[工学]数据采集与处理技术-2章.ppt

2.5 采样技术讨论 例： fDmin= 60 kHz， fDmax= 90 kHz，满足fDminfDmax/2 　　代入上式，得P = 1， f’Dmax= 60 kHz， fs=2f’Dmax = 120 kHz 　　若不使用下采样， k取2.5，则， fs= k fDmax = 2.5 × 90 = 225 kHz 　　使用下采样，采样频率比正常情况下低。 下采样优点： ① 精度提高 　设　下采样情况下的采样频率为fs1，测速精度为⊿VE1 　设正常采样情况下的采样频率为fs2，测速精度为⊿VE2 则代入公式 ∵ P ≥ 1， K 2 ∴ 　使用下采样技术，测速精度至少提高一倍，且P越大，测速精度提高越多。 ② ∵ fs低，与正常采样相比在相同的测量时间中，数据量要小； 　　在存储容量一定时，可增加测量时间。 2.5 采样技术讨论 性能比较 性能 方式 所需存储空间 精度 1秒时 4秒时 7秒时 10秒时 常规 5MB 0.13% 0.14% 0.16% 0.19% 间歇 2.5MB 0.13% 0.14% 0.16% 0.19% 变频 4MB 0.13% 0.13% 0.13% 0.13% 下采样 2.4MB 0.07% 0.08% 0.09% 0.1% Notes：设每个数据占一个字节位，测量时间为10s，多普勒信号频率随时间变化的关系为fD= 90-3t ，间歇采样比α=1，变频采样分10段，每段1s，计算精度时， N =1024。 2.6 模拟信号采样控制方式 1、无条件采样 　↗ 定时(等间隔)采样－－采样周期不变 　↘ 等点(变步长)采样－－采样周期变化 必须在确认A/D转换器总是处于准备好的情况下才能使用。 特点：运行采样程序，立即采集数据，直到将一段时间内的 模拟信号的采样点数据全部采完为止。 优点：为无约束采样。 缺点：不管信号是否准备好都采样，可能容易出错。 2.6 模拟信号采样控制方式 2、条件采样 　（1）程序查询方式－－CPU不断检查A/D转换状态，以确定 程序执行流程。 　优点：硬件少，编程简单。 　缺点：占用较多CPU机时。 　（2）中断控制方式－－响应中断，暂停主程序，执行中断服 务程序。 　优点：少占用CPU机时。 　缺点：要求硬件多，编程复杂。 2.6 模拟信号采样控制方式 3、直接存储器存取(DMA)采样 特点：由硬件完成数据的传送操作。 在DMA控制器控制下，数据直接在外部设备和存储器MEM之间进行传送，而不通过CPU和I／O，因而可大大提高数据的采集速率。 外设 I／O CPU 内存 DMA控制器 DMA传送方式 2.6 模拟信号采样控制方式 采样控制方式的分类归纳如下： 　　↗无条件采样↗ 定时(等间隔)采样 　　| 　　　　　 ↘ 等点(变步长)采样 　　| 条 件 采 样↗查询采样 　　| 　　 　 　↘中断控制采样 　　↘DMA方式采样 采样控制方式的应用 ↗无条件采样－－仅适于A/D转换快，且要求CPU与A/D转 | 换器同时工作。 |　中断方式－－用于系统要同时采集数据和控制的场合。 |　查询方式－－用于系统只采集几个模拟信号的场合。 ↘ DMA方式－－用于高速数据采集。 2.7 量化与量化误差 2.7.1 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 数倍比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量整数倍来 代替该幅值。这过程称为“量化过程”，简称“量化”。 量化单位－－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 (Full Scale Range)与2n的比值。 　　　　　q = FSR/2n　　　　n为量化器的位数 【例】当FSR = 10V，n = 8 时，q = 39.1 mV； 　　　当 FSR= 10V，n = 12时，q = 2.44 mV； 　　　当 FSR= 10V，n = 16时，q = 0.15 mV。 　　由此可见：量化器的位数n↑，量化单位q↓。 量化信号－－量化后的信号称为“量化信号” xq(nTs) 　把量化信号的数值用二进制代码表示，就称为 “编码 ”；量化信号经编码后转换为数字信号x(n)。完成量化与编码的器件是A/D转换器。 2.7.2 量化方法 1、“只舍不入”的量化 量化方法：将信号幅值轴分成若干层，各层之间的间隔均等于量化单位q。 采样信号幅值小于最小量化单位q的部分一律舍去。 当↗ 0≤xs(nTs)＜ q 时，xq(nTs) = 0 　| q≤xs(nTs)＜2q 时，xq(nTs) = q 　↘2q≤xs(nTs)＜2q 时，xq(nTs) = 2q t 0 q 2