数据采集系统课件.ppt

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1、§1－2微机保护的数据采集系统一、数据采集系统概述数据采集系统：将模拟量变换成数字量的系统。模拟信号——随时间作连续变化的信号。数字信号——如果信号的定义域是一些离散的点，则称这种信号为离散信号。如果函数的值也是一些离散点的集合，则称这种信号为数字信号。对一个时域连续的信号进行采样。可以使其变为离散信号，对各个采样值进行模/数变换，可将其转换为数字信号。数字信号可以存贮在存贮器中，供微机保护用。1、信号的采样采样——在给定的时刻对参数量进行测量记录。(将连续时间信号变为对应离散信号的过程.)采样的过程可以分为等间隔采样与不等间隔采样。微机保护一般采用等间隔采样。图1-8示

2、采样周期Ts——相邻两个采样的矩形脉冲之间的时间间隔。采样频率fs＝即：每秒钟内的采样脉冲数。在微机保护中，通常是对工频信号进行处理，通过对每工频周期采样多少点，可间接求出采样周期和采样频率。如每工频周期采样12点，N=12，Ts＝20ms/12=5/3msfs＝N×50=12×50=600HZtttX（t）S（t）XS(t）等间隔采样过程的示意图被采样的信号采样脉冲采样信号2、采样定理当fs＞2fc时，采样信号完全能代表原始信号；临界条件是fs＝2fc；当fs＜2fc时，频普之间发生交错，称为频普交错现象，这样采样信号xs（t）的频谱函数xs（f）中所含信息将发生畸变。

3、满足临界条件的采样频率fs称为奈奎斯特频率。fs——采样频率。fc——输入信号（原始信号）频谱中所含的最高频率。频谱——相关频率的集合采样定理：采样频率fs必须大于输入信号（原始信号）频谱中所含最高频率fc的2倍，采样后的离散信号才能真实的代表输入的模拟信号。3、数据采集系统的模数变换方式有两种（1）ADC变换方式－－直接将模拟量转换为数字量。（2）VFC变换方式－－将模拟量变换为等幅脉冲。通过脉冲记数变换为数字量。作业：1、什么叫采样？什么是采样周期？什么是采样频率？如何计算采样频率和采样周期？2、什么叫采样定理？3、模数变换有哪两种方式？二、ADC式数据采集系统图1-

4、5P10由电压形成回路、模拟低通滤波器（ALF）采样保持电路（S/H）、模数变换器及多路开关（MPX）组成。1、电压形成回路（交流变换器）交流变换器的作用：1）变换作用将LH和YH二次电流或电压的幅值进一步降低，使之与模/数变换芯片所允许的信号电平匹配；2)将电流信号转换为电压信号；3）隔离作用使互感器回路与微机保护的模/数变换系统完全隔离，以提高抗干扰能力。2、前置模拟低通滤波器（ALF）（1）为什么要采用模拟低通滤波器？根据采样定理，当fs＞2fc时采样频率才能完全代表原始信号。为了不至于使采样频率fs定得太高，要将原始信号中高于某一频率值的信号滤掉。例如：采样频率为

5、1000HZ，必须将信号中频率大于500HZ的成分滤掉。采样频率不能定得过高的原因：采样及数据处理的任务是必须在一个采样间隔内完成。采样频率越高，采样周期越短，会造成数据积压。（2）作用阻止频率高于某一数值的信号进入模/数变换系统。（或：将模拟信号中大于1/2fs的谐波滤掉，以使采样信号真实的代表原始信号。）（3）组成：由R、C或R、C加运算组成采用A/D芯片构成的数据采集系统的方框图变换器S/HMPXA/DALF-低通滤波器。S/H－采样/保持器。MPX－多路开关A/D－模/数变换器Vi至微机系统ALF3、采样保持器图1-7作用：在一个极短的时间内，测量模拟信号在该时刻

6、的瞬时值，并在模/数转换器转换为数字量的过程中保持不变。图1-7示S采样保持器工作原理图电子开关S开断为采样保持UsrUscC4、多路转换开关图1-11P13是一个多个输入单一输出的逻辑电路芯片。其功能是：从多个输入中确定一个输出。译码/驱动器ENA0A1A2A3+15V-15VAS1AS16输出A1A16编码——用一组编码去表示特定信号的编制过程。译码——编码的逆过程，即：把编码的特定含义翻译出来。图为AD7506多路开关芯片。有16个输入端，一输出端。EN为片选端，EN＝0，未选通，输入、输出端均断开。EN=1，该芯片选通。选通信号CPU送来。由四个地址端的地址码决定

7、输出端与哪一个输入端接通。采用多路开关的原因：A/D芯片的价格较贵，一般是多路模拟信号公用一片A/D芯片的方式。故利用多路开关，使其在任一时刻，只有一路已采样的模拟信号接入A/D芯片的输入端，进行模/数变换。转换结束后，将结果存入指定的存贮区，然后由CPU控制，使下一路信号输入到A/D芯片直至将全部模拟信号转换完成。5、模/数转换电路（1）作用：完成模拟量到数字量的转换。（2）ADC（模/数转换器）的工作原理其基本原理是将输入的模拟量UA与参考量UR进行比较，确定输出的数字量。ADC模/数转换器可以认为是一种编码电路。它将输入