杨曦

成都市田家炳中学

声卡数据采集系统设计方式分析

杨曦

成都市田家炳中学

在音频信号采集技术的发展下，计算机声卡技术日新月异，可以完成一定音频范围的数据信号采集以及处理。随着技术的成熟，声卡数据采集系统已经在各类领域中得到了广泛的使用，可以准确测量出震动、噪声等物理信号的变化。本文主要针对声卡的数据采集系统的设计措施进行分析。

声卡数据采集系统 设计方式 分析

1 引言

随着新的科技手段和技术的不断应用（主要是DSP(Digital Signal Processor)芯片和Codec芯片技术），在很多环境下，计算机的声卡已经能够满足我们实现数据采集任务的要求，而不必再去购买昂贵的数据采集卡。并且计算机声卡也能够和计算机的其他硬件资源，一系列的应用软件共同构成数据采集系统。现在，在工程测量领域，以及高校实践教学领域，这套基于PC机声卡的采集系统已经得到了普遍的应用，并且能轻松应对各种需求。

2 声卡数据采集系统的实现

声卡采集系统可以概括分为基础硬件和应用软件两个部分，PC机可以作为系统的控制器，计算机内的板载声卡或者独立声卡发挥数据采集的作用，是这套系统的基础，和PC机共同构成了数据采集系统的核心。VC++、VB、Delphi、MATLAB、LabVIEW等一系列软件都可以作为采集系统的开发环境。其中控制器的处理速度和声卡采样功能性参数以及配置都会对数据的采集效率产生非常直接的影响。所以我们要根据实际的数据采集需要来考虑控制器的与声卡的性能指标以及接口配置等各方面的硬件配置。

（1）声卡与控制器的性能指标，无论是板载声卡还是独立声卡都包括了晶振，AD DA转换芯片和数字信号处理芯片以及其他辅助电路，所以它才能够作为数据采集卡。声卡位数，采集频率，缓冲区，基准电压，频率响应几个指标决定了声卡的性能。在控制器方面，除非特别高精度的数据采集与测试。大部分的家用个人计算机都已经可以满足这方面的要求。

（2）系统接口配置。ISA接口和PCI接口是现在声卡上最常用的接口，但是由于ISA总线存在传输速度慢的劣势，已经被越来越多的PCI总线接口淘汰。目前大部分的计算机上都会配备二个以上的PCI插槽用于扩展设备。如果是板载集成声卡并不用考虑接口的问题，独立声卡可以直接插入PC机主板插槽进行使用。LineIn、LineOut、MIC和SpeakerOut两组输入输出插孔，以及一个15脚的MIDI接头是现在所使用声卡的标准配置。LineIn插孔主要是在采集CD或者磁带等外部声音信号时使用，MIC插口则是在使用麦克风作为采集输入端时使用。LineIn插孔和MIC插口之间的差异表现在信号的放大率不同，MIC插口的放大率是强于LineIn插孔的。SpeakerOut和LineOut也是存在这个差异的，我们可以根据使用播放设备的不同来选择相应的设备端口。数据采集系统需要对采集的信号进行频谱分析，滤波变换是可以不考虑选择输出接口。我们需要使用屏蔽电缆或音频电缆降低Line in插孔段输入信号的噪声，某些时候还需要在声卡输入插孔和被测信号之间配置一个衰减器，用来将有些输入信号过高的电平衰减至所使用声卡能够允许的输入电平。要将输入端跨接声卡的电容部分才能完成直流信号的测量、在一些要求比较高的声卡信号采集的情况下，为了保证测量结果的真实性，我们需要声卡的某些特效。

3 系统软件开发技术研究

以下是最常用的三种信号采集软件开发方法，这几种方法都是在Windows系统环境下运行的。（1）基于MATLAB的声卡编程技术具有这几种方法中最强大的数据分析和处理的功能，其利用DAQ Toolbox能够做到对数据进行快捷和实时的采集。（2）利用VB、VC的声卡编程方法虽然存在需要在采集完成后才能完成存取数据，而不能实时访问数据的缺陷。但是在WINDOWS环境下利用Media Control Interface完成对声卡的控制是十分简单易用的方法。还能通过DirectX中的DirectSound捕获和重放波形声音，并且控制硬件和相对应的驱动程序来完成更多服务。DirectX控件在声卡开发软件中的地位已经相当重要。（3）基于LabVIEW的声卡编程技术利用输出，输入文件三个函数就可以实现对声卡的控制。其数据采集的基本流程和MATLAB声卡采集流程环境一致，分为设置，采集，读数，停止四个步骤。

4 结论

通过一系列的实验，采样可以判断出声卡测量的范围是较窄的，最高为22000kHz，最佳信号频率范围在100kHz--15000kHz之间。同时由于声卡硬件的局限性，需要调理电路，才能够测量强度比较高的信号和直流信号等，还需要进行信号标定来进行精确测量。但是以上这些缺陷都不能掩盖声卡数据采集系统成本低廉，使用方便，灵活性强的，应用广泛的巨大优点。计算机声卡采集系统在现有的计算机平台下，有丰富的软件开发资源可以使用，在多个领域都可以发挥相当大的作用。

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