数据采集基础知识ppt课件

A/D基本定义
足够的采样率下的采样结果
过低采样率下的采样结果
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A/D基本定义
能够正确显示信号而不发生畸变的最大频 率叫做Nyquist频率，它是采样频率的一半
信号中所包含的频率高于Nyquist频率的成 分，将在直流和Nyquist频率之间发生畸变， 称为混叠（alias）
混频偏差（alias frequency） ＝ABS（采样 频率的最近整数倍－输入频率）
A/D n 转换器
数据 缓冲区
模拟
+
信号
_
A/D n 转换器
13
PCI总线
…
内存(Buffer)
CPU
A/D基本定义
信号的频率
代表信号变化快慢的物理量
任何一种信号都可以转换成一组正弦波的迭加
不同的信号频率不同：
语音：<4kHz
音乐：<20kHz
超声：20kHz~xxMHz
FM收音机：MHz
采样频率 Max Sampling Rate (S/s), Sampling Frequency (Hz)
精度(Resolution)：8bit 12bit 14bit 16bit 输入范围(Input Range)(增益)： 同步采样(Simultaneous analog input) 轮询采样(Multiplex analog input) 突发模式采样(Burst10mode)
下列情况适用软件触发模式（Software Trigger，非Soft Polling）
用户需要对所有采集事件进行明确控制 时间要求不甚严格
下列情况适用硬件触发模式
采集事件需要与外部装置严格同步 高速、瞬态采集事件
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A/D基本定义
多通道采样
同步采样
采用多个A/D芯片，不同通道采用同一 时钟
External CLK / Trig（外部时钟）
三种方式的特点
软件触发最为简单、18易用，但无法精确控制采
A/D基本定义
Trigger（触发）：启动、停止或同步采集
事件的方法
上升沿触发
下降沿触发 正沿触发
负沿触发
模拟触发 延时触发
数字触发
触发
事件
M
N
预触发
N
中触发
M
N
后触发
N
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A/D基本定义
数据采集基础知识
1
内容大纲
信号与系统初步 基本定义
A/D D/A DIO Timer/Counter
2
信号与系统初步
一个典型的系统：
1101…
1101…
采样/量化
模拟输入
数字信号
模拟重建
处理
数字输入
数字输出
模拟输出
3
信号与系统初步 (续)
信号的分类：
数字量
开/关信号 脉冲队列
信号
多
路
模拟 信号
选
择
2. 触发源控制 触发信号源 采样频率
+
A/D n 数据
_
转换器
缓冲区
内存(Buffer)
A/D 触发信号
中断信号
6. A/D 分辨率与数据格式
数据位数
二进制代码或补码
单极性或双极性
CPU
5. 中断信号控制
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A/D转换的过程--同步板卡
A/D触发信号
模拟
+
信号
_
模拟
+
信号
_
A/D n 转换器
参DI 考地单适端合 输入（R适S合E）
R无SE参考地不适单合端输入（适N合RSE）
NRSE
适合
适合
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A/D基本定义
接地信号的测量
最好采用差分或NRSE方式 若采用RSE方式，会引入较大误差
接地回路通常会在测量数据中引入频率为 23
A/D基本定义
浮空信号的测量
可以用差分、wk.baidu.comSE、NRSE方式测量浮空信 号
时钟频率
5
信号与系统初步 (续)
0.985
模
t
t
f
拟
电压信号
信 温度
号 压力
流量
时域信号
雷达回波 血压变化 汽车点火波形
频域信号
振动 语音 声呐
应力
对采集卡的要求
DC精度
分辨率 采样频率 精度 触发
分辨率 采样频率 精度 触发
6
信号采集
传感器 信号调理
放大 滤波 信号转换 ……
将外部信号采入计算机，并加以处理， 最后输出
在差分输入时，必须保证相对于测量地的信 号共模电压在允许范围之内
需在测量端与测量地之间连接偏置电阻
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A/D基本定义
几种信号输入方式的特点
差分输入
可避免接地回路干扰 可避免因环境引起的共模干扰
解决方案
在A/D前加入低通滤波17 器，将信号中高于
A/D基本定义
采样频率的控制
Soft Polling（内部软件触发，通过I/O指令实 现）
Timer Pacer（由8254定时器芯片分频产生的 内部定速时钟）
例如：频率 = 2MHz 时钟 /（C1*C2）（这里的C1 与C2是16位定时器的分频系数）
直流信号
on
10-
信息
off
状态
t
速率
t
0.985
幅值
t
模拟量
时域信号 频域信号
形状
t
频率
f
4
信号与系统初步 (续)
数 字
信 号
on
off t
开关信号
输入： 检测一个开关的打开/闭合 输出： 打开/关闭一个阀门
1-
0t
脉冲队列
输入： 读光编码器的输出信号 输出： 产生一个方波
对采集卡的要求
驱动能力 通道数
保证不同通道的采样时间相同（信号同 步）
轮询采样
只采用一个A/D芯片，通过多路转换开 关实现不同通道的切换
通道转换时间
可以通过外加采样/保持电路保证采样的
同步
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A/D基本定义
信号类型
从信号端来讲，信号分为
接地信号 浮空信号
从信号输入端来讲，输入方式分为
差分输接入地（信号DI） 浮空信号
A/D转换过程
A/D转换时钟
数字量输出
A/D转换器
模拟量输入
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A/D转换过程--多路切换卡
1. 信号源控制 通道数 信号类型 (SE/DI) 信号范围 自动通道扫描
7. 隔离与 非隔离
3. A/D 数据缓冲区 数据寄存器 FIFO 缓冲区
4. 数据传输 I/O 指令
DMA 总线主控
AT 总线或 PCI 总线
雷达：xGHz
…
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A/D基本定义
采样频率
采样周期的倒数 表示采样快慢的物理量 多少时间采一个点/每秒采样多少个点 Nyquist采样定律：fs>=2*fmax
fs ：采样频率 fmax ：信号最高频率 一般最小为fs>=2.5*fmax 工程上一般取为fs>=15 6~8*fmax
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PC Based信号采集系统
8
PC Base数据采集系统功能
A/D转换（模拟量/数字量转换） D/A转换（数字量/模拟量转换） DIO（数字量输入/输出） Timer/Counter（定时器/计数器）
9
基本定义
A/D：模拟量-数字量转换
把外部电压信号转成计算机能够识别的数字信 号