数据采集及处理答案

第一章１.答：数据采集的任务就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的计算和处理，得出所需数据。

同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其总一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。

２.答：数据采集系统主要实现以下９个方面的基本功能：数据采集；模拟信号处理；数字信号处理；开关信号处理；二次数据计算；屏幕显示；数据存储；打印输出；人机联系。

３.答：数据采集系统的基本结构形式主要有两种：一种是微型计算机数据采集系统，另一种是集散型数据采集系统。

微型计算机数据采集系统的特点是：系统结构简单，技术容易实现，满足中小规模数据采集要求；对环境要求不高；价格低廉，系统成本低；可座位集散型数据采集系统的一个基本组成部分；其相关模板和软件都比较齐全，容易构成西欧它能够，便于使用与维修。

集散型数据采集系统的主要特点是：系统适应能力强；系统可靠性高；系统实时响应性好；对系统硬件要求不高；特别适合在恶劣环境下工作。

４.答：数据采集系统软件功能模块一般由以下部分组成：１）模拟信号采集与处理程序。

其主要功能是对模拟输入信号进行采集、标度变换、滤波处理以及二次数据计算，并将数据存入磁盘。

２）数字信号采集与处理程序。

其功能是对数字输入信号进行采集及码制之间的转换。

３）脉冲信号处理程序。

其功能是对输入的脉冲信号进行电平高低判断和计数。

４）开关信号处理程序。

其功能是判断开关信号输入状态变化情况，若发生变化，则执行相应的处理程序。

５）运行参数设置程序。

其功能是对数据采集系统的运行参数进行设置。

６）系统管理（主控）程序。

其功能是将各个模块程序组织成一个程序系统，并管理和调用各个功能模块程序，其次是用来管理数据文件的存储和输出。

７）通信程序。

其功能是设置数据传送的波特率（速率），上位机向数据采集站群发送机号，上位机接收和判断数据采集站发挥的机号，命令相应的数据采集站传送数据，上位机接受数据采集站传送来的数据。

5.答：模拟信号处理程序的主要任务是对模拟输入信号进行采集、标度变换、滤波处理以及二次数据计算，并将数据存入磁盘。

6.答：数据处理的类型一般按一下方式分类：按处理方式划分，数据处理可分为实时（在线）处理和事后（脱机）处理。

按处理的性质花费，数据处理可分为预处理和二次处理两种。

7.答：数据处理的主要任务有以下几点：１）对采集到的电信号做物理量解释２）消除数据中的干扰信号３）分析计算数据的内在特征第二章1.答：采样是指对连续的模拟信号，按一定时间间隔，抽取相应的瞬时值（即离散化）的过程。

采样频率由采样定理指出，对一个具有有限频谱X(f)的连续信号x(t)进行采样，当采样频率为f s ≥2f c 时，由采样后得到的采样信号x s (nT s )能无失真地恢复为原来信号x(t)。

2. 若模拟信号为当模拟信号的采样值为只有在 时，x S (nT S )与x(t)的幅值才相同。

3.由采样定理解：T s =4ms f s =1/T s =250(Hz)T s =8ms f s =1/T s =125(Hz)T s =16ms f s =1/T s =62.5(Hz)4. 采样周期与信号x (t ) 的截止频率f C 有关。

根据采样定理 确定采样周期 5. 答：量化是指把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一些列整倍数比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来代替该幅值。

这一过程称为“量化过程”，简称“量化”。

6.答：最采样进行量化的最小数量单位称为称为量化单位，定义为量化器满量程电压FSR 与2n 的比值，用q 表示，则为2n FSR q =q 与FSR 成正比，与2n 成反比7.不是无误差，LSB 表示数码的最右端的位，即最低位有效位，LSB=2n FSRq =,根据量化单位q的定义知：LSB 代表n 位二进制分数码所能分辨的最小模拟量 8.答：编码是指把量化信号的电平用数字代码表示。

9.把十进制数256换成相应的BCD 码 十进制256 BCD 码0010 0101 011010. 用2的补码计算“16-5”的值 16 ：0001 0000 5 ： 0000 0101 -5： 1111 1011 16-5 ：0001 0000 1111 1011 ——————1 0000 1011 不考虑进位即为 1011B补充题：间歇采样是一种间歇过程和采样过程交替出现的采样技术，其优点是它既可以保证采样精度又可以显著降低采样数据的存储量。

第三章1.模拟多路开关的导通电阻一般比较大，理论数值为小于100欧姆，（而且该导通电阻随温度的变化而变化）而电子开关的导通电阻比较小，其导通电阻趋向于0，可看作理想的开关2.答：模拟多路开关的输入端一般是8个端子，输出为1个端子的为通道选择器。

3.答：f C = 5 kHz采样频率采样周期∴切换速率∵ 由表3.5可知，CD4051的t on 和t off 都为0.8μs 则 CD4051开关的切换时间为1.6μs开关的切换速率∴ 多路开关选择 CD4051 4.fc=2.5HZ=5HZsf Ts c2.01==；ST t Ss 04.05=≤切换频率为HZ s 25t 1=可选用CD4051的多路开关，将3片CD4051加以组合，用门电路组成地址译码器，3个选址信号，分别接各片的禁止端，扩展通道数为24个，选用其中20个第四章1.答：在数据采集系统中，来自传感器的模拟信号通常很微弱，远小于一般运算放大器的输入失调电压和温漂电压。

因此这些信号不能用一般运放进行放大，而必须用低温漂，低失调电压高稳定增益且抗共模干扰能力强的测量放大器进行放大。

2∵放大器的增益其次R3 = R4∴⑴当R4 - 0.05%，R5 + 0.05%时⑵当R4 + 0.05%，R5 - 0.05%时3.解：∵放大器的增益∴当又∵R S= 100±15%➢当R S = 100+15%时，当R S = 100-15%时➢其接线原理图4．解：输入级A 1 A 2的失调电压互相抵消，A 1 A 2的特性不完全对称时其失调电压的参值。

经过放大后被送往A 3，要提高测量放大器的性能应尽量使A 1 A 2的特性互相对称。

第五章1.答：输入信号频率很低时，由于在A/D 转换过程中模拟信号的电压几乎不变，因而不必使用采样保持器。

当模拟信号频率很高时，由于信号电平变化很快，必须使用采样保持器以稳定转换电平。

2.答：采样保持器的捕捉时间ACt 受保持电容HC 的影响，HC 越大，ACt 越长，当采样频率Sf 很高时，必须使用较小的H C ，以减少AC t ，提高S f。

3.答：采样保持器具有放大功能，通常其放大倍数由相关外接电阻决定。

4.答：孔径时间AP t主要影响A/D 转换的精度。

5.答：捕捉时间主要影响A/D 转换的采样速率。

6.解：(1)max 1 3.89()2n apf kHz t π+==(2) max 113.70()12()2n ap ap f kHz t t π+==+∆7.解：相对分辨率分辨率LSB n61.2FSR==8.解：(1) 孔径误差3956.283.14101020100.0628%10iapmUftUπ-∆==⨯⨯⨯⨯==满足要求下降误差6610 1001010101010---⨯⨯⨯=满足要求(2)35010201060() s AC AP couvT t t t sμ-=++=++⨯≈116.67()2s msf Hz fT=≈>满足要求9.∵保持电压下降率为∴由于1F＝106μF ＝1012pF 则C H > 0.1pF第六章1.解：⑴最高采样频率f S≤⑵ 最高频率f max ≤2.解： 1/2 LSB3.解：12/8 o A CS /R C CE 见书P904.解：在CE 上升沿之前，先有CS =0和/R C =0转换回来时STS 由高变低，使变化可作为查询状态下的单片机的查询信号或中断公式下的中断触发信号。

6.当A/D 转换时间较短（几十微秒以下）时，宜采用查询方式，而转换时间较长（100微秒以上）时，宜采用中断方式，其理由是，采用查询方式时，在A/D 转换期间，微机的CPU 处于等待状态，降低了CPU 的效率，而采用中断方式。

A/D 转换期间，微机的CPU 可以去做其他工作，不会因A/D 转换时间而影响CPU 的效率，但是程序较复杂。

9.精度和转换速度10.若A/D 转换器芯片为AD574A ，则以CS=0表示A/D 转换器芯片被选中。

12.线性误差是指在没有增益误差和偏移误差的条件下，实际传输特性曲线和理想特性曲线之差。

线性误差通常不大于LSB 21，因为线性误差是由A/D 转换器特性随模拟输入信号幅值变化而引起的，因此线性误差是不能进行补偿的。

第七章1.三种工作方式：直通、单缓冲、双缓冲 1)单缓冲工作方式 :一个寄存器工作于直通状态， 一个工作于受控锁存器状态在不要求多相D/A 同时输出时，可以采用单缓冲方式， 此时只需一次写操作，就开始转换， 可以提高D/A 的数据吞吐量。

2) 双缓冲工作方式:两个寄存器均工作于受控锁存器状态当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲方式。

2.线性误差是指D/A 转换器芯片的转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差。