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 第1章 计算机数据采集系统概述 计算机数据采集系统 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 图1 微型计算机数据采集系统框图 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。 图2 集散型数据采集系统框图 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。 2.2 采样过程 2.2 采样过程 采样过程可以看作脉冲调制过程 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. 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。 2.3.2采样定理中两个条件的物理意义 1.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。 2.3.3 采样定理不适用的情况 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. 2.4频率混淆及消除措施 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。 (3)既采用消除频混滤波器进行滤波，又将采样频率提高 到3到5倍。 2.4.2 消除频率混淆的措施： 2.4 采样技术的讨论 解决