談基于聲卡的數據采集及波形發生器設計

一、概述

數據采集是信號分析和處理的一個重要環節,在很多產業控制和生產狀態監控中,都需要對各種物理量進行數據采集和分析。但是，專用數據采集卡的價格一般比較昂貴，而我們PC機的聲卡就是一個很好的雙通道數據采集卡。實際丈量中，在滿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，從而節省本錢。

本文利用vc編程實現了聲卡的雙通道數據采集，并且對信號進行頻譜分析同時實時丈量出信號的頻率。還利用聲卡的DA通道，實現了正弦波、方波、三角波輸出的信號發生器。波形發生器產生的信號同時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端作為信號輸進端口，兩路被測的模擬信號經過左右聲道，A/D轉換進進計算機，通過vc編寫的虛擬儀器界面顯示出來。聲卡一般都具有單、雙聲道輸進,從而可實現單雙通道的采集.雙通道采集時,聲卡采用并行采集,并具有采樣保持功能,兩個通道的數據不存在時間差,第一通道和第二通道數據存儲在同一個數據緩沖區中,且等間隔存儲,奇數序列是一個通道數據,偶數序列為另一個通道數據.讀取數據時,將緩沖區中的數據全部讀進到一個數組中,然后對該數組數據,采用隔一點取一點的方法,將數據分開并分別存到另外的兩個數組中,即將兩個通道的數,轉自[92工作室]www.92game.net據分開,從而實現了雙通道的采集.單通道采集時,緩沖區中僅僅是一個通道的數據,直接保存到一個數組即可。同時，信號發生器產生的波形也可經過Line out端輸出。

為了保護聲卡，被測信號并不是直接進進聲卡，而是先經過一個信號調理電路，對信號進行放大或限幅，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，D1代表疊加直流電平后信號的輸出，電位器R8控制輸進直流電平的大小；（b）圖是信號疊加模塊摘要：A1、A2代表疊加信號的輸進，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類，編程時只需直接調用。使用的API函數有摘要：

waveInGetDevCaps　　 實現聲卡的性能測試

waveInOpen　　　　 打開波形輸進設備

waveInPrepareHeader 為波形輸進預備緩沖區

waveInAddBuffer　　　　 將數據緩存發送給波形輸進設備驅動

waveInStart　　　　　　 啟動向波形輸進緩沖區存儲數據

waveInUnprepareHeader　　開釋波形輸進緩沖區

waveInStop　　　　　　 停止向波形輸進緩沖區存儲數據

waveInClose　　　　　　 封閉波形輸進設備

設計的軟件界面如圖3所示。目前所實現的功能有摘要：

1．兩路波形發生器。可產生正弦波、方波和三角波，并且頻率和幅值可調。

2．頻譜分析儀。可以對采集的信號進行頻譜分析。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。同時還可以實時地丈量出采集到的信號的頻率。在利用程序計算頻率時，一般采用兩種方法。一種是利用快速傅立葉變換，它的優點是不僅能對標準的周期波形進行丈量，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。它的優點是丈量低頻信號時精度高，但它不適合波形復雜和信噪比低的信號頻率丈量。所以在丈量過程中，程序先判定信號上述的性質，根據信號的性質，自動地采用相應的丈量方法。

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