基于声卡的数据采集系统研究

基于声卡的数据采集系统 已广泛应用于工程测试与教学实践领域, 适用于采集 音频信号范围内 的物理信 号。本文从硬件和软件角度系统地总结该系统的开发技术, 包括控制器与 声卡接口、声卡 性能指 标等硬 件技术, 以及 采集软 件开发方法, 并给出基于图 形化编程语言 L abV IEW 开发的 声卡数 据采集 系统实例。最后指 出该系统 的可行 性和局 限性, 为测试领域开发人员提供参考

2010年第7期

文章编号:1006 2475(2010)07 0159 03

计算机与现代化JISUANJIYUXIANDAIHUA

总第179期

基于声卡的数据采集系统研究

刘 凤,刘志华,王洪涛,戴俊义

(解放军理工大学气象学院,江苏南京211101)

摘要:基于声卡的数据采集系统已广泛应用于工程测试与教学实践领域,适用于采集音频信号范围内的物理信号。本文

从硬件和软件角度系统地总结该系统的开发技术,包括控制器与声卡接口、声卡性能指标等硬件技术,以及采集软件开发方法,并给出基于图形化编程语言LabVIEW开发的声卡数据采集系统实例。最后指出该系统的可行性和局限性,为测试领域开发人员提供参考。

关键词:声卡;数据采集;接口;LabVIEW

中图分类号:TP311 文献标识码:A do:i10.3969/.jissn.1006 2475.2010.07.042

ResearchonDataAcquisitionSystemBasedonSoundCard

LIUFeng,LIUZhi hua,WANGHong tao,DAIJun yi

(InstituteofMeteorology,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing211101,China)

Abstract:Dataacquisitionsystembasedonsoundcardiswidelyusedinengineeringmeasurementandteachingimplementationarea,whichissuitableforcollectingpyisicalsignalwithinthescopeofaudiofrequency.Thispapersmmarizesdevelopmentte chologyofthissysteminhardwareandsoftwaresides,includingtheinterfacebetweencontrollerandsoundcard,charactersofsoundcardandthemethodsofsoftwaredevelopmenttechologyonsystem.Aexamplefordataacquitionsystembasedonsoundcardisgiveningraphic programminglanguageLabVIEW.Thefeasibilityandlimitationsofsystemisreferred,whichprovideref erencetoengineerinmeasurementarea.Keywords:soundcard;dataacquisition;interface;LabVIEW

0 引 言

随着DSP(DigitalSignalProcessor)芯片和Codec芯片技术在音频信号采集控制、实时压缩与解压缩等

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领域中的广泛应用,计算机的声卡已成为优秀的数据采集卡,能够配合PC机硬件资源,VC++、VB、Delphi、MATLAB、LabVIEW等软件开发环境构成数据采集系统,完成音频范围内(20Hz~20000Hz)的数

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据采集与信号处理。目前,基于声卡的数据采集系统已广泛应用于工程测量与高校实践教学领域,能

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够有效地测量噪声、震动等物理信号。如在Lab VIEW环境下开发的声卡数据采集系统,用PC机自带声卡代替昂贵的数据采集卡,用图形化编程语言LabVIEW能轻松实现数据采集、分析、存储等,已成为测试领域中虚拟仪器的开发重点

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图1 声卡数据采集系统结构图

。

基于声卡的数据采集系统通常选用通用PC机(笔记

本)作为系统控制器,PC机(笔记本)自带声卡作为数据采集卡,声卡自带的音频输入端作为传感器(测量直流信号必须选用调理电路)。而采集软件可选VC++、VB、Delph、iMATLAB、LabVIEW等软件作为开发环境。如图1所示,完整的声卡数据采集系统由传感器、调理电路和计算机组成,被测信号通过各种传感器和信号调理电路,经过声卡进行A/D转换成

1 系统概述

收稿日期:2010 02 03

作者简介:刘凤(1983 ),女,重庆江津人,解放军理工大学气象学院助教,硕士,研究方向:数据采集与信号处理;刘志华

(1963 ),男,湖南涟源人,副教授,硕士生导师,研究方向:自动测试技术及其应用。

基于声卡的数据采集系统 已广泛应用于工程测试与教学实践领域, 适用于采集 音频信号范围内 的物理信 号。本文从硬件和软件角度系统地总结该系统的开发技术, 包括控制器与 声卡接口、声卡 性能指 标等硬 件技术, 以及 采集软 件开发方法, 并给出基于图 形化编程语言 L abV IEW 开发的 声卡数 据采集 系统实例。最后指 出该系统 的可行 性和局 限性, 为测试领域开发人员提供参考

计算机能够识别的信号,计算机将作为核心控制器配合软件开发环境对该信号进行巡回检测、数据处理与分析、存储记录、显示打印和报警等。

2 系统硬件开发技术研究

在声卡数据采集系统中,控制器和声卡是数据采集系统的核心,控制器的处理速度、声卡的采样频率、采样精度、通道数、系统接口配置等都将直接影响数据采集效率。构建该系统时应从控制器与声卡性能指标和系统接口配置两方面来考虑硬件配置。2.1声卡与控制器性能指标

声卡作为语音信号与计算机接口的适配卡

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对20Hz~20kHz的音频信号有较好的响应(根据采

样定理声卡可采集信号最高频率为22kHz),对此范围外的信号有很强的衰减作用。

而控制器性能指标方面,目前计算机硬件技术已发展成熟,民用的个人计算机都已成功应用于数据采集系统中,对于高精度的数据采集与测试,可选用工

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控机作为系统的核心控制器。2.2系统接口配置

声卡常用接口包括ISA和PCI接口,由于PCI总线传输速度远高于ISA总线,越来越多的PCI声卡取代ISA声卡,目前PC机都被配备4~5个PCI接口用于扩展其它设备,独立声卡可直接插入插槽。集成声卡技术也较为成熟,则无需考虑接口问题。

一般声卡都有LineIn、LineOut、MIC和SpeakerOut两组输入输出插孔,以及一个15脚的MIDI接头。当数据采集系统需输入CD或磁带等外部声音信号时,可连接在LineIn插孔,如选择麦克风作为输入端,则需要连接在MIC插口。两者之间的差异在于其信号的放大率不同,通常接入麦克风的信号较弱,对应MIC插口的放大率较大。至于LineOut插孔和SpeakerOut插孔的区别也大致相同,如果采集到的信号经过具有功率放大器的喇叭来播放的话,直接选用LineOut即可。如果是连接耳机等不带功放的设备,通常使用SpeakerOut端。通常在数据采集系统中,被采集信号将会进行频谱分析、滤波等变换,可不考虑输出接口选择。因此设计基于声卡的数据采集系统接口时通常由LineIn插孔端输入被测信号,之后采用音频电缆或屏蔽电缆以降低噪声干扰,若输入信号电平高于声卡所规定的最大输入电平,则应在声卡输入插孔和被测信号之间配置一个衰减器,将被测信号衰减至声卡最大允许输入电平。如需测量直流信号,可将输入端跨接声卡的电容部分,如需实时监听声音信号可选择LineOut端接到耳机上即可。对于高级的声卡采集信号时,要注意关闭如混响之类的一些特效,避免影响测量结果的真实性。

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大都集成了采样保持、A/D转换设备、D/A转换设备、音频处理电路等模块,如图2所示。当一个音频信号输入后,会先经过滤波器作预先的数据采集、A/D变换等处理,再由DSP芯片完成信号的各种处理,其中总线接口芯片可存取CD ROM或硬盘中的声音文件,而混音控制芯片可处理多种音源的输入并提供软件调整音量的功能。经过处理的数字音频信号经过D/A变换过程输出。随着DSP芯片技术的发展和成

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熟,目前声卡大都具有以下性能指标:

图2 声卡工作流程图

声卡位数:该参数和普通数据采集卡位数概念一样,是指将模拟信号转 …… 此处隐藏：7204字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……