基于声卡的数据采集及波形发生器设计

2015-07-13 10:52:17来源: 互联网
  一、概述
  数据采集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。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
waveInOpen
waveInPrepareHeader
waveInAddBuffer
waveInStart
waveInUnprepareHeader
waveInStop
waveInClose
实现声卡的性能测试
打开波形输进设备
为波形输进预备缓冲区
将数据缓存发送给波形输进设备驱动
启动向波形输进缓冲区存储数据
开释波形输进缓冲区
停止向波形输进缓冲区存储数据
封闭波形输进设备
 
  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。

关键字:声卡  数据采集  波形发生器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0713/article_12306.html
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