基于声卡的虚拟信号发生器设计与实现.pdf

72 基于声卡的虚拟信号发生器设计与实现 基于声卡的虚拟信号发生器设计与实现* DesignandImplementationofVirtualSignalGeneratorBasedonSoundCard 徐继宁 程志强 北（方工业大学机电工程学院，北京 100041） 摘 要 介绍了一种以普通声卡为硬件设备的虚拟信号发生器的设计方法。设计采用了虚拟仪器技术，利用NI公司的Lab- VIEW软件的模块化编程以及多线程技术，实现了多种常见周期信号及任意指定信号的双通道输出。 LabVIEW 关键词：信号发生器，声卡，虚拟仪器， Abstract ThispaperpresentsthedesignofavirtualsignalgeneratorthatutilizesanormalPCsoundcardashardwaredevice. ThegeneratorwasdevelopedbasedonvirtualinstrumentsoftwareLabVIEW ofNICompany.Themodularizedprogramming andmultithreadingtechnicalisperformedduringthedesignedprocess. Keywords:signalgenerator,soundcard,virtualinstrument,LabVIEW 声卡目前已经是多媒体计算机的一个标准配置，利用计算 低层函数编写，由于Windows低层函数直接与声卡驱动程序打 机声卡进行采样和输出，就不需要购买专门的数据采集卡，为开 交道，因而封装层次低，速度快，而且可以访问、采集缓冲区中任 发低成本高性能的信号发生器，创造了有利条件。 意位置的数据，具有很大的灵活性，能够满足实时不间断采集的 1 声卡的技术指标 需要。本文主要用到的几个VI在SoundOutput子面板中，用 1）分辨率。目前，市场上的一般声卡按照其采样位数分可以 到的主要有 SO Config、SO Start、SO SetNum Buffers、SO 分为8位和16位，采样位数 分（辨率）可理解为声卡处理声音的 Write、SOClear。 解析度，数值越大解析度就越高，录制和回放的声音就越真实， SOConfig用于设置声卡数据格式；SOStart通知声卡输 它客观反映了数字声音信号对输入声音信号描述的准确程度。 出数据；SOSetNum Buffers设置声卡缓冲区大小，一要节省 从数据采集的角度来看，声卡是音频范围内的数据采集卡。声卡 CPU资源，二要保证输出信号的连续性；SOWrite将缓冲区内 位数的概念与数据采集卡中的位数完全一致，但一般的数据采 的数据通过声卡输出；SOClear完成最终清理工作，释放请求 集卡大多只有12位，而声卡主流产品都是12位的。因此在这个 的一系列系统资源如DMA，缓冲区内存，声卡端口等。 指标上，声卡毫不逊色于常用的数据采集卡。 利用LabVIEW构建基于声卡的虚拟信号发生器流程如图 2）采样频率。目前声卡的最高采样频率大都是44.1KHz，少 1，这个流程与一般的数据采集卡并无多大差别。 数达48KHz。对于民用声卡，一般将采样频率分为4档，分别是 44.1KHz、22.05KHz、11.025KHz和8KHz，这个频率也是DAC 输出信号的采样频率。对于20KHz范围内的音频信号，如果最 高采样率48KHz，虽然理论上没有问题，但效果已经不是很好。 因而使用声卡的局限性在，它不允许用户在最高采样率下随意 图1 声卡模拟输出工作流程示意图 设定采样频率。 3 信号发生器的实现 3）声卡的频率