虚拟仪器技术作业 第二章

虚拟仪器技术作业第二章

2-1 数据采集系统主要实现哪些基本功能。

解：数据采集、信号调理、二次数据计算、屏幕显示、数据存储、打印输出、人机联系。

2-2 简述数据采集系统的基本结构形式，并比较其特点。

解：基本机构形式：（1）集中采集式：分时采集：多路被测信号分别由各自的传感器和模拟信号调理电路组成的通道经多路转换开关切换，进入共用的采样／保持器（Ｓ/Ｈ）和Ａ/Ｄ转换器进行数据采集。它的特点是多路信号共同使用一个采样/保持器和Ａ/Ｄ转换器，简化了电路结构，降低了成本。但是会产生时间偏斜误差；同步采集：在多路转换开关之前，给每路信号通道各加一个采样／保持器，使多路信号的采样在同一时刻进行，即同步采样。

（2）分散采集式：是每一路信号一般都有一个采样/保持器和Ａ/Ｄ转换器，因而也不再需要模拟多路转换开关。分布式单机数据采集系统：可实现无相差并行数据采集控制，系统实时响应性好，能够满足中、小规模并行数据采集的要求；网络式数据采集系统：由若干个“数据采集站”和一台上位机及通信线路组成，可独立完成数据采集和预处理任务，还可将数据以数字信号的形式传送给上位机。该系统适应能力强、可靠性高。

2-3 采样周期与哪些因素有关？如何选择采样周期？

解：采样周期与信号x(t)的截止频率fc有关；

根据采样定理Ts≤fc/2确定采样周期。

2-4 为什么要在数据采集系统中使用测量放大器？

解：使用测量放大器的原因：弱信号、强干扰

1）通用运算放大器的抗共模干扰能力远低于测量放大器。尤其对于交流共模信号，原因：无法接入“输入保护电路”。

2）提高抗共模干扰能力和抑制漂移，要求运放的两个输入端等效直流电阻对称：运放的输入阻抗受反馈电阻的影响，不能做得太高，不适合做多点检测的前置放大器；运放两输入端电阻的对称，调节放大器增益不方便。

3）测量放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗、低温漂，对微小的差模信号很敏感，适合测量远距离传输过来的信号，十分适宜与传感器配合使用。

2-5 设一个数据采集系统有测量放大器，如图所示。已知Ｒ1＝Ｒ2＝5kΩ，Rg＝100Ω，Ｒ3＝Ｒ4＝10kΩ，Ｒ5＝20kΩ，试求此放大器的增益。

图2-5

解：差模增益：Ｋ＝ＲsＲ2-1（１＋Ｒ1Ｒg-1＋Ｒ1’Ｒg-1）

2-6 能否用Ａ／Ｄ卡采集脉冲信号？

解：

2-7 假如用100kＨz的采集设备采集100kＨz的信号，会得到什么样的结果？

解：根据采样定理，采集一个有限带宽的模拟信号，采样频率至少应两倍于最高信号频率。

采集的信号会发生及畸变，会产生混叠频率，不能准确采集到该信号。

2-8 对于毫伏（mV）级信号采用高增益的好处是什么？

解：输入范围、分辨率以及增益决定了输入信号可识别的最小模拟变化量。对于小的输入电压范围，提高增益可以提高精度。

2-9 采样／保持器使用中应注意的问题有哪些？

解：1.保持电压下降率对A／D转换器输入端的电压稳定度的影响；

2. 孔径时间与精度、信号的最大变化率的关系。

2-10 什么叫混叠现象？如何计算混叠频率？

解：采样率过低时还原信号的频率看上去与原始信号不同，这种信号畸变称为混叠。

混叠频率fa是输入信号的频率和与它最靠近的采样频率整数倍的差的绝对值。

2-11 有哪些抑制噪声的方法？

解：信号调理、增加采样点数、取均值。

2-12 多个通道有哪些采样方式？

解：1）循环采样：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；通道转换时间造成多通道不能同时采样；可以通过外加采样/保持电路保证采样的同步。

2）同步采样：每个通道采用独立的放大器和采样保持器以及A/D转换器，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）；

3）间隔采样：采样频率由扫描时钟控制，通道切换时间间隔由通道时钟控制。

2-13 什么叫触发？触发有哪几种方式？

解：触发方式一般有软件触发和硬件触发之分。可以灵活应用于包括数据采集的各种场合，按照所设定的条件截取信号。

触发方式：（1）数字边沿触发；（2）模拟边沿触发；（3）模拟窗口触发。

2-14 简述缓存的基本原理。

解：缓存器是指PC内存的一个区域，它用来临时存放数据。

缓存的使用情况：1）需要采集或产生许多样本，其速率超过了实际显示、存储到硬件或实时分析的速度。2）需要连续采集或产生交流数据（大于10样本/s），并且要同时分析或显示某些数据。３）采样周期必须准确、均匀地通

过数据样本。

2-15 简述被测信号的分类。

解：根据被测信号的电学属性，可以把电压信号分为接地信号和浮动信号两种类型。

（1）接地信号：将信号的一端与系统地（如大地等）连接起来；

（2）浮动信号：一个不与任何地（如大地或建筑物的地）连接的电压信号。

2-16 简述被测信号接入数据采集设备的方式。

解：

（1）差分连接方式：信号输入端的正负极分别与两个不同的模拟输入端口相连接，并通过多路开关分别连接到仪用放大器的正负极上；

（2）参考地单端连接方式：被测信号一端接模拟输入通道，另一端接系统地；

（3）无参考地单端连接方式：被测信号的一端接模拟输入通道，另一端接共用参考端，但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是不断变化的。

3-1 简单描述总线的基本概念。

解：总线即在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连

和传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。

3-2评价总线的性能指标有哪些？

解：（1）总线宽度：指数据总线的位数，用位(bit)来表示。如8位、

16位、32位、64位总线宽度。

（2）寻址能力：地址总线的位数及能直接寻址的存储器空间的大小。

（3）总线频率：总线工作频率，以MHz表示，是总线工作速率的一

个重要参数。

（4）数据传输率：在一定的时间内总线上可传送的数据总量，用每

秒最大传输数据量来表示。

（5）总线定时协议：总线上进行信息传送必须遵守定时规则，以使

源与目的同步。