数据采集课后习题答案--马明建

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= (100 − 100 × 0 .02 %) × 10
−6
× 10 × 10
−6
= 99 .98 × 10
− 11
（V））
第5章习题与思考题章
由①有
99 .98 × 10 t′ < AP 31 .4 × 10 3
− 11
= 3 .184 × 10
−14
= 3 .184 × 10 −5 (ns)
ID ∆U 解： ∵ 保持电压下降率为 = ∆T C H
∆U 10 × 10 −9 0.1% = < ∴ ∆T CH 10 × 10 −9
第5章习题与思考题章
10 ×10 1 −13 CH > = 13 = 1×10 F 18 1×10 × 0.1% 10
1F＝ 1F＝106µF ＝1012pF CH > 0.1pF
解：模拟多路开关输入端一般是8 个端子，模拟多路开关输入端一般是8 个端子，个端子的通道选择器。输出端为 1 个端子的通道选择器。
第3章习题与思考题章
3-3. 某数据采集系统具有8个模拟通道。各通某数据采集系统具有8个模拟通道。道输入信号的频率可达5kHz，道输入信号的频率可达5kHz，而且至少要用每个采样周期10个采样点的速度进要用每个采样周期10个采样点的速度进行采样。行采样。问：多路开关的切换速率应是多少？ ⑴ 多路开关的切换速率应是多少？可选用什么类型的多路开关？ ⑵ 可选用什么类型的多路开关？解： ⑴ ∵ fC = 5 kHz， kHz，采样频率 f S = 2 f C = 2 × 5 × 10 3 = 1 × 10 4 (Hz)
−5
t AC + t ST + tCONV < TS
而 t AC = 5 × 10
< 9 × 10
−5
∴ 捕捉时间满足要求。捕捉时间满足要求。
第5章习题与思考题章
5-9. 设一采样／保持器在保持阶段，保持电容设一采样／保持器在保持阶段， CH的漏电流ID=10nA，保持时间为10ns。的漏电流I =10nA，保持时间为10ns。如果希望在保持时间内采样／如果希望在保持时间内采样／保持器的输出电压下降小于下降小于0.1%，试选择合适的C 出电压下降小于0.1%，试选择合适的CH 值。
2 R1 R5 ∵ 放大器的增益 K = − (1 + ) RG R3
其次 R3 = R4 ∴ ⑴ 当R4 - 0.05%，R5 + 0.05%时 0.05%， 0.05%时
第4章习题与思考题章
2 × 5 × 10 3 ( 20 + 20 × 0.05 %) × 10 3 K = −(1 + ) 100 (10 − 10 × 0.05 %) × 10 3 = −202 .202
RS G= RG
RS RS = 100 时， RG = ∴ 当G= 100 RG
又∵ RS = 100±15% 100±
第4章习题与思考题章
当 RS = 100+15%时， 100+15%时
(100 + 100 × 15%) × 10 RG = = 1150Ω 100
3
当 RS = 100-15%时， 100-15%时
2-6. 对采样信号进行量化的最小数量单位是多少？它与FSR 量化器的位数n 多少？它与FSR 和量化器的位数n 之间有何关系？有何关系？解：
FSR 1. 最小数量单位是量化单位 q，q = n 。 2
2. q 与FSR成正比，与2 成反比。 FSR成正比成正比，成反比。
n
第2章习题与思考题章
∴切换速率
第3章习题与思考题章
⑵ 选择多路开关 ∵ 由表3.5可知，CD4051的ton和toff 都为0.8µs 3.5可知 CD4051的可知，都为0.8µ 则 CD4051开关的切换时间为1.6µs CD4051开关的切换时间为 µ 开关的切换时间为1.6
1 = 625000 = 625kHz 开关的切换速率 = −6 1.6 × 10
2-9. 把十进制数256转换成相应的BCD码。把十进制数256转换成相应的转换成相应的BCD码
解： 2 5 6
0010
0101
0110
第3章习题与思考题
第3ห้องสมุดไป่ตู้ 习题与思考题章
3-2. 模拟多路开关输入端一般是几个端子？模拟多路开关输入端一般是几个端子？输出端为几个端子的通道选择器？输出端为几个端子的通道选择器？
第2章习题与思考题章
2-4. 采样周期与哪些因素有关？如何选择采采样周期与哪些因素有关？样周期？样周期？解： 1. 采样周期与信号x(t) 的截止频率fC 有关。采样周期与信号x 的截止频率f 有关。
1 2. 根据采样定理 TS ≤ 确定采样周期。，确定采样周期。 2 fC
第2章习题与思考题章
2-2. 试说明为什么在实际采样中，不能完全试说明为什么在实际采样中，满足采样定理所规定的不失真条件？满足采样定理所规定的不失真条件？解：若模拟信号为 x ( t ) = A sin( 2 π f C t + ϕ )
1 当 fC = 时，模拟信号的采样值为 2TS
x S ( nTS ) = A( −1) sin ϕ
n
只有在 ϕ = 时，xS(nTS)与x(t)的幅值才相同。的幅值才相同。 2 但在工程上很难做到。但在工程上很难做到。
π
第2章习题与思考题章
2-3. 对某种模拟信号x(t)，采样时间间隔TS分对某种模拟信号x 采样时间间隔T 别为4ms、8ms、16ms，别为4ms、8ms、16ms，试求出这种模拟分别为多少？信号的截止频率 fC 分别为多少？
n
1 2 n π t AP
1
f max πt AP
1 = = 16025.641 3 −9 10 × 10 × 3.14 × 2 × 10
第5章习题与思考题章
1 相对分辨率 = n × 100% 2 1 = × 100% = 0.00624% 16025.641
n ≈ 14
则有
第5章习题与思考题章
f max = =
1 2
n +1
π t AP
1 = 3 . 887 kHz −9 × 3 . 14 × 10 × 10
2 12 +1
第5章习题与思考题章
⑵ 若采样／保持器的孔径不定△tAP=1ns 若采样／保持器的孔径不定△ 则最高信号频率
f max = 1
n +1
1 2 π (t AP + ∆t AP ) 2 1 = = 3.702kHz 1 12 +1 −9 2 × 3.14 × (10 + ) × 10 2
′ t AP > t AP
∴ 所选的采样／保持器不满足要求。所选的采样／保持器不满足要求。
第5章习题与思考题章
⑵ 捕捉时间能否满足要求？捕捉时间能否满足要求？ ∵ 则
t AC 1 1 < − t CONV = − 10 × 10 −6 = 9 × 10 −5 s 10 × 10 3 10 × 10 3
⑵ 当R4 + 0.05%，R5 - 0.05%时 0.05%， 0.05%时
2 × 5 × 10 ( 20 − 20 × 0.05 %) × 10 K = −(1 + ) 100 (10 + 10 × 0.05 %) × 10 3 = 201 .798
3 3
第4章习题与思考题章
4-3. 设AD521测量放大器的增益为100，试画 AD521测量放大器的增益为，测量放大器的增益为100 出其接线原理图，算出外接电阻值的大小。出其接线原理图，算出外接电阻值的大小。解： ∵ 放大器的增益
∴
多路开关选择 CD4051。多路开关选择 CD4051。
第4章习题与思考题
第4章习题与思考题章
4-2. 设一数据采集系统有测量放大器，已知设一数据采集系统有测量放大器， R1=R2=5kΩ，RG=100Ω，R4=10kΩ ， =5kΩ， =100Ω， R5=20kΩ，若R4和R5的精度为0.1%， =20kΩ，的精度为0.1%，试求此放大器的增益及CMRR。试求此放大器的增益及CMRR。解：
数据采集与处理
习题与思考题
点评和讨论
第1章习题与思考题
第1章习题与思考题
1-3. 简述数据采集系统的基本结构形式，并简述数据采集系统的基本结构形式，比较其特点。比较其特点。
解：数据采集系统的基本结构形式有
⑴ 微型计算机数据采集系统 ⑵ 集散型数据采集系统
第2章习题与思考题
第2章习题与思考题章
1 LSB的最高信号频率 ⑴ 采样精度能达到 2 LSB的最高信号频率
fmax是多少？是多少？ ⑵ 若采样／保持器的孔径不定△tAP=1ns，若采样／保持器的孔径不定△ =1ns，最高信号频率f 是多少？则最高信号频率fmax是多少？
第5章习题与思考题章
解：
1 LSB的最高信号频率 ⑴ 采样精度能达到 LSB的最高信号频率 2
第3章习题与思考题章
采样周期
1 1 TS = = = 1 × 10 − 4 (s) = 0.0001(s) f S 1 × 10 4
每个采样点的采样周期
TS 0.0001 Td = = = 0.00001(s) 10 10
1 1 v= = = 100000(Hz) = 100(kHz) Td 0.00001
fS 解：由采样定理 f S ≥ 2 f C ，有 f C ≤ ，则 2 250 4ms时当TS=4ms时，fS=250Hz ∴ f C ≤ = 125 Hz 2 125 =8ms时当TS=8ms时，fS=125Hz ∴ f C ≤ = 62 .5Hz 2 62 .5 16ms时当TS=16ms时，fS=62.5Hz ∴ f C ≤ = 31 .25 Hz 2
第5章习题与思考题章
解： ⑴ 所选的采样／保持器能否满足要求？所选的采样／保持器能否满足要求？由于采样/ ① 由于采样/保持器孔径时间应满足
1 LSB t′ < 2 AP dU i ( ) max dt
保持电压下降率应满足 ② 保持电压下降率应满足
dU 1 •t < LSB CONV dt 2
5-4. 孔径时间tAP影响A／D转换的什么参数？孔径时间t 影响A 转换的什么参数？解：主要影响转换精度和转换速率。主要影响转换精度和转换速率。
第5章习题与思考题章
5-6. 设在某数据采集系统中，采样／保持器设在某数据采集系统中，采样／的孔径时间t =10ns，的孔径时间tAP=10ns，A/D 转换器的位数为12位数为12位，求：
第5章习题与思考题章
5-7. 一个数据采集系统的孔径时间tAP=2ns，一个数据采集系统的孔径时间t =2ns，试问一个10kHz信号在其变化率最大点试问一个10kHz信号在其变化率最大点被采样时所能达到的分辨率是多少？被采样时所能达到的分辨率是多少？解：∵ f max = ∴ 2 =
第5章习题与思考题章
③ 输入信号的最大变化率为
dU i =π dt max
•
f •U
m
则
由③有
dU i 3 3 = 3 .14 × 1 × 10 × 10 = 31 .4 × 10 （V）） dt max
第5章习题与思考题章
由②有
1 dU LSB > •t CONV 2 dt
由于
则
第6章习题与思考题
5-8. 设一数据采集系统的输入满量程电压 +10V，为+10V，模拟输入信号的最高频率是 1kHz，采样频率为10kHz， 1kHz，采样频率为10kHz，A／D转换器的转换时间为10µ 采样／器的转换时间为10µs，采样／保持器 =20ns，的tAP=20ns，保持电压的下降率为 100µ 100µV/s，捕捉时间为50µs。问捕捉时间为50µ ⑴ 如果允许的孔径误差和下降误差都是 0.02%，所选的采样／ 0.02%，所选的采样／保持器能否满足要求？要求？捕捉时间能否满足要求？ ⑵ 捕捉时间能否满足要求？
(100 − 100 × 15%) × 10 RG = = 850Ω 100
3
第4章习题与思考题章
其接线原理图
U+ +IN
1 14 8 10 13 12 7 11 2 3 5 4 10KΩ 10KΩ 6
RS
100KΩ 100KΩ
RG
UOUT
-IN U-
第5章习题与思考题
第5章习题与思考题章