数据采集基础知识ppt课件
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数据采集基础知识PPT课件
将处理后的数据存储在计算机中 ，以便后续使用。
数据处理
对采集到的数据进行处理和分析 ，提取有用信息。
04 数据采集方法分类与特点
手动录入法
定义
通过人工方式将数据逐条录入到目标系统中。
缺点
效率低下，易出错，不适合大规模数据采集。
优点
灵活性高，适用于小规模、非结构化数据采 集。
应用场景
问卷调查、实验数据记录等。
数据传输技术
数据传输方式
可分为有线传输和无线传 输两种，有线传输稳定可 靠，无线传输灵活方便。
数据传输协议
如TCP/IP、HTTP、MQTT 等，用于规定数据传输的 格式和规则。
数据传输安全
采用加密技术、身份认证 等措施，确保数据传输过 程中的安全性和完整性。
数据存储技术
数据存储介质
包括磁存储、光存储、半导体存储等， 不同介质具有不同的性能和成本。
数据采集基础知识ppt课件
contents
目录
• 数据采集概述 • 数据采集技术原理 • 数据采集系统组成与功能 • 数据采集方法分类与特点 • 数据采集工具介绍及使用技巧 • 数据采集实施流程与规范 • 数据采集挑战与解决方案
01 数据采集概述
数据采集定义与重要性
数据采集定义
数据采集是指从各种数据源中收 集、提取和整理数据的过程，为 后续的数据分析、数据挖掘等提 供基础数据支持。
自动导入法
定义
通过预设的规则和模板，将数据源中 的数据自动导入到目标系统中。
优点
效率高，准确性好，适用于结构化数 据采集。
缺点
灵活性差，需要预先定义好数据格式 和导入规则。
应用场景
数据库数据迁移、文件数据导入等。
数据处理
对采集到的数据进行处理和分析 ，提取有用信息。
04 数据采集方法分类与特点
手动录入法
定义
通过人工方式将数据逐条录入到目标系统中。
缺点
效率低下，易出错，不适合大规模数据采集。
优点
灵活性高，适用于小规模、非结构化数据采 集。
应用场景
问卷调查、实验数据记录等。
数据传输技术
数据传输方式
可分为有线传输和无线传 输两种，有线传输稳定可 靠，无线传输灵活方便。
数据传输协议
如TCP/IP、HTTP、MQTT 等，用于规定数据传输的 格式和规则。
数据传输安全
采用加密技术、身份认证 等措施，确保数据传输过 程中的安全性和完整性。
数据存储技术
数据存储介质
包括磁存储、光存储、半导体存储等， 不同介质具有不同的性能和成本。
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contents
目录
• 数据采集概述 • 数据采集技术原理 • 数据采集系统组成与功能 • 数据采集方法分类与特点 • 数据采集工具介绍及使用技巧 • 数据采集实施流程与规范 • 数据采集挑战与解决方案
01 数据采集概述
数据采集定义与重要性
数据采集定义
数据采集是指从各种数据源中收 集、提取和整理数据的过程，为 后续的数据分析、数据挖掘等提 供基础数据支持。
自动导入法
定义
通过预设的规则和模板，将数据源中 的数据自动导入到目标系统中。
优点
效率高，准确性好，适用于结构化数 据采集。
缺点
灵活性差，需要预先定义好数据格式 和导入规则。
应用场景
数据库数据迁移、文件数据导入等。
数据采集与分析技术(第2版)课件：计算机数据采集与分析技术概述
计算机数据采集与分析技术概述
1. 3 数据采集与分析系统的主要性能指标
数据采集系统的性能要求与具体应用目的和应用环境有 密切关系，对应不同的应用情况往往有不同的要求。下面是 比较常用的几个指标及其含义。
计算机数据采集与分析技术概述
1. 系统分辨率 系统分辨率是指数据采集系统可以分辨的输入信号的最 小变化量。通常可以使用如下几种方法表示系统分辨率: ·使用系统所采用的 A / D 转换器的位数来表示系统分 辨率。 ·使用最低有效位值(LSB )占系统满度值的百分比来表 示系统分辨率。 ·使用系统可分辨的实际电压数值来表示系统分辨率。 ·使用满度值的百分数来表示系统分辨率。 表 1.1 给出了满度值为 10V 时数据采集系统的分辨率。
计算机数据采集与分析技术概述
(2)软件在数据采集系统中的作用越来越大，增加了系 统设计的灵活性和功能。
(3)数据采集与数据处理相互结合得日益紧密，形成数 据采集与处理相互融合的系统，可实现从数据采集、处理到 控制的全部工作。
(4)速度快，数据采集过程一般都具有“实时”特性。 对于通用数据采集系统一般希望有尽可能高的速度，以满足 更多的应用环境。
计算机数据采集与分析技术概述
数据采集与分析技术所涉及的学科和理论比较多。数据 采集主要涉及的学科有测试与仪器科学、信息与通信科学和 计算机科学。其中测试与仪器科学侧重于信息的获取，信息 与通信科学侧重于信息的传输，计算机科学侧重于信息的分 析处理。
计算机数据采集与分析技术概述
1. 1. 1 信息和信号 有关信息(Information )至今还没有一个统一的确切定义，
计算机数据采集与分析技术概述
计算机数据采集与分析技术概述
2. 系统精度 系统精度是指当系统工作在额定采集速率下，整个数据 采集系统所能达到的转换精度。A / D 转换器的精度是系统 精度的极限值。实际上，系统精度往往达不到 A / D 转换器 的精度。因为系统精度取决于系统的各个环节(子系统)的精 度，如前置放大器、滤波器、模拟多路开关等，只有当这些 子系统的精度都明显优于 A / D 转换器精度时，系统精度才 能达到 A / D 转换器的精度。这里还应注意系统精度与系统 分辨率的区别。系统精度是系统的实际输出值与理论输出值 之差，它是系统各种误差的总和，通常表示为满度值的百分 数。
数据采集基础知识重点
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 » 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
– 突发模式采样
» 用通道时钟控制通道间的时间间隔 » 用另一个扫描时钟控制两次扫描过程之间的间隔
• CLK与Trigger
Advance technologies; Automate the world.
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
模拟触发
触发 事件
延时触发
预触发
N
中触发
M
后触发
数字触发
M
N N
负沿触发
N
Advance technologies; Automate the world.
– NRSE
» 可避免接地回路干扰
– RSE
» 最简单，若信号满足下列条件，可选择RSE输入
➢ 输入信号幅值较大，一般需>1V ➢ 连线比较短，一般<5m ➢ 环境干扰很小或信号屏蔽比较好 ➢ 所有输入信号都与信号源共地
» 否则建议选用差分输入方式
– 总体而言，差分输入方式是比较好的选择
Advance technologies; Automate the world.
数据采集基础知识
张斌 北京凌华技术支持部
Advance technologies; Automate the world.
内容大纲
数据采集基础知识
AT 总线或 PCI 总线
内存(Buffer)
4. 数据传输 I/O 指令 DMA 总线主控
中断信号
CPU
5. 中断信号控制
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
7. 隔离与 非隔离
翰渣舵汽糟目哭吸持散酥瞎胜货栅牛沁苫朔沃炕讹捐奖镇缴碗点哭滑赁斌数据采集基础知识数据采集基础知识
乾骚月股接蝉理殉嘲违穗栏轮梨雇锣戎闪煌塞逮吻骇亭伴片草惦膛嚷招否数据采集基础知识数据采集基础知识
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
才火肺在烹这薄酌衙吞粤赛溜肾液佰絮襟象乙寅呛躺吴婪淖武皱暇缆妖魏数据采集基础知识数据采集基础知识
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） 解决方案 在A/D前加入低通滤波器，将信号中高于Nyquist频率的信号成分滤去 称为抗混叠滤波器
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 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(Burst mode) 触发模式(Trigger mode) 隔离(Isolation) FIFO ……
内存(Buffer)
4. 数据传输 I/O 指令 DMA 总线主控
中断信号
CPU
5. 中断信号控制
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
7. 隔离与 非隔离
翰渣舵汽糟目哭吸持散酥瞎胜货栅牛沁苫朔沃炕讹捐奖镇缴碗点哭滑赁斌数据采集基础知识数据采集基础知识
乾骚月股接蝉理殉嘲违穗栏轮梨雇锣戎闪煌塞逮吻骇亭伴片草惦膛嚷招否数据采集基础知识数据采集基础知识
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
才火肺在烹这薄酌衙吞粤赛溜肾液佰絮襟象乙寅呛躺吴婪淖武皱暇缆妖魏数据采集基础知识数据采集基础知识
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） 解决方案 在A/D前加入低通滤波器，将信号中高于Nyquist频率的信号成分滤去 称为抗混叠滤波器
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 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(Burst mode) 触发模式(Trigger mode) 隔离(Isolation) FIFO ……
《数据采集》课件
06
CHAPTER
数据采集案例分析
详细描述
采集用户浏览数据，分析用户偏好和购买意愿，优化产品推荐和布局。
利用数据挖掘技术，发现潜在的用户需求和市场机会。
采集销售数据，分析热销商品和销售趋势，为库存管理和营销策略提供依据。
总结词：通过数据采集，深入了解电商网站的用户行为和销售情况。
总结词：通过采集政府公开数据，了解社会经济发展状况，为政策制定提供支持。
数据篡改风险
未经授权的第三方可能对采集到的数据进行篡改，导致数据失真或误导数据分析结果。
隐私泄露风险
数据采集过程中可能涉及到个人隐私信息，如姓名、身份证号、联系方式等，存在隐私泄露的风险。
数据安全风险
数据采集过程中可能面临各种安全威胁，如黑客攻击、病毒传播等，可能导致数据丢失或损坏。
总结词
在大数据时代，数据量庞大且增长迅速，如何快速有效地采集和处理数据成为亟待解决的问题。
数据源可能存在误差或异常，导致采集到的数据不准确。
数据不准确
由于数据源的限制或数据采集过程中的遗漏，可能导致数据不完整。
数据不完整
不同数据源之间的数据可能存在冲突或矛盾，导致数应用，数据隐私和安全问题日益突出，如何保护个人隐私和数据安全成为亟待解决的问题。
01
详细描述
02
采集政府各部门公开的数据，包括经济、教育、医疗等领域。
03
利用数据分析技术，挖掘数据背后的规律和趋势，为政策制定提供科学依据。
04
监测政策实施效果，评估政策对社会经济发展的影响。
05
THANKS
感谢您的观看。
目的
确定数据需求
选择数据采集方法
数据采集实施
数据预处理
01
CHAPTER
数据采集案例分析
详细描述
采集用户浏览数据，分析用户偏好和购买意愿，优化产品推荐和布局。
利用数据挖掘技术，发现潜在的用户需求和市场机会。
采集销售数据，分析热销商品和销售趋势，为库存管理和营销策略提供依据。
总结词：通过数据采集，深入了解电商网站的用户行为和销售情况。
总结词：通过采集政府公开数据，了解社会经济发展状况，为政策制定提供支持。
数据篡改风险
未经授权的第三方可能对采集到的数据进行篡改，导致数据失真或误导数据分析结果。
隐私泄露风险
数据采集过程中可能涉及到个人隐私信息，如姓名、身份证号、联系方式等，存在隐私泄露的风险。
数据安全风险
数据采集过程中可能面临各种安全威胁，如黑客攻击、病毒传播等，可能导致数据丢失或损坏。
总结词
在大数据时代，数据量庞大且增长迅速，如何快速有效地采集和处理数据成为亟待解决的问题。
数据源可能存在误差或异常，导致采集到的数据不准确。
数据不准确
由于数据源的限制或数据采集过程中的遗漏，可能导致数据不完整。
数据不完整
不同数据源之间的数据可能存在冲突或矛盾，导致数应用，数据隐私和安全问题日益突出，如何保护个人隐私和数据安全成为亟待解决的问题。
01
详细描述
02
采集政府各部门公开的数据，包括经济、教育、医疗等领域。
03
利用数据分析技术，挖掘数据背后的规律和趋势，为政策制定提供科学依据。
04
监测政策实施效果，评估政策对社会经济发展的影响。
05
THANKS
感谢您的观看。
目的
确定数据需求
选择数据采集方法
数据采集实施
数据预处理
01
_数据采集卡部分PPT课件
（500×3.14／0.1）×（600／60）=150k
16
17
３）、AI输入范围与增益
单极性与双极性 双极性： e.x. -10V ~ +10V (20V范围) 单极性： e.x. 0V~+5V (5V范围) 跳线设置或编程设置
可编程增益 对于大信号应用： 普通增益（1,2,4,8） 对于小信号应用： 高增益（1,10,100,1000
输入信号
GATE
已知长度的脉冲 CLK
N
OUT
51
输入信号
GATE
CLK N
OUT
频率：1K
计数器值N由3000减为1000
GATE端输入信号宽度为2000ms
52
数据采集卡说明书解读
53
54
55
四、 数据采集板卡编程控制
支持的操作系统：DOS、WINDOW95/98/2000/XP 提供如下系统的测试工具与例程：DOS、WINDOW95/98/2000/XP 支持的编程语言：VC++、VB、C++Builder、Delphi、TC 提供操作函数与控件（DLL） 支持的软件工具：Labview、Mathworks、MATLAB、组太王
31
【例】板卡AO通道输出范围0－10V, 分辨率为 12/16位，求输出的最小单位电压大小。
10V/212=10V/4096=0.002441V=2.441mv 10V/216=10V/65536=0.00015V=0.15mv
分辨率越高，可以改变输出的电压就越小
32
分辨率－－输出频率
33
34
同步和轮询应用
温度采集 高速运转发动机曲轴的空间测量
25
16
17
３）、AI输入范围与增益
单极性与双极性 双极性： e.x. -10V ~ +10V (20V范围) 单极性： e.x. 0V~+5V (5V范围) 跳线设置或编程设置
可编程增益 对于大信号应用： 普通增益（1,2,4,8） 对于小信号应用： 高增益（1,10,100,1000
输入信号
GATE
已知长度的脉冲 CLK
N
OUT
51
输入信号
GATE
CLK N
OUT
频率：1K
计数器值N由3000减为1000
GATE端输入信号宽度为2000ms
52
数据采集卡说明书解读
53
54
55
四、 数据采集板卡编程控制
支持的操作系统：DOS、WINDOW95/98/2000/XP 提供如下系统的测试工具与例程：DOS、WINDOW95/98/2000/XP 支持的编程语言：VC++、VB、C++Builder、Delphi、TC 提供操作函数与控件（DLL） 支持的软件工具：Labview、Mathworks、MATLAB、组太王
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【例】板卡AO通道输出范围0－10V, 分辨率为 12/16位，求输出的最小单位电压大小。
10V/212=10V/4096=0.002441V=2.441mv 10V/216=10V/65536=0.00015V=0.15mv
分辨率越高，可以改变输出的电压就越小
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分辨率－－输出频率
33
34
同步和轮询应用
温度采集 高速运转发动机曲轴的空间测量
25
【初级】第5章 数据采集(5.1 数据采集简介)V1.2
Map任务：读取数据库中 的数据。
Reduce任务：处理数据。
第29页
Sqoop Client
“云端”
Sqoop Server
MapReduce 作业
Hadoop集群
Sqoop Server端会响应客户端发出 的 RESTful 和 HTTP 请 求 。 Sqoop Server端包括：
Connectors：负责数据的解析 与加载。
……
--网上实际呈现的数据
通信记录
各种视频文件 图形图像 电子文档
内容数据
-网上实际呈现的数据
第12页
基本内容——数据来源
物联网是指在计算机互联网的基础上，利用传感器、射频识别、无线数据通信、红外线 感应等技术，实现物与物相连的互联网络。
物联网数据主要来源于物理信息系统。
物联网数据
数据可以是关于物理、化学、生物等性质和状态的测量值 关于行为和状态的语言、视频等多媒体数据
高效可控的利用资源，通过调整任务数来控制任务的并发度。 可读取数据源的元信息自动地完成数据映射和转换，用户也可以自定义类型映射关系。
支持多种数据库，如MySQL、Oracle等数据库。
第30页
常用工具——Sqoop的应用场景
目前大部分可视化工具与关系型数据库对接得比 较好，可使用Sqoop工具将Hadoop产生的分析结 果导入到关系型数据库中，以便进行可视化展示。
Connectors
元信息
企业型 数据库
文件系统
关系型 数据库
Map任务
元数据 仓库
HDFS/HBase/Hive
Hadoop集群
常用工具——Sqoop的架构
Sqoop Client组件定义了用 户使用Sqoop的方式：客户 命令行和浏览器。
Reduce任务：处理数据。
第29页
Sqoop Client
“云端”
Sqoop Server
MapReduce 作业
Hadoop集群
Sqoop Server端会响应客户端发出 的 RESTful 和 HTTP 请 求 。 Sqoop Server端包括：
Connectors：负责数据的解析 与加载。
……
--网上实际呈现的数据
通信记录
各种视频文件 图形图像 电子文档
内容数据
-网上实际呈现的数据
第12页
基本内容——数据来源
物联网是指在计算机互联网的基础上，利用传感器、射频识别、无线数据通信、红外线 感应等技术，实现物与物相连的互联网络。
物联网数据主要来源于物理信息系统。
物联网数据
数据可以是关于物理、化学、生物等性质和状态的测量值 关于行为和状态的语言、视频等多媒体数据
高效可控的利用资源，通过调整任务数来控制任务的并发度。 可读取数据源的元信息自动地完成数据映射和转换，用户也可以自定义类型映射关系。
支持多种数据库，如MySQL、Oracle等数据库。
第30页
常用工具——Sqoop的应用场景
目前大部分可视化工具与关系型数据库对接得比 较好，可使用Sqoop工具将Hadoop产生的分析结 果导入到关系型数据库中，以便进行可视化展示。
Connectors
元信息
企业型 数据库
文件系统
关系型 数据库
Map任务
元数据 仓库
HDFS/HBase/Hive
Hadoop集群
常用工具——Sqoop的架构
Sqoop Client组件定义了用 户使用Sqoop的方式：客户 命令行和浏览器。
数据采集与编码(一)课件 2022—2023学年高中信息技术 浙教版(2019)必修1
数据与计算
2.
即在幅度轴上对信号数字化。连续信号经过采样成为离散信号，离 散信号经过量化后可以用数值表示。 纵坐标划分得越细，量化就越精细，与实际数据也越接近。
数据与计算
3.
即用二进制数表示每个采样的量化值（十进制数）。
讨论
数据与计算
既然计算机只能处理数字信号，那么是不是意味着不再需要 模拟信号了？请结合生活实例进行说明。
1.3.2数字化
数据与计算
信号数据可用于表示任何信息，如符号、文字、语音、图像等。 从表现形式上可归结为两类：模拟信号和数字信号，模拟信号与 数字信号的区别可根据幅度取值是否离散来确定。
1.3.2数字化
数据与计算
模拟信号：以连续变化的物理量存在，如水银温度表呈现的温度 值，电流表指针指向的电流值等。平时我们听到的声音、看到的 电视图像都是模拟信号。
一种能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输 出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件 组成。
应用领域：传感器的应用领域非常的广泛，电子计算机、生产 自动化、医疗、军事、交通、化学、环保、能源与计算
网络爬虫也是通过网页中的超链接在网页间 进行跳转，根据需求按获取某一方面的网页 数据，然后用专门的软件进行处理分析。
1.3.2数字化
数据与计算
数字信号：取值上是离散的，不连续的信号。
在信息技术中，这种信号表示的数据是指可被计算机存储、处理 的二进制数据。
数字化
数据与计算
将模拟信号转换为数字信号的过程称为数字化。 如将语音通过计算机的麦克风、声卡等设备存储在计算机中。
电流电压
声音
话筒
声卡 声音文件
模拟量
模数转换 数字量 （A/D） (可存储)
第2章 数据采集基础知识
x s (nTs ) x(nTs) (t nTs )
n 0
采样定理：连续信号→离散信号
连续时间信号，可以表示为无限多个谐波的叠加。 信号x(t)和频谱X(f)的关系为：
x(t )
i 2ft x ( t ) e dt
X ( f )ei 2ft df
数据采集的概念： 将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成为数字量后， 由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应的系统称 为数据采集系统。
被 测 物 理 量
非电量
传 感 器
电信号
信 号 调 理
模拟 信号
数 据 采 集 设 备
数字 信号
计 算 机
图2.1数据采集系统结构图
微机测控系统
2.1 数据采集系统的概念及其结构
混叠信号消除
采样率必须大于被采样信号频率的两倍。实际应用中，即使已
经确定必须被测的信号有一个最大的频率值，杂散信号可能会
带来比奈奎斯特频率高的频率。这些频率很可能会混杂在需要 的频率范围中，导致错误的结果。 为了保证输入信号的频率全部在给定范围内，需要在采样器和 ADC之间安装一个低通滤波器（可以通过低频信号，削弱高坡
集中采集式
•多路分时采集分时输入结构
2.1 数据采集系统的概念及其结构
分散采集式
•分布式单机数据采集系统的结构
2.1 数据采集系统的概念及其结构
分散采集式
•网络式数据采集结构
2.3 模拟信号的数字化
1 时间断续-采集信号 • 采样间隔Δt，采样点在时域上是分散的。
2 数值断续：
量化：把采样信号xs(nTs)以某个最小数量单位的整倍数来度量，
二数据采集基础PPT课件
1）多路分时采集分时输入结构
特点：多路信号共同使用一个采样/保持器和A/D转换器，简 化电路结构，降低成本。
缺点：它对信号的采集是由模拟多路开关分时切换、轮流选 通的，相邻两路信号在时间上依次被采集，因此不能获得同 一时刻的数据，产生时间偏斜误差。
适用：不适用于要求多路信号严格同步采集测试的系统，对 于多数中速和低速测试系统，是一种应用广泛的结构。
9 2019/9/8
多路模拟输入通道 采 集 电 路
采集电路：模拟多路转换开关、采样/保持器、A/D转换器。 多路模拟输入通道：传感器、调理电路、采集电路。
10 2019/9/8
2）多路同步采集分时输入结构
特点：同步采样 在多路转换开关之前, 每个信号通道各加一个采样/保持器， 使多路信号在同一时刻采样，然后由各自的保持器保持采样 信号幅值。
5 2019/9/8
实际的数据采集系统通常需要同时测量多个物理量(或 多个测量点)，多路模拟输入通道可分为集中采集式和分散 采集式两大类型。
7 2019/9/8
1.集中采集式（集中式）
集中式多路模拟通道的典型结构 分时输入结构
多路同步采集 分时输入结构
8 2019/9/8
3 2019/9/8
2.1 数据采集系统的概念及其结构
数据采集的概念：
将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成为数字量 后，由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应 的系统称为数据采集系统。
数据采集系统的组成：
传感器、信号调理设备、数据采集设备、计算机
被 测 物 理 量
非电量
传 感 器
电信号
数据采集站一般由单片机 数据采集装置组成，可独 立完成数据采集和预处理 任务，并将数据传送给上 位机。
相关主题
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雷达：xGHz
…
14
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
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
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
20
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
19
A/D基本定义
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
21
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
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
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
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
22
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、RSE、NRSE方式测量浮空信 号
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)
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
12
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
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
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
11
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
7
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
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）
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
16
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）
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
24
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