第2章：数据采集系统设计.ppt

参 考 书 目 1、马明建，周长城．数据采集与处理技术， 1998 ，陕西：西安交通大学出版社 2、何立民． MCS-51 系列单片机应用系统设计， 1990 ，北京：北京航空航天大学出版社 3、李华． MCS-51 系列单片机实用接口技术， 1993 ，北京：北京航空航天大学出版社 4、戴梅萼，史嘉权．微型计算机技术及应用──从 12 位到 32 位， 1996, 北京：清华大学出版社 主 要 内 容 了解数据采集系统的基本结构与前后逻辑关系； 掌握数据采集系统中前端模拟信号的产生、微 弱信号放大、噪声压制等信号调理技术； 了解当前模 / 数转换技术的相关方法，并结合不同的应用场合，掌握模 / 数转换器件的选择原则； 掌握模 / 数转换器件在微机系统中的接口控制技术； 根据给定的技术参数，了解数据采集通道中各相关部件的误差控制原则。 数据采集系统广泛应用在测量、自动控制等各个领域。现在虽然有各种数据采集卡、数据采集芯片可供选用，但在许多情况下，它们还不一定适合用户的要求，往往需要按自己的要求设计数据采集系统。因此，对于电子设计师来说，掌握数据采集系统设计的知识是必要的 一 系统设计考虑的因素 数据采集系统的设计要根据测试对象及系统的技术指标，主要考虑下列因素 输入信号的特性 对数据采集系统性能的要求 接口特性 输入信号的特性  在输入信号的特性方面主要考虑以下问题：信号的数量，信号的特点，是模拟量还是数字量，信号的强弱及动态范围，信号的输入方式（如单端输入还是差动输入，单极性还是双极性，信号源接地还是浮地），信号的频带宽度，信号是周期信号还是瞬态信号，信号中的噪声及其共模电压大小，信号源的阻抗等等 对数据采集系统性能的要求  数据采集系统的主要技术指标有： 1. 系统的通过速率 2. 系统的分辨率 3. 系统的精度 接口特性  接口特性包括采样数据的输出形式（是并行输出还是串行输出），数据的编码格式，与什么数据总线相接等。 A/D 转换器的选择要点  A/D 转换器是数据采集电路的核心部件，正确选用 A/D 转换器是提高数据采集电路性能价格比的关键，以下几点应着重考虑。 ( 一 ) A/D 转换位数的确定 ( 二 ) A/D 转换速度的确定 ( 三 ) 根据环境条件选择 A/D ( 四 ) 选择 A/D 转换器的输出状态 采样保持器 S/H 的选择  ( 一 ) 采样保持器的主要参数 ( 二 ) 要不要设置采样保持器 多路测量通道的串音问题  在多通道数字测试系统中， MUX 常被用做多选一开关或多路采样开关。每当某一道开关接通时，其它各道开关全都是关断的。理想情况下，负载上只应出现被接通的那一道信号，其它被关断的各路信号都不应出现在负载上。然而实际情况并非如此，其它被关断的信号也会出现在负载上，对本来是唯一被接通的信号形成干扰，这种干扰称为道间串音干扰，简称串音。 为减小串音干扰，应采取如下措施： ( 一 ) 减小 Ri ，为此前级应采用电压跟随器； ( 二 ) 选用 Ron 极小、 Roff 极大的开关管； ( 三 ) 减少输出端并联的开关数 N 。若 N=1 ，则 VN=0 数据采集系统实例 一个 16 路的数据采集系统，由单片机 8031 、 16 路模拟开关 AD7506 、采样保持器 LF398 、模数转换器 AD574 等组成。单片机 8031 作为系统的控制器，管理整个数据采集系统。 16 路输入信号范围均为 0~10V ，由模拟开关 AD7506 将被测信号分时地接入到系统中。 LF398 对输入信号进行采样，并将采保的信号送入模数转换器 AD574 中。 AD574 是 12 位逐次逼近式模数转换器，转换速度为 25us 。 AD574 的管脚 2 （ 12/8 ）接 +5V ，接成 12 位转换形式，单极性输入。 数据采集系统的误差分析 数据采集系统的误差即是智能仪器或各种计算机控制系统中的主要误差来源 数据采集系统的误差主要包括模拟电路误差、采样误差和转换误差。 采样误差  ( 一 ) 采样频率引起的误差 ( 二 ) 系统的通过速率与采样误差 模拟电路的误差  ( 一 ) 模拟开关导通电阻 Ron 的误差 ( 二 ) 多路模拟开关泄漏电流 Is 引起的误差 ( 三 ) 采样保持器衰减率引起的误差 ( 四 ) 放大器的误差 A/D 转换器的误差 A/D 转换器是数据采集系统中的重要部件，它的性能指标对整个系统起着至关重要的作用，也是系统中的重要误差源。选择 A/