构属于以上两种类型的混合,常称为“模拟—数字”混合式频谱仪。
1.1.2 虚拟仪器的介绍
所谓虚拟仪器(Virtual Instruments),就是以通用计算机为核心的硬件平台上,由用户设计定义,具有虚拟面板,测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板,就如同使用一台专用测量仪器。虚拟仪器的出现使测量仪器与个人计算机的界限模糊了。
虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板,以多种形式表达输出检测结果,利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理,利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理,从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。“虚拟”主要包含以下两方面的含义。
1)虚拟的虚拟仪器的面板虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。如各种开关、按键、显示器等实现仪器电源的“通”、“断”,测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。
传统仪器面板上的器件都是实物,而且是用手动和触摸进行操作的,而虚拟仪器面板控件是外形与实物相像的图标,设计虚拟面板的过程就是在面板设计窗口中摆放所需的控件,然后编写相应的程序。大多数初学者可以利用虚拟仪器的软件开发工具,如LabWindows/CVI、LabVIEW 等编程语言,在短时间内轻松完成美观而又实用的虚拟仪器前面板的设计。
2)由软件编程来实现的虚拟仪器测量功能在以PC为核心组成的硬件平台支持下,虚拟仪器不仅可以通过软件编程设计来实现仪器的测试功能,而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。因此在硬件平台确定后有“软件就是仪器”的说法。这也体现了测试技术与计算机深层次的结合。
虚拟仪器由硬件和软件两部分组成。虚拟仪器的硬件主体是电子计算机也就是我们平时所说的个人电脑PC。为计算机配置的电子测量仪器硬件模块是各种传感器、信号调理器、模拟数字/转换器(ADC)、数字/模拟转换器(DAC )、数据采集器(DAQ)等。电子计算机及其配置的电子测量仪器硬件模块组成了虚拟仪器测试硬件平台的基础。
测试软件是虚拟仪器的“主心骨”。虚拟仪器的概念是1986年由美国国家仪器公司(以下简称NI公司)首先提出的。NI公司在提出虚拟仪器概念并推出第一批实用成果时,就用“软件就是仪器”来表达虚拟仪器的特征,强调软件在虚拟仪器中的极为重要的位置。但这并不排斥测试硬件平台的重要性。NI公司从一开始就推出丰富而又简洁的虚拟仪器开发软件。使用者可以根据不同的测试任务,在虚拟仪器开发软件的提示下编制不同的测试软件,来实现当代科学技术复杂的测试任务。
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