arduino - Arduino能否以1-4 kHz的微秒采样音频？

Question

我刚刚将electret microphone连接到Arduino，我想在1 kHz和4kHz的范围之间进行采样。

我知道这仅限于机器代码和ADC，所以我试图保持sketch简单。

是否可以在下面的草图中在这些频率之间进行采样？

const int analogPin = 0;
int ledPin = 13;

void setup() {
    pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
    int mn = 1024;
    int mx = 0;
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        int val = analogRead(analogPin);
        mn = min(mn, val);
        mx = max(mx, val);
    }
    if (mx-mn >= 50) {
        digitalWrite(ledPin, HIGH);
    }
    else {
        digitalWrite(ledPin, LOW);
    }
}

Answer 1

Arduino是一个原型平台，由许多硬件板和一个软件抽象层组成。对于这样的问题，考虑底层硬件的功能非常有用，因为它们提供了最终的限制。我假设您使用的是Arduino Uno / Nano，Due的情况则有所不同。

根据数据手册，每个ADC读数（超过第一个读数）都需要13个ADC时钟周期。 ADC时钟（不同于MCU）的时钟是通过将系统时钟除以至少2的某个因素得出的。因此，在16Mhz板上，这相当于每秒60万个采样。到目前为止，一切都很好。但是，这还不是故事的结局，您仍然需要读取数据。如果使用中断，即使您做的很简单，经验也表明您将损失大约100个时钟来进行中断处理。现在您的速度为每秒126K个样本。但这是理论上的最大值。

数据手册指出，要使ADC达到最高精度，需要50kHz-200kHz ADC时钟。在Arduino代码（在wiring.c中）中，选择的除数为128：

sbi(ADCSRA, ADPS2);
sbi(ADCSRA, ADPS1);
sbi(ADCSRA, ADPS0);

这意味着每次转换需要128 * 13 = 1764个时钟，理论上每秒最多可产生10K采样。考虑到 readAnalog()函数除了开始ADC转换并等待其完成之外还执行其他操作，因此它要差一些，但这并不会太糟。当然，这不涉及您的代码：您对 readAnalog()结果进行的任何处理都会使捕获更多样本更加困难。但是，是的，要以4Khz的频率进行捕获，您需要确保代码花费的采样周期少于1.5k时钟/样本。请注意，如果您像在发布的代码中一样进行五个读数，则如果您的代码做得很少，则最大捕获率将为2kHz。



至于如何捕获数据，您需要处理以下事实：未经放大的麦克风不会为您提供0-5V读数，如果您使用的是 analogRead()。实际上，麦克风的输出电压从正向负摆动，但是，除非您为麦克风提供电压偏移，否则ADC不会拾取负电压，而只能显示为零。



我不确定您将最小幅度与最大幅度进行比较的代码应该做什么。您要数字化音频吗？在这种情况下，您需要保存从 analogRead()收集的所有幅度读数，然后可以在另一台计算机上对它们进行FFT：Arduino很可能不够快，无法对数据进行频率分析。