Question

我刚刚将electret microphone连接到Arduino，我想在1 kHz和4 kHz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。

是否可以使用下面的草图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，由许多硬件板和软件抽象层组成。对于这样的问题，考虑底层硬件的功能是有用的，因为它们提供了最终的限制。我假设您使用的是Arduino Uno / Nano，故事的内容与Due不同。

根据数据表，每个ADC读数（超出第一个读数）需要13个ADC时钟周期。 ADC时钟（与MCU不同）时钟是通过将系统时钟除以某个因子（至少为2）得出的。因此，在16Mhz电路板上，这相当于每秒60万个采样。到现在为止还挺好。但是，这不是故事的结尾，您仍然需要阅读数据。如果您使用中断，即使您执行的操作非常简单，经验也表明您将丢失大约100个时钟来中断处理。现在你的速度低至126K样本/秒。但这是理论上的最大值。

数据表指出，要获得最高精度，ADC需要50kHz - 200kHz的ADC时钟。在Arduino代码中（在wiring.c中），选择了128的分频因子：

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，这样每秒的理论最大值为10K样本。考虑到readAnalog()函数不仅仅是启动ADC转换并等待它完成，它还有点差，但它不应该太糟糕。这当然不涉及您的代码：您对readAnalog()的结果所做的任何处理都会使捕获更多样本变得更加困难。但是，是的，要以4Khz捕获，您需要确保编码花费少于1.5k时钟周期/样本，这应该是可行的。请注意，如果您正在使用您发布的代码执行五个读数，则如果您的代码很少，则最大捕获率将为2kHz。

就如何捕获数据而言，您需要处理这样一个事实，即如果您使用analogRead()，没有放大的麦克风将不会为您提供0-5V的读数。事实上，麦克风输出电压从正向摆动到负值，但是，负电压不会被ADC拾取，只会显示为零，除非你给麦克风一个电压偏移。

我不确定你的代码比较最小幅度和最大幅度应该做什么。你想要将音频数字化吗？在这种情况下，您需要保存从analogRead()收集的所有幅度读数，然后您可以在另一台计算机上对它们运行FFT：Arduino很可能不会足够快地对数据进行频率分析。< / p>

Answer 2

我听说过，或者更确切地说还记得读取，ADC每秒可以处理高达10k样本，所以它应该可以达到5 kHz。但是，我没有试过这个，也没有链接支持它。

试试看。

现在我知道一些Arduino库函数很慢，特别是具有数百个周期开销的DigitalRead / Write。其中大部分是完整性检查，允许人们只是执行DigitalRead / Write而不必考虑设置所有内容。

然而，为了挤出最高性能，您可以考虑编写自己的针对您的用例进行优化的AnalogRead。

至少有一些关于这个主题的链接：

Pin I/O performance （JeeLabs）
C++ Template method for faster access（JeeLabs）

Answer 3

我碰巧刚刚使用Arduino Uno和与您类似的代码进行了尝试，我平均每秒能够采样8000次。那是4 kHz的奈奎斯特频率，因此您不错，但误差范围不大。

Arduino可以以微秒为单位采样1-4 kHz的音频吗？

3 个答案: