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先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。——范仲淹
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(10)申请公布号 CN A202520250
(43)申请公布日
(21)申请号
(22)申请日
(71)申请人 长沙闽壹湖电子科技有限责任公司
地址 410000 湖南省长沙市天心区木莲西路 187 号天天向上家园第 1、5、6 栋 1323 房
(72)发明人 不公告发明人
(74)专利代理机构
代理人
(51)
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
一种基于声卡的音频采集分析仪与
信号发生器设计
(57)摘要
本发明涉及一种基于声卡的音频采
集分析仪与信号发生器设计，本发明具有
双通道、高保真、 22K 甚至 44KHz 的采样
率，实现了音频信号的实时采集、实时存
储、回放、信号分析（时域分析和频域分
析）等多种功能。本发明具有设计简便、
成本低、通用性高、扩展性好、界面大方 : .
天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》
简洁等优点，可广泛应用于工程测量和科
学实验室等环境。
法律状态
法律状态公告日 法律状态信息 法律状态
发明专利申请公布后的视为撤回
IPC(主分类):G06F17/50专利申 发明专利申请公布后
2023-08-11
请号:20**********申请公布 的视为撤回
日:20190528
: .
学而不知道，与不学同；知而不能行，与不知同。——黄睎
权 利 要 求 说 明 书
、高保真、22K 甚至 44KHz 的采样率,实现了音频信号的实时
采集、实时存储、回放、信号分析(时域分析和频域分析)等多种功能。
所述的一种基于声卡的音频采集分析仪与信号发生器设计,其特征
在于,本发明主要由声源、信号调理模块、计算机声卡以及安装于计算机机上的
LabVIEW 软件等几部分组成。
: .
人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。——刘鹗
说 明 书
<p> 技术领域
本发明专利涉及电子设计技术领域 ,尤其涉及一种基于声卡的音频采集分析仪与信
号发生器设计。
背景技术
数据采集是信号分析与处理的一个重要环节 ,在许多工业控制与生产状态监控中 ,都
需要对各种物理量进行数据采集与分析。但是 ,专用数据采集卡的价格一般比较昂
贵,而本发明的 PC 机的声卡就是一个很好的双通道数据采集卡。
发明专利内容
本发明专利涉及一种基于声卡的音频采集分析仪与信号发生器设计,本发明具有双
通道、高保真、22K 甚至 44KHz 的采样率,实现了音频信号的实时采集、实时存储、
回放、信号分析(时域分析和频域分析)等多种功能。
本发明具有设计简便、成本低、通用性高、扩展性好、界面大方简洁等优点 ,可广
泛应用于工程测量和科学实验室等环境。
附图说明
图 1:声卡采集系统原理框图。
图 2:声卡参数设置以及采集音频信号图。
图 3:音频信号后面板程序图。 : .
丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。——杜甫
图 4:信号发生器面板图。
图 5:信号发生器的前面板图。
图 6:信号发生器所产生的波形图。
图 7:波形回放前面板图。
图 8:虚拟频谱分析仪界面图。
图 9:波形回放后面板程序以及虚拟数据分析仪框图程序图。
具体实施方式
为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,
对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以
解释本发明专利,并不用于限定本发明专利。
本发明专利涉及一种基于声卡的音频采集分析仪与信号发生器设计,本发明具有双
通道、高保真、22K 甚至 44KHz 的采样率,实现了音频信号的实时采集、实时存储、
回放、信号分析(时域分析和频域分析)等多种功能。
进一步的,声卡采集系统原理框图如图1 所示。本发明主要由声源、信号调理模块、
计算机声卡以及安装于计算机机上的 LabVIEW 软件等几部分组成。工作过程为:输
入时,测试信号首先经过信号调理电路 ,利用 PC 机声卡的麦克风输入 (micin)或线路
输入(linein)作为信号的输入端口 ,将获取到的模拟音频信号经过左右两个通道和
A/D 转换后送入计算机 ,通过 LabVIEW 编写的采集程序进行各种处理和保存 ;输出
时,经过采集系统处理的数据通过总线将数字化的信号以 PCM 方式送到 D/A 转换器 , : .
天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。——《周易》
编程模拟的音频信号由线路输出(lineout)端口通过耳机或音响转换为音波播放出来。
信号调理电路:在信号进入声卡之前必须经过信号调理,主要包括信号的放大、滤波、
隔离和线性化处理,以使其能够被声卡正确的识别。声卡的麦克风(micin)输入端具
有高增益放大器,会使得信号产生较大失真,所以选择线路(linein)输入信号时,其输入
电压应为-1~+1V 。声卡:计算机的声卡作为数据采集卡 ,其 A/D 转换功能已经成熟 ,
而且计算机无需添加额外配件便能完成所有音频信号的采集功能 ,具有价格低廉、
采样精度高 ,与 LabView 结合编程简单等优点 ,因此,利用声卡可以构成一个较高采样
精度、中等采样频率、灵活性好的信号采集系统。
进一步的,LabVIEW 软件是一种基于图形语言编程的可视化软件开发平台 ,与
VC,VB 等其他可视化编程语言相比 ,其函数库丰富、编程简单直观、调试方便 ,而且
界面开发简单 ,界面风格与传统仪器相似。 LabVIEW 是一个外观和操作能模仿实际
的仪器的程序开发环境 ,类似于 C 、BASIC 等编程语言。但 LabVIEW 的特点在于 ,
它使用图形化编程语言 G 在流程图中创建源程序 ,而非使用基于文本的语言来产生
源程序代码。 LabVIEW 还整合了诸如满足 GPIB 、VXI 、USB 、RS-232和 RS-485
以及数据采集卡等硬件通讯的全部功能。内置了便于 TCP/IP 、ActiveX 等软件标准
的库函数。虽然 LabVIEW 是一个通用编程系统 ,但是它也包含了数据采集和仪器控
制等特别设计的函数库和开发工具。由于 LabVIEW 所使用的术语、图标和概念都
是技术人员、科学家、工程师所熟悉的 ,故而即使用户没有多少编程经验 ,同样也能
利用 LabVIEW 来开发自己的应用程序。以 LabVIEW 为基础的本声卡信号采集系
统主要完成了信号采集、存储、回放和频域分析等功能。本设计对于信号采集如此
多的功能采用了分模块显示设置 ,这样使得主程序前面板简单明了 ,且功能齐全 ,方便
了用户的操作。
进一步的,信号采集前面板如图 2 所示 ,信号采集原理是利用计算机声卡的实际特性
把外部模拟信号经过转换 ,实现对数据的保存同时能够实时显示出来。根据计算机
声卡的实际特性 ,将声卡设置为双通道、 采样频率、16 位采样比特数、连
续采样等,如图 2 所示。本设计根据实际显示需要 ,当点击开始采集按扭时,该虚拟示 : .
英雄者，胸怀大志，腹有良策，有包藏宇宙之机，吞吐天地之志者也。——《三国演义》
波器界面实时显示了所采集歌声的实时信号和保存成音频格式文件。同时,实时显
示界面的示波器属性设置为 X 、Y 轴均设置为“自动调整标尺”,从而保证无论信号
幅值如何改变,总可以在纵坐标上是清晰显示,这样不仅方便用户操作,而且观察方便。
进一步的,音频信号后面板程序如图3 所示,功能实现方法:首先创建好一个音频格式
的写文件,另外选择声卡控件,对声卡控件的配置,为了防止数据溢出所以要先准备好
写文件才能进行声卡的读和写,所以一定要在写文件和声卡控件当中连上ERROR,
这样才能保证数据不会溢出。同时当我们写完文件时,一定要加上关闭文件的控件。
运行程序时,由于利用了一个事件控件,所以当点击开始采集时就能进行声卡信号的
采集,实时保存和实时显示等功能的实现。
进一步的,信号发生器的前面板如图 4 所示。主要的功能有实现单通道信号发生、
或者双通道叠加,同时还能叠加各种噪声信号,在对各种信号操作时,可以对如频率、
振幅、相位等的设置。
进一步的,信号发生器和示波器程序图如图 5 所示,实现方法如下 :利用文件的打开方
式,选择创建一个音频文件,当文件准备好写以后,然后利用信号发生器控件实现单、
双、混合噪声的选择 ,从而实现信号发生器的功能。
进一步的,虚拟示波器的前面板是应该根据实际中的仪器面板以及该仪器所要实现
的各种功能进行设计的程序交互式图形化用户界面。根据计算机声卡的实际特性 ,
将声卡设置为双通道、 、16位采样比特数、连续采样等