计算机测试技术PPT课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
连续无限长度
2021/3/7
x(t)
L-1 L-2 L-3
采样间隔▽t
量化阶q
2 1 0 -1 -2
-L+2 -L+1
-L
0▽t 2▽t 3▽t 4▽t
CHENL…I…
离散有限点数
t
n▽ t
8
2、数据采集技术 ➢ 模拟信号的数字化处理
n.Δt
q
Δt
采样：将模拟信号按一定的时间间隔逐点取其瞬时值
采样:
x(t)
X (f)
0
t
a、 原 始 信 号 及 谱 图
f 0
x .w
X (f)*W (f)
0
t
f
fs
fx 0 fx
fs
b、 采 集 信 号 及 谱 图 （ fs>2fx） — — 正 确 采 样 折 叠 频 率 fd
x .w
X (f)*W (f)
0
t
f
fs 0 fs
c、 采 集 信 号 及 谱 图 （ fs<2fx） — — 欠 采 样 — — 频 率 混 叠
➢ 模拟信号的数字化处理
量化：结果取决：q、⊿t
x(t)
L-1 L-2 L-3
采样间隔▽t
量化阶q
2 1 0 -1 -2
-L+2
-L+1
-L
▽t 2▽t 3▽t 4▽t
……
2021/3/7
CHENLI
量化序列
0 (L-2).q (L-2).q (L-4).q 2.q
0 1.⊿t 2.⊿t 3.⊿t 4.⊿t
2021/3/7
CHENLI
13
2、数据采集技术
➢ 模拟信号的数字化处理
采样定理及频率混淆
采样定理
解决原始信号不失真采集的采样频率或采样间隔选择问题
几个重要采集参数
✓ 样本：采集到的一段时域信号
样本长度 T=N. ⊿t，其中N为采样点数（长度）、 ⊿t为采样间隔
✓ 最高分析频率fx：模拟信号中所要分析的最高分量的频率
• S/H、A/D控制；触发 控制、状态逻辑 数据缓冲
✓ 参数设定——软件
• 通道数；采样间隔/频率
• 采样长度N；采集方式
✓ 数据读取——编程
计算机/软件
数据采集
DC/DC
晶振 定时计数 地址逻辑
2021/3/7
CHENLI
7
2、数据采集技术 ➢ 模拟信号的数字化处理
模拟信号的数字化 ：将连续模拟信号转换为离散数字信号的过程
CHENLI
15
2、数据采集技术
采样定理
原始信号
原始信号
采样脉冲序列 离散过程
采样脉冲序列 离散过程
复原信号
复原信号
每周期采集 8 个点（最高分析频率的 8 倍）
每周期采集 2 个点（最高分析频率的 2 倍）
2021/3/7
CHENLI
16
2、数据采集技术
频率混淆：fs<2.fx、造成频率混叠
量化
x(t)
L-1 L-2 L-3
采样间隔▽t
量化阶q
2 1 0 -1 -2
-L+2
-L+1
-L
▽t 2▽t 3▽t 4▽t
……
2021/3/7
CHENLI
幅值
|x(t)|≤M量程 [-M，M]均分为2L区间 量化阶q=M/L
如M＝5V，L＝211 则q＝2.44mV
t
n▽t
11
2、数据采集技术
硬件
对 象传 感 器信 调 号 理数 采 据 集
计 算 机 软 件
o 信号调理：隔离、放大、滤波 o 数据采集：采集板/卡/器
模拟开关、采样保持、AD转换 o 计算机：PC、IPC、CPCI、VXI
2021/3/7
CHENLI
5
1、概 述
➢ 组成
软件
o 采集/监测软件 o 分析软件 o 数据库管理软件
2021/3/7
CHENLI
14
2、数据采集技术
采样定理
为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号 采样频率必须至少为原信号中最高分析频率的2倍——每 周期至少采集2点
fs 2. fx t 1
2. fx 一般情况： fs (3~5).fx
香农(Shannon)采样定理
2021/3/7
第八章
测试技术—— 计算机测试技术(5)
2021/3/7
CHENLI
1
内容
1. 概述 2. 数据采集技术 3. 智能仪表系统 4. 虚拟仪器
2021/3/7
CHENLI
2
1、概 述
➢ 定义：计算机测试技术
以计算机为核心、完成测试任务的技术 基于计算机的测试：测量、分析与处理 核心：处理器、编程
2021/3/7
CHENLI
✓折叠频率
fd=fs/2 •大于fd的频率混叠 • 混叠无法事后消除
✓抗混叠措施
采集前滤去大于fd的 频率——抗混叠滤波， 低通滤波频率为0~ fd
✓加大采样频率
17
2、数据采集技术
• 被采集的信号是频率为fr的单频，则最高分析频率fx=fr
• 一般情况下，被采集的往往是一复频信号，则由需要定fx
• 由主频（对应系统工作转速）的几倍频来定fx，如fx =5. fr
✓ 采样频率fs ：模拟信号离散的速度—每秒采集的点数
对于等间隔(⊿t)采集，采集频率fs为： fs= 1/ ⊿t …. Hz
N
x(n)(tk).x(t)
k0
基本问题：采样间隔/频率、采样长度
2021/3/7
CHENLI
9
2、数据采集技术
➢ 模拟信号的数字化处理
采样
x(t)
δ(t-k)
▽t 2▽t3▽t 4▽t
……
时间
采样间隔⊿t
时间序列
•⊿t
•2⊿t
t
•…
n▽t
2021/3/7
CHENLI
10
2、数据采集技术
➢ 模拟信号的数字化处理
q
3.q
.
t (L-3).q .
-2.q
.
-4q
n▽t
-2.q
n. ⊿t
12
2、数据采集技术
➢ 模拟信号的数字化处理
编码：二进制编码
D 2 1 a 1 2 2 a 2 2 n a n 11111111b
MSB
LSB
a1 －最高有效位MSB，取值0、1 an －最低有效位LSB ，取值0、1 n －A/D转换器有效输出数字量的位数
• 利用计算机的可编程快 速处理和大容量数据管 理功能
• 适用：测点多、数据量 大、监测任务重、分析 要求高（在线、远程、 诊断、推理）
2021/3/7
CHENLI
3
1、概 述
➢ 组成
结构
对 象传 感 器信 调 号 理数 采 据 集
计 算 机 软 件
2021/3/7
CHENLI
4
1、概 述
➢ 组成
➢ 特点
o 成本优势：PC资源 o 功能优势：数据处理量大、快速，分析手段丰富、灵活 o 发展优势：具有通用性和发展前景
2021/3/7
CHENLI
6
1、概 述
➢ 典型框图
传
ch1 ch2
信
感 ch3 号
器
调
组 ch32 理
模 拟 开
放大器
采 保
A/D
关
FIFO缓存
✓ 时序控制——硬件
通道逻辑
• 采样间隔/频率；通道切换
2021/3/7
x(t)
L-1 L-2 L-3
采样间隔▽t
量化阶q
2 1 0 -1 -2
-L+2 -L+1
-L
0▽t 2▽t 3▽t 4▽t
CHENL…I…
离散有限点数
t
n▽ t
8
2、数据采集技术 ➢ 模拟信号的数字化处理
n.Δt
q
Δt
采样：将模拟信号按一定的时间间隔逐点取其瞬时值
采样:
x(t)
X (f)
0
t
a、 原 始 信 号 及 谱 图
f 0
x .w
X (f)*W (f)
0
t
f
fs
fx 0 fx
fs
b、 采 集 信 号 及 谱 图 （ fs>2fx） — — 正 确 采 样 折 叠 频 率 fd
x .w
X (f)*W (f)
0
t
f
fs 0 fs
c、 采 集 信 号 及 谱 图 （ fs<2fx） — — 欠 采 样 — — 频 率 混 叠
➢ 模拟信号的数字化处理
量化：结果取决：q、⊿t
x(t)
L-1 L-2 L-3
采样间隔▽t
量化阶q
2 1 0 -1 -2
-L+2
-L+1
-L
▽t 2▽t 3▽t 4▽t
……
2021/3/7
CHENLI
量化序列
0 (L-2).q (L-2).q (L-4).q 2.q
0 1.⊿t 2.⊿t 3.⊿t 4.⊿t
2021/3/7
CHENLI
13
2、数据采集技术
➢ 模拟信号的数字化处理
采样定理及频率混淆
采样定理
解决原始信号不失真采集的采样频率或采样间隔选择问题
几个重要采集参数
✓ 样本：采集到的一段时域信号
样本长度 T=N. ⊿t，其中N为采样点数（长度）、 ⊿t为采样间隔
✓ 最高分析频率fx：模拟信号中所要分析的最高分量的频率
• S/H、A/D控制；触发 控制、状态逻辑 数据缓冲
✓ 参数设定——软件
• 通道数；采样间隔/频率
• 采样长度N；采集方式
✓ 数据读取——编程
计算机/软件
数据采集
DC/DC
晶振 定时计数 地址逻辑
2021/3/7
CHENLI
7
2、数据采集技术 ➢ 模拟信号的数字化处理
模拟信号的数字化 ：将连续模拟信号转换为离散数字信号的过程
CHENLI
15
2、数据采集技术
采样定理
原始信号
原始信号
采样脉冲序列 离散过程
采样脉冲序列 离散过程
复原信号
复原信号
每周期采集 8 个点（最高分析频率的 8 倍）
每周期采集 2 个点（最高分析频率的 2 倍）
2021/3/7
CHENLI
16
2、数据采集技术
频率混淆：fs<2.fx、造成频率混叠
量化
x(t)
L-1 L-2 L-3
采样间隔▽t
量化阶q
2 1 0 -1 -2
-L+2
-L+1
-L
▽t 2▽t 3▽t 4▽t
……
2021/3/7
CHENLI
幅值
|x(t)|≤M量程 [-M，M]均分为2L区间 量化阶q=M/L
如M＝5V，L＝211 则q＝2.44mV
t
n▽t
11
2、数据采集技术
硬件
对 象传 感 器信 调 号 理数 采 据 集
计 算 机 软 件
o 信号调理：隔离、放大、滤波 o 数据采集：采集板/卡/器
模拟开关、采样保持、AD转换 o 计算机：PC、IPC、CPCI、VXI
2021/3/7
CHENLI
5
1、概 述
➢ 组成
软件
o 采集/监测软件 o 分析软件 o 数据库管理软件
2021/3/7
CHENLI
14
2、数据采集技术
采样定理
为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号 采样频率必须至少为原信号中最高分析频率的2倍——每 周期至少采集2点
fs 2. fx t 1
2. fx 一般情况： fs (3~5).fx
香农(Shannon)采样定理
2021/3/7
第八章
测试技术—— 计算机测试技术(5)
2021/3/7
CHENLI
1
内容
1. 概述 2. 数据采集技术 3. 智能仪表系统 4. 虚拟仪器
2021/3/7
CHENLI
2
1、概 述
➢ 定义：计算机测试技术
以计算机为核心、完成测试任务的技术 基于计算机的测试：测量、分析与处理 核心：处理器、编程
2021/3/7
CHENLI
✓折叠频率
fd=fs/2 •大于fd的频率混叠 • 混叠无法事后消除
✓抗混叠措施
采集前滤去大于fd的 频率——抗混叠滤波， 低通滤波频率为0~ fd
✓加大采样频率
17
2、数据采集技术
• 被采集的信号是频率为fr的单频，则最高分析频率fx=fr
• 一般情况下，被采集的往往是一复频信号，则由需要定fx
• 由主频（对应系统工作转速）的几倍频来定fx，如fx =5. fr
✓ 采样频率fs ：模拟信号离散的速度—每秒采集的点数
对于等间隔(⊿t)采集，采集频率fs为： fs= 1/ ⊿t …. Hz
N
x(n)(tk).x(t)
k0
基本问题：采样间隔/频率、采样长度
2021/3/7
CHENLI
9
2、数据采集技术
➢ 模拟信号的数字化处理
采样
x(t)
δ(t-k)
▽t 2▽t3▽t 4▽t
……
时间
采样间隔⊿t
时间序列
•⊿t
•2⊿t
t
•…
n▽t
2021/3/7
CHENLI
10
2、数据采集技术
➢ 模拟信号的数字化处理
q
3.q
.
t (L-3).q .
-2.q
.
-4q
n▽t
-2.q
n. ⊿t
12
2、数据采集技术
➢ 模拟信号的数字化处理
编码：二进制编码
D 2 1 a 1 2 2 a 2 2 n a n 11111111b
MSB
LSB
a1 －最高有效位MSB，取值0、1 an －最低有效位LSB ，取值0、1 n －A/D转换器有效输出数字量的位数
• 利用计算机的可编程快 速处理和大容量数据管 理功能
• 适用：测点多、数据量 大、监测任务重、分析 要求高（在线、远程、 诊断、推理）
2021/3/7
CHENLI
3
1、概 述
➢ 组成
结构
对 象传 感 器信 调 号 理数 采 据 集
计 算 机 软 件
2021/3/7
CHENLI
4
1、概 述
➢ 组成
➢ 特点
o 成本优势：PC资源 o 功能优势：数据处理量大、快速，分析手段丰富、灵活 o 发展优势：具有通用性和发展前景
2021/3/7
CHENLI
6
1、概 述
➢ 典型框图
传
ch1 ch2
信
感 ch3 号
器
调
组 ch32 理
模 拟 开
放大器
采 保
A/D
关
FIFO缓存
✓ 时序控制——硬件
通道逻辑
• 采样间隔/频率；通道切换