楊曦

成都市田家炳中學

聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方式分析

楊曦

成都市田家炳中學

在音頻信號采集技術的發(fā)展下，計算機聲卡技術日新月異，可以完成一定音頻范圍的數(shù)據(jù)信號采集以及處理。隨著技術的成熟，聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)在各類領域中得到了廣泛的使用，可以準確測量出震動、噪聲等物理信號的變化。本文主要針對聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計措施進行分析。

聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 設計方式 分析

1 引言

隨著新的科技手段和技術的不斷應用（主要是DSP(Digital Signal Processor)芯片和Codec芯片技術），在很多環(huán)境下，計算機的聲卡已經(jīng)能夠滿足我們實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集任務的要求，而不必再去購買昂貴的數(shù)據(jù)采集卡。并且計算機聲卡也能夠和計算機的其他硬件資源，一系列的應用軟件共同構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。現(xiàn)在，在工程測量領域，以及高校實踐教學領域，這套基于PC機聲卡的采集系統(tǒng)已經(jīng)得到了普遍的應用，并且能輕松應對各種需求。

2 聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)

聲卡采集系統(tǒng)可以概括分為基礎硬件和應用軟件兩個部分，PC機可以作為系統(tǒng)的控制器，計算機內(nèi)的板載聲卡或者獨立聲卡發(fā)揮數(shù)據(jù)采集的作用，是這套系統(tǒng)的基礎，和PC機共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心。VC++、VB、Delphi、MATLAB、LabVIEW等一系列軟件都可以作為采集系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。其中控制器的處理速度和聲卡采樣功能性參數(shù)以及配置都會對數(shù)據(jù)的采集效率產(chǎn)生非常直接的影響。所以我們要根據(jù)實際的數(shù)據(jù)采集需要來考慮控制器的與聲卡的性能指標以及接口配置等各方面的硬件配置。

（1）聲卡與控制器的性能指標，無論是板載聲卡還是獨立聲卡都包括了晶振，AD DA轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)字信號處理芯片以及其他輔助電路，所以它才能夠作為數(shù)據(jù)采集卡。聲卡位數(shù)，采集頻率，緩沖區(qū)，基準電壓，頻率響應幾個指標決定了聲卡的性能。在控制器方面，除非特別高精度的數(shù)據(jù)采集與測試。大部分的家用個人計算機都已經(jīng)可以滿足這方面的要求。

（2）系統(tǒng)接口配置。ISA接口和PCI接口是現(xiàn)在聲卡上最常用的接口，但是由于ISA總線存在傳輸速度慢的劣勢，已經(jīng)被越來越多的PCI總線接口淘汰。目前大部分的計算機上都會配備二個以上的PCI插槽用于擴展設備。如果是板載集成聲卡并不用考慮接口的問題，獨立聲卡可以直接插入PC機主板插槽進行使用。LineIn、LineOut、MIC和SpeakerOut兩組輸入輸出插孔，以及一個15腳的MIDI接頭是現(xiàn)在所使用聲卡的標準配置。LineIn插孔主要是在采集CD或者磁帶等外部聲音信號時使用，MIC插口則是在使用麥克風作為采集輸入端時使用。LineIn插孔和MIC插口之間的差異表現(xiàn)在信號的放大率不同，MIC插口的放大率是強于LineIn插孔的。SpeakerOut和LineOut也是存在這個差異的，我們可以根據(jù)使用播放設備的不同來選擇相應的設備端口。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要對采集的信號進行頻譜分析，濾波變換是可以不考慮選擇輸出接口。我們需要使用屏蔽電纜或音頻電纜降低Line in插孔段輸入信號的噪聲，某些時候還需要在聲卡輸入插孔和被測信號之間配置一個衰減器，用來將有些輸入信號過高的電平衰減至所使用聲卡能夠允許的輸入電平。要將輸入端跨接聲卡的電容部分才能完成直流信號的測量、在一些要求比較高的聲卡信號采集的情況下，為了保證測量結(jié)果的真實性，我們需要聲卡的某些特效。

3 系統(tǒng)軟件開發(fā)技術研究

以下是最常用的三種信號采集軟件開發(fā)方法，這幾種方法都是在Windows系統(tǒng)環(huán)境下運行的。（1）基于MATLAB的聲卡編程技術具有這幾種方法中最強大的數(shù)據(jù)分析和處理的功能，其利用DAQ Toolbox能夠做到對數(shù)據(jù)進行快捷和實時的采集。（2）利用VB、VC的聲卡編程方法雖然存在需要在采集完成后才能完成存取數(shù)據(jù)，而不能實時訪問數(shù)據(jù)的缺陷。但是在WINDOWS環(huán)境下利用Media Control Interface完成對聲卡的控制是十分簡單易用的方法。還能通過DirectX中的DirectSound捕獲和重放波形聲音，并且控制硬件和相對應的驅(qū)動程序來完成更多服務。DirectX控件在聲卡開發(fā)軟件中的地位已經(jīng)相當重要。（3）基于LabVIEW的聲卡編程技術利用輸出，輸入文件三個函數(shù)就可以實現(xiàn)對聲卡的控制。其數(shù)據(jù)采集的基本流程和MATLAB聲卡采集流程環(huán)境一致，分為設置，采集，讀數(shù)，停止四個步驟。

4 結(jié)論

通過一系列的實驗，采樣可以判斷出聲卡測量的范圍是較窄的，最高為22000kHz，最佳信號頻率范圍在100kHz--15000kHz之間。同時由于聲卡硬件的局限性，需要調(diào)理電路，才能夠測量強度比較高的信號和直流信號等，還需要進行信號標定來進行精確測量。但是以上這些缺陷都不能掩蓋聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成本低廉，使用方便，靈活性強的，應用廣泛的巨大優(yōu)點。計算機聲卡采集系統(tǒng)在現(xiàn)有的計算機平臺下，有豐富的軟件開發(fā)資源可以使用，在多個領域都可以發(fā)揮相當大的作用。

[1] 劉兆才,丁學文. 基于水面艦作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[J]. 艦船電子工程. 2016(10)

[2] 楊偉,孫志雄,韓建文. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中現(xiàn)場可編程門陣列技術的應用[J]. 數(shù)字技術與應用. 2013(04)

[3] 劉艷,陳仁安. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在大學物理實驗中的應用[J]. 實驗室研究與探索. 2012(02)

[4] 宋巍. 綜合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試分析[J]. 科技與企業(yè). 2012(19)