第1章计算机数据采集系统概述.ppt

计算机数据采集系统 教 材：沈美明编著，《IBM-PC 汇编语言程序设计（第2版）》，清华大学出版社，2001 参考书目：马明建，周长城编著．数据采集与处理技术．陕西：西安交通大学出版社，1998 主要内容 1、计算机数据采集系统的基本概念、基本组成、发展现状 2、模拟信号的数字化处理 1 数据采集技术 数据采集技术(Data Acquisition)是信息科学的一个重要分支,它研究信息数据的采集、存贮、处理以及控制等作业。在智能仪器、信号处理以及工业自动控制等领域，都存在着数据的测量与控制问题。 将外部世界存在的温度、压力、流量、位移以及角度等模拟量（Analog Signal）转换为数字信号（Digital Signal）, 再收集到计算机并进一步予以显示、处理、传输与记录这一过程，即称为“数据采集”。相应的系统即为数据采集系统（Data Acquisition System,简称DAS）。 1.1数据采集系统的结构形式 数据采集系统主要由硬件和软件组成。 从硬件方面来看，有两种结构形式：一种是微型计算机数据采集系统，另一种是集散型数据采集系统。 一、微型计算机数据采集系统 由传感器、模拟多路开关、程控放大器、采样/保持器、A/D转换器、计算机及外设等部分组成。 框图如下 二、集散型数据采集系统 由若干个数据采集站和一台上位机及通信线路组成。 三、数据采集系统的软件 数据采集系统的软件一般包括： 模拟信号采集与处理程序 数字信号采集与处理程序 脉冲信号采集与处理程序 开关信号采集与处理程序 运行参数设置程序：采样通道号，采样点数，采样周期，信号量程范围，放大器增益系数，工程单位等 系统管理程序：主控程序 通信程序 1.2应用领域 几乎涉及到农业、国防、科研及民用工业等所有的领域。 例如：在雷达、通信、水声、遥感、地质勘探、震动工程、无损检测、语声处理、智能仪器、工业自动控制以及生物医学工程等领域有着广泛的应用。 1.3发展趋势 采集数据的速度超高速化 采集数据的点数海量化 采集数据的存取网络化，与可通过Internet进行存取，工作人员不需在待控过程或需采集数据的传感器附近工作。 2 模拟信号的数字化处理 微机---计算机数据采集系统的核心 2.1 概 述 连续的模拟信号转换为离散的数字信号，经历了两个断续过程： 1.时间断续：采样 X(t) ? Xs(nTs) 2.数值断续：量化，即把采样信号Xs(nTs)以最小数量单位的整倍数来度量. 信号转换过程如图所示。   2.3.1 采样定理 采样周期Ts决定采样信号的质量和数量: Ts太小, Xs(nTs)数量剧增,占用内存; Ts 太大, 模拟信号的某些信息被丢失. 2.3.2采样定理中两个条件的物理意义 2.3.3 采样定理不适用的情况 2.4频率混淆及消除措施 2.4 采样技术的讨论 * * 第1章 计算机数据采集系统概述 计算机数据采集系统 图1 微型计算机数据采集系统框图 图2 集散型数据采集系统框图 2.2 采样过程 2.2 采样过程 采样过程可以看作脉冲调制过程 设有连续信号x(t),其频谱为X(f),以采样周期Ts采得的离散信号为xs(nTs) . 如果频谱X(f)和采样周期满足下列条件: (1).频谱X(f)为有限频谱,即当F1的绝对值大于等于fc(截止频率)时,x(f)=0; (2). 则连续信号 唯一确定.Fc称为截止频率，又称为奈奎斯特频率。 采样定理给出无失真地恢复原信号的条件。 连续模拟信号x(t)的频率范围是有限的，即信号的频率f在  2.采样周期Ts不能大于信号周期Tc的一半。  时是不适应的。 采样定理在 例如,设连续信号为: 其采样值为: 当 有  则当 =0时,采样信号为零,无法恢复原模拟信号. 时,采样信号幅值小于原模拟信号 时, 采样信号幅值等于原模拟信号.  如果Ts取的过大,使Ts1/(2fc)时,将会出现x(t)中的高频成分被叠加到低频成分上去的现象,这种现象称为频率混淆. 2.4.1 频率混淆 不产生频率混淆现象的临界条件是fs=1/Ts=2fc。或者说，当采样间隔一定时，不发生频率混淆的信号最高频率为fc=1/（2Ts） 信号能相互混淆的频率为：  (1)对于频域衰减较快的信号，可用提高采样频率的方法来解决。 (2)对于频域衰减较慢的信号，可用消除频混滤波器来解决：低通滤波器。