基于声卡的虚拟波形发生器的设计与实现

摘　要：采用普通PC的声卡作用数据采集卡，使用VC++开发参数可调的多功能虚拟波形发生器。该波形发生器配合已开发的示波器和频谱分析仪，已在日常教学中得到了推广应用。

关键词：VC++；声卡；波形发生
1 引 言
　　目前，虚拟仪器应用快速发展,采用声卡作为数据采集进行虚拟仪器开发已成为当今一种较为流行、且经济高效的开发方式。声卡作为语音信号与计算机的通用接口,其主要功能就是将所获取的模拟音频信号转换为数字信号,经过音效芯片的处理,将该数字信号转换为模拟信号输出。选择声卡来代替价格昂贵的数据采集卡主要基于以下原因：声卡价格便宜、开发成本低；即买即用，省略A/ D 卡的硬件开发,缩短开发周期；灵活性好，可以在Windows操作系统下使用,且可用通用的软件开发工具对其进行开发。
　　作者在VC++6.0的开发环境下，使用声卡进行数据采集，利用Window低层音频服务函数，结合前期开发的虚拟示波器和频谱分析仪，完成了参数可调的多功能虚拟波形发生器的设计。为避免在声卡的各种测量中出现错漏，作者采用真实示波器和MATLAB软件进行过多次实验加以校准。由于是基于通用多媒体计算机进行的开发，故软件通用性强，无需特殊硬件支持，成本低，十分便于推广，是课堂演示实验以及课外科技实验的有效实验工具。
2 Windows低层音频编程原理
　　考虑到需对声卡音频波形进行实时处理，作者采用Windows的低层音频函数。低层音频函数可直接与声卡驱动程序进行通信, 提供了对声卡的最大灵活性操作, 允许在采样过程中随机地访问内存中的每个采样数据,可克服使用高层音频服务的MCI命令所遇到的实时性问题。
　　用低层音频函数控制声卡进行数据采集的步骤和函数：(1)获取音频输入设备数量WaveInGetNumDevs；(2)获取音频输入设备性能WaveInGetDevCaps；(3)打开音频输入设备WaveInOpen；(4)为音频输入设备准备缓冲区WaveInPrepareHeader；(5)添加缓冲区WaveInAddBuffer；(6) 开始数据采集WaveInStart；(7)采集结束后关闭音频输入设备WaveInStop、清除音频输入的缓冲区WaveInUnrepareHeader。
3 基于声卡的虚拟波形发生器的实现
    多功能虚拟波形发生器的波形选择界面如图1所示，仪器界面图2所示。如图2所示，可在仪器左边窗口查看信号时域波形的同时，通过仪器右边窗口查看其频谱和相位谱（有连续、离散、分贝三种视图选择）。用户可通过单击仪器工具栏上按钮，或通过波形产生菜单进行波形产生操作。该波形发生器可产生9种参数可调的常见波形：正弦信号，方波，三角波，高斯白噪声，调幅（AM），调频（DSB），幅移键控（ASK），频移键控（FSK）以及相移键控（PSK）。

 
            图1 波形产生选择对话框          图2 多功能波形发生器界面

4 结束语
　　在掌握声卡工作原理的基础上，采用VC++作为开发语言，利用WINDOWS低层音频函数实现声卡的数据采集，完成了参数可调的多功能虚拟波形发生器的设计。该波形发生器配合同期开发的示波器和频谱分析仪，已在日常教学中得到了推广应用。　　　　　　
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