数据采集基础知识讲座

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1、数据采集基础知识讲座张斌北京凌华技术支持部zhangbin@adlinktech.com内容大纲信号与系统初步信号采集的基本定理基本定义A/DD/ADIOTimer/Counter信号与系统初步一个典型的系统：模拟输入采样/量化1101…数字输入数字信号处理1101…数字输出模拟重建模拟输出信号与系统初步(续)信号的分类：信息状态速率幅值形状频率onofft1-0-t0.985ttf信号模拟量数字量开/关信号脉冲队列直流信号时域信号频域信号信号与系统初步(续)数字信号onofft1-0-t开关信号输入：检测一个开

2、关的打开/闭合输出：打开/关闭一个阀门驱动能力通道数脉冲队列输入：读光编码器的输出信号输出：产生一个方波时钟频率分辨率对采集卡的要求信号与系统初步(续)模拟信号电压信号温度压力流量应力DC精度频域信号振动语音声呐分辨率采样频率精度触发对采集卡的要求时域信号雷达回波血压变化汽车点火波形分辨率采样频率精度触发0.985ttf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PCBased信号采集系统PCBaseDAQ系统架构PCBase数据采集系统功能A/D转换（模拟量/数字量转换）

3、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）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MaxSamplingRate(S/s),SamplingFrequency(Hz)精度(Resolution)：8bit12bit14bit16bit输入范围(InputRange)(增益)：同步采样(Simultaneousanaloginput)轮询采样(Multiplexanaloginput)突发模式采样(Burstmo

4、de)触发模式(Triggermode)隔离(Isolation)FIFO……A/D转换过程—多路切换卡多路选择+_A/D转换器模拟信号A/D触发信号数据缓冲区n1.信号源控制通道数信号类型(SE/DI)信号范围自动通道扫描2.触发源控制触发信号源采样频率3.A/D数据缓冲区数据寄存器FIFO缓冲区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CPU5.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A/D转换的过程—同步板卡模拟信

5、号A/D触发信号数据缓冲区+_A/D转换器nPCI总线内存(Buffer)CPU+_A/D转换器n+_A/D转换器n…模拟信号模拟信号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~xxMHzFM收音机：MHz雷达：xGHz…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*fmaxfs：采样频率fmax：信号最高频率一般最小为

6、fs>=2.5*fmax工程上一般取为fs>=6~8*fmax采样定律的特例等效时间采样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（aliasfrequency）＝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

7、抗混叠滤波器A/D基本定义采样频率的控制SoftPolling（内部软件触发，通过I/O指令实现）TimerPacer（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）ExternalCLK/Trig（外部时钟）三种方式的特点软件触发最为简单、易用，但无法精确控制采样时序，适用于对时序要求不甚严格的场合，如采集DC信号内部时钟能够精确控制采样时序，但无法保证与外部信号严格同步，但一般应用（无论时域还是频域）均能够满足要求外部时钟最为灵

8、活，能够满足特殊应用的需求CLK与TriggerA/D基本定义Trigger（触发）：启动、停止或同步采集事件的方法MNN延时触发预触发中触发后触发模拟触发数字触发上升沿触发MNN下降沿触发正沿触发负沿触发触发事件A/D基本定义下列情况适用软件触发模式（SoftwareTrigger，非SoftPolling）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