谈基于声卡的数据采集及波形发生器设计

一、概述

数据采集是信号分析和处理的一个重要环节,在很多产业控制和生产状态监控中,都需要对各种物理量进行数据采集和分析。但是，专用数据采集卡的价格一般比较昂贵，而我们PC机的声卡就是一个很好的双通道数据采集卡。实际丈量中，在满足丈量要求的条件下，可以充分利用计算机自身资源，完成数据采集任务，从而节省本钱。

本文利用vc编程实现了声卡的双通道数据采集，并且对信号进行频谱分析同时实时丈量出信号的频率。还利用声卡的DA通道，实现了正弦波、方波、三角波输出的信号发生器。波形发生器产生的信号同时还可以作为内部测试用信号，检验数据采集的正确性。

二、声卡数据采集系统硬件组成

Line Out

利用声卡进行数据采集的硬件组成如图1所示。通常，利用声卡的Line In端作为信号输进端口，两路被测的模拟信号经过左右声道，A/D转换进进计算机，通过vc编写的虚拟仪器界面显示出来。声卡一般都具有单、双声道输进,从而可实现单双通道的采集.双通道采集时,声卡采用并行采集,并具有采样保持功能,两个通道的数据不存在时间差,第一通道和第二通道数据存储在同一个数据缓冲区中,且等间隔存储,奇数序列是一个通道数据,偶数序列为另一个通道数据.读取数据时,将缓冲区中的数据全部读进到一个数组中,然后对该数组数据,采用隔一点取一点的方法,将数据分开并分别存到另外的两个数组中,即将两个通道的数,转自[92工作室]www.92game.net据分开,从而实现了双通道的采集.单通道采集时,缓冲区中仅仅是一个通道的数据,直接保存到一个数组即可。同时，信号发生器产生的波形也可经过Line out端输出。

为了保护声卡，被测信号并不是直接进进声卡，而是先经过一个信号调理电路，对信号进行放大或限幅，滤波等处理，信号调理电路如图2所示。（a）图是直流电平叠加模块摘要：C1代表信号的输进，D1代表叠加直流电平后信号的输出，电位器R8控制输进直流电平的大小；（b）图是信号叠加模块摘要：A1、A2代表叠加信号的输进，B1代表叠加后信号的输出；（c）图是模拟滤波模块摘要：LPIN代表滤波器的输出，LPOUT代表滤波器的输出，调节R6可以控制输出的、幅度大小。当然可以根据需要在调理电路中加进一些其它的模块。

三、声卡采集系统的软件编程

微软公司已经提供了一系列API函数用于对声卡的操纵，为了将需要用到的函数封装成了一个类，编程时只需直接调用。使用的API函数有摘要：

waveInGetDevCaps　　 实现声卡的性能测试

waveInOpen　　　　 打开波形输进设备

waveInPrepareHeader 为波形输进预备缓冲区

waveInAddBuffer　　　　 将数据缓存发送给波形输进设备驱动

waveInStart　　　　　　 启动向波形输进缓冲区存储数据

waveInUnprepareHeader　　开释波形输进缓冲区

waveInStop　　　　　　 停止向波形输进缓冲区存储数据

waveInClose　　　　　　 封闭波形输进设备

设计的软件界面如图3所示。目前所实现的功能有摘要：

1．两路波形发生器。可产生正弦波、方波和三角波，并且频率和幅值可调。

2．频谱分析仪。可以对采集的信号进行频谱分析。频谱分析采用了快速傅立叶变换（FFT）算法，并且将其封装成独立的函数，方便调用。

3．频率计。同时还可以实时地丈量出采集到的信号的频率。在利用程序计算频率时，一般采用两种方法。一种是利用快速傅立叶变换，它的优点是不仅能对标准的周期波形进行丈量，而且能够计算出各种复杂波形和信噪比非常低的信号的频率值，缺点是分辨率受到限制。另一种计算频率的方法是采用脉冲计数法。它的优点是丈量低频信号时精度高，但它不适合波形复杂和信噪比低的信号频率丈量。所以在丈量过程中，程序先判定信号上述的性质，根据信号的性质，自动地采用相应的丈量方法。

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