談基于聲卡的數據采集及波形發(fā)生器設計

一、概述

數據采集是信號分析和處理的一個(gè)重要環(huán)節,在很多產(chǎn)業(yè)控制和生產(chǎn)狀態(tài)監控中,都需要對各種物理量進(jìn)行數據采集和分析。但是，專(zhuān)用數據采集卡的價(jià)格一般比較昂貴，而我們PC機的聲卡就是一個(gè)很好的雙通道數據采集卡。實(shí)際丈量中，在滿(mǎn)足丈量要求的條件下，可以充分利用計算機自身資源，完成數據采集任務(wù)，從而節省本錢(qián)。

本文利用vc編程實(shí)現了聲卡的雙通道數據采集，并且對信號進(jìn)行頻譜分析同時(shí)實(shí)時(shí)丈量出信號的頻率。還利用聲卡的DA通道，實(shí)現了正弦波、方波、三角波輸出的信號發(fā)生器。波形發(fā)生器產(chǎn)生的信號同時(shí)還可以作為內部測試用信號，檢驗數據采集的正確性。

二、聲卡數據采集系統硬件組成

Line Out

利用聲卡進(jìn)行數據采集的硬件組成如圖1所示。通常，利用聲卡的Line In端作為信號輸進(jìn)端口，兩路被測的模擬信號經(jīng)過(guò)左右聲道，A/D轉換進(jìn)進(jìn)計算機，通過(guò)vc編寫(xiě)的虛擬儀器界面顯示出來(lái)。聲卡一般都具有單、雙聲道輸進(jìn),從而可實(shí)現單雙通道的采集.雙通道采集時(shí),聲卡采用并行采集,并具有采樣保持功能,兩個(gè)通道的數據不存在時(shí)間差,第一通道和第二通道數據存儲在同一個(gè)數據緩沖區中,且等間隔存儲,奇數序列是一個(gè)通道數據,偶數序列為另一個(gè)通道數據.讀取數據時(shí),將緩沖區中的數據全部讀進(jìn)到一個(gè)數組中,然后對該數組數據,采用隔一點(diǎn)取一點(diǎn)的方法,將數據分開(kāi)并分別存到另外的兩個(gè)數組中,即將兩個(gè)通道的數,轉自[92工作室]www.92game.net據分開(kāi),從而實(shí)現了雙通道的采集.單通道采集時(shí),緩沖區中僅僅是一個(gè)通道的數據,直接保存到一個(gè)數組即可。同時(shí)，信號發(fā)生器產(chǎn)生的波形也可經(jīng)過(guò)Line out端輸出。

為了保護聲卡，被測信號并不是直接進(jìn)進(jìn)聲卡，而是先經(jīng)過(guò)一個(gè)信號調理電路，對信號進(jìn)行放大或限幅，濾波等處理，信號調理電路如圖2所示。（a）圖是直流電平疊加模塊摘要：C1代表信號的輸進(jìn)，D1代表疊加直流電平后信號的輸出，電位器R8控制輸進(jìn)直流電平的大??；（b）圖是信號疊加模塊摘要：A1、A2代表疊加信號的輸進(jìn)，B1代表疊加后信號的輸出；（c）圖是模擬濾波模塊摘要：LPIN代表濾波器的輸出，LPOUT代表濾波器的輸出，調節R6可以控制輸出的、幅度大小。當然可以根據需要在調理電路中加進(jìn)一些其它的模塊。

三、聲卡采集系統的軟件編程

微軟公司已經(jīng)提供了一系列API函數用于對聲卡的操縱，為了將需要用到的函數封裝成了一個(gè)類(lèi)，編程時(shí)只需直接調用。使用的API函數有摘要：

waveInGetDevCaps　　 實(shí)現聲卡的性能測試

waveInOpen　　　　 打開(kāi)波形輸進(jìn)設備

waveInPrepareHeader 為波形輸進(jìn)預備緩沖區

waveInAddBuffer　　　　 將數據緩存發(fā)送給波形輸進(jìn)設備驅動(dòng)

waveInStart　　　　　　 啟動(dòng)向波形輸進(jìn)緩沖區存儲數據

waveInUnprepareHeader　　開(kāi)釋波形輸進(jìn)緩沖區

waveInStop　　　　　　 停止向波形輸進(jìn)緩沖區存儲數據

waveInClose　　　　　　 封閉波形輸進(jìn)設備

設計的軟件界面如圖3所示。目前所實(shí)現的功能有摘要：

1．兩路波形發(fā)生器?？僧a(chǎn)生正弦波、方波和三角波，并且頻率和幅值可調。

2．頻譜分析儀?？梢詫Σ杉男盘栠M(jìn)行頻譜分析。頻譜分析采用了快速傅立葉變換（FFT）算法，并且將其封裝成獨立的函數，方便調用。

3．頻率計。同時(shí)還可以實(shí)時(shí)地丈量出采集到的信號的頻率。在利用程序計算頻率時(shí)，一般采用兩種方法。一種是利用快速傅立葉變換，它的優(yōu)點(diǎn)是不僅能對標準的周期波形進(jìn)行丈量，而且能夠計算出各種復雜波形和信噪比非常低的信號的頻率值，缺點(diǎn)是分辨率受到限制。另一種計算頻率的方法是采用脈沖計數法。它的優(yōu)點(diǎn)是丈量低頻信號時(shí)精度高，但它不適合波形復雜和信噪比低的信號頻率丈量。所以在丈量過(guò)程中，程序先判定信號上述的性質(zhì)，根據信號的性質(zhì)，自動(dòng)地采用相應的丈量方法。

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