第十七章测量信号的采集与显示讲述.ppt

第17章 测量信号的采集与显示 17.1 数据采集技术 17.1.1 数据采集系统的主要功能 17.1.2 数据采集系统的结构及原理 17.2 数据的显示 17.2.1 辉光数码管 17.2.2 荧光数码管 17.2.3 LED数码管 17.2.4 LCD显示器 17.2.5 DVM显示器 17.2.6 CRT显示器 17.2.7 数字存储示波器 以计算机为中心的现代测试系统，采用数据采集与传感器相结合的方式，能最大限度地完成测试工作的全过程。它既能实现对信号的检测，又能对所获信号进行分析处理求得有用信息。信号数据采集是对多路模拟信号进行长时间数字化测量,从而获得大量数据以便进一步进行分析与处理。它是外部被测模拟信号进入测量仪器、系统的必经前置通道，有时也叫预处理系统。它的目的是使一个在时间与幅值上都连续变化的模拟信号在时间上被离散化，在幅值上被量子化（或数字化）。 17.1 数据采集技术 17.1.1 数据采集系统的主要功能 数据采集系统的主要功能有三:其一是由衰减器和增益可控放大器进行量程自动改换；其二是由多路切换开关完成对多点多通道信号的分时采样，时间连续信号x（t）经过采样后变为离散时间序列x（n），n＝0，1，2，…；其三是将信号的采样值由A/D转换器转换为幅值离散化的数字量，或由V/F转换器转换为脉冲频率以适应计算机工作。 17.1.2 数据采集系统的结构及原理 1．数据采集的基本原理 通过数据采集系统将信号存储起来，用于进行处理和显示。数据采集系统的基本结构如图所示： 采样保持器S/H（Sample/Hold）具有采集某一瞬间的模拟输入信号，根据需要保持并输出采集的电压数值的功能。在“采样”状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号。转为“保持”状态后，电路的输出保持采样结束时刻的瞬时模拟输入信号，直至进入下一次采样状态为止。这种电路多用于快速数据采集系统以及一切需要对输入信号瞬时采样和存储的场合，如自动补偿直流放大器的失调和漂移、模拟信号的延迟、瞬态变量的测量及模数转换等。 图(a)是集成采样-保持电路的原理图。其中A1、A2分别为输入和输出运算放大器，S是电子开关，L是开关驱动电路，UI是开关控制信号，Ch为保持电容。为了使电路不影响输入信号源，要求A1具有很高的输入阻抗；为了在保持阶段使Ch不易泄放电荷，要求A2也具有很高的输入阻抗，同时作为输出级的A2还必须具有很低的输出阻抗。为此A1、A2均工作在单位增益的电压跟随器状态。 为了使采样输出信号U0能不失真地代表输入模拟信号，除保证采样/保持器精度要求外，还必须符合采样定理。 S/H电路采样过程如图(b)所示，当模拟信号ui＝f（t）通过一个受采样脉冲信号fs（t）控制的开关电路时，开关输出端的信号是时间离散信号。不难看出，采样脉冲的重复周期Ts愈小，采样时间间隔愈短，获得的离散信号亦愈多。从离散信号中恢复原信号的必要条件是：若被采样的信号f（t）的最高频率为fmax，为了复现该波形，必须要求采样间隔小于1/（2fmax）s，也就是说采样频率fs大于模拟信号中最高频率的2倍，这便是采样定理的要求。 事实上，采样后所获得的离散信号是模拟信号f（t）与采样脉冲fs（t）相乘的结果，而周期性采样脉冲fs（t）可以用傅立叶级数表示为 式中的fs＝1/Ts为采样脉冲的重复频率，因而采样后输出信号为 不难看出，只要离散信号的频谱互不重叠，就可以用一个低通滤波器取出离散信号中fmax以下的频谱。换句话说，欲从离散信号中恢复原信号的必要条件是 即采样频率fs应大于模拟信号最高频率fmax的两倍，这就是采样定理。采样定理指出，当采样频率大于两倍的信号最高次谐波频率时，就可用时间离散的采样点恢复原来连续信号。所以采样/保持器是以“快采慢测”的方法实现了