虚拟仪器设计第8章――数据采集ppt课件.ppt

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1、第8章数据采集（1）8.1数据采集的基础知识8.2数据采集系统的构成8.3Measurement&AutomationExplorer（MAX）2010年11月02日22/32学时剩余4次课+1次实验1学习方式：课堂上以观看NI公司的相关技术视频录像（DAQ十讲）为主。课后，同学自己学习NI公司文档。2§8.1数据采集的基础知识数据采集的任务数据采集系统的任务，具体地说，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，得出所需的数据。与此同时，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

2、中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来输出以控制某些物理量。数据采集系统性能的好坏，主要取决于其精度和速度。3模拟信号的数字化处理数据采集的核心过程就是将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。采样点太多，会占用大量内存单元；采样点太少，会使模拟信号的某些信息被丢失，出现失真现象。4采集卡实际上是将连续的信号按照一定的时间间隔离散地采集，理论上讲自然是采样率越高越好，但是如果遇到如右图所示的信号，采样率过高，反而不好。采样率过高会将噪声或干扰信号也采集进来，导致信号处理十分繁琐。图中蓝点表示低采样率绿点表示高采样率采样率并非总是越高越好！5混叠干

3、扰图中采样频率500Hz，5个正弦波的频率分别为100Hz、200Hz、300Hz、375Hz和400Hz。因为100Hz、200Hz的信号频率小于fs/2，可以由离散信号还原出原始的正弦波连续信号。而300Hz、375Hz和400Hz的信号频率都大于fs/2，故离散信号重构原信号时形成了频率不同于原信号频率的信号，即混叠干扰。真实信号重构信号6AdequatelysampledAliasedduetounder-sampling混叠干扰采样定理在进行信号采样时，需要遵循采样定理：设连续模拟信号X(t)的频谱为X(f)，以采样间隔Ts采样得到的离散模拟

4、信号为X(nTs)，如果X(f)和Ts满足以下条件，离散信号X(nTs)可以完全确定频谱X(f)：X(f)有截止频率(即最高频率)fh，即当

5、f

6、≥fh时，X(f)＝0Ts≤1/2fh或fs≥2fh（采样频率为信号最高频率2倍以上）8混叠的消除由采样定理可知，如果要求不产生混叠干扰，首先应使被采样信号X(t)成为有限带宽的信号。为此，对不满足此要求的信号，在采样之前，使其先通过模拟低通滤波器滤除高频成分，使其成为带限信号。这种处理称为抗混叠滤波预处理。其次，应使采样频率fs大于带限信号最高频率fh的2倍，即fs>2fh。在实际工作中，考虑到实际的模拟

7、低通滤波器不可能有理想的截止特性，在其截止频率fh之后总有一定的过渡带，故采样频率常常选为（3～4）fh，甚至更高。9量化为了能用计算机处理信号，须将采样信号转换成数字信号，也就是将采样信号的幅值用二进制码来表示，由于二进制码的位数是有限的，只能代表有限个信号的电平，故在编码之前，首先要对采样信号进行“量化”。量化就是把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整倍数比较，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”。最小数量单位称为量化单位。量化单位定义为量化器满量程电压FSR（FullScaleRang

8、e）与2n的比值，用q表示，有：式中，n为量化器的位数，也就是采集卡的采样位数。2nFSRq=10量化3-bitADCAmplitudecodewidthTime02010012014040608010.009.757.506.255.003.752.501.25011111010001101000100023=8份1份=1.25V216=65536份1份=0.0001526V16-bitADC量化误差由量化引起的误差叫做量化误差（也常叫做量化噪声，因为它常与噪声有相同影响）。量化误差的最大值为q，它是一种原理性误差，只能减小而不能完全消除。由前面q的

9、定义式可以看出，减小量化误差可以通过两个途径：减小FSR，即根据输入信号的大小，设置合理的采集卡通道的输入信号范围；增大n的值，即选择采样分辨率高的采集卡。12多通道采集的采样方式循环采样同步采样间隔采样Straingauge1Straingauge2Battery1Battery2TempPressure书：P184采样方式的选择：书：P185最后一段。§8.2数据采集系统的构成粗略的构成图：14数据采集系统的组成：15信号分类在数据采集应用领域，常将被测信号分为数字信号和模拟信号（也称连续时间信号）。数字（二进制）信号分为开关信号或脉冲信号。模拟信

10、号可分为直流、时域、频域信号，如下图所示。（1）被测量（信号）16数字信号开关信号连续脉冲信号