第3章 数据采集与处理07294.ppt

信号得产生与波形变换 概述 数字信号的采集 数据采集系统 信号预处理 华南理工大学 返回 数据采集系统就是采集传感器输出的各种模拟信号并转换成数字信号 送入计算机进行相应的计算和处理 根据计算机处理的结果 实现对物理量的监测和控制 概述 数据采集系统的功能 1 数据采集 2 模拟信号处理 3 数字信号处理 4 开关信号处理 5 二次数据计算 6 屏幕显示 7 数据存储 8 打印输出 9 人机联系 信号预处理 由传感器获取的信号因往往低信噪比的微小信号 并伴随着各种噪声 故应对采集到的这些微弱信号进行放大 必要时还要进行滤波处理 以提高信噪比 由于采集到的信号多为模拟信号 故还需进行量化 编码等处理 才能转化为计算机能识别的数字信号 1 测量放大器 测量放大器由3个运算放大器组成 A1和A2均为同相输入 所以使放大器的输入阻抗很高 A3组成差动放大器 把双端输入转变为单端输出 即 输出电压 AD521集成测量放大器 AD521测量放大器的放大倍数计算 其放大倍数可在1 1000的范围内调整 2 电荷放大器 电容性传感器可等效为因存储电荷而产生的电动势ut与一个输出电容Ct串联 Ut Ct和电容上的电量q之间的关系为 集成运放A的输出电压为 3 隔离放大器 隔离放大器可应用于高共模电压环境下的小信号测量 将被测对象和数据采集系统隔离 从而提高共模抑制比 同时保护仪器设备和人身安全 变压器耦合式隔离放大器AD210 光电耦合式隔离放大器ISO100 发光二极管LED和两个光电二极管D1 D2组成光电耦合器 起隔离作用 其输入和输出之间用光进行联系 而电气完全绝缘 输入侧和输出侧的电源和地也相互独立 R和Rf为外接电阻 用以调整电路的增益 若D1 D2所受光照相同 则输出 ISO光电耦合放大器的基本接法 电容耦合式隔离放大器ISO122 ISO122不需要外接其它元件就可以工作 4 采样和采样定理 采样过程 一个在时间和幅值上连续的信号x t 通过一个周期性开闭 周期为Ts 开关闭合时间为 的采样开关S后 输出一串在时间上离散的脉冲信号xs nTs 这一过程称为采样过程 采样定理 在对连续的模拟量进行离散化时 多长时间采一次样才合适呢 如果采样点太多 会占用大量的计算机内存单元 如采样点太少 可能引起数据失真 对一个具有有限频谱的连续信号x t 进行采样 当采样频率为时 采样后得到的采样信号xs nTs 能无失真地恢复为原来的信号x t fc是在采样时间间隔内能辨认的信号最高频率 称为截止频率 量化和量化误差 量化就是把采样信号的幅值与某个最小数时单位的一系列整倍数比较 以最接近于采样信号幅值的最小数量单位的倍数来代替该幅值 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与2n的比值 n为量化器的位数 用q表示 则有 可见 量化器的位数n越多 量化单位q就越小 数字信号的采集 数据采集系统除了采集模拟信号外 有时也要采集某些传感器输出的数字信号 如开关量等 所以数据采集系统中必须有数字信号采集通道 数字信号的传输方式有并行方式和串行方式两种 可编程接口8255A可以完成并行数据的采集 RS 232C通信口可以完成串行数据的采集 1 8255A 8255A是一种通用的可编程I O接口芯片 它可用程序来改变其功能 通用性强 使用灵活 广泛用于接收并行传输的数字信号 8255A的组成 1 数据端口A B C 2 A组和B组控制电路 3 数据总线缓冲器 4 读 写控制逻辑 8255A端口选择表 8255A的工作方式 1 方式0 8255A有三种基本的工作方式 2 方式1 方式0是一种基本的输入输出方式 适用于任何端口 即任何一个端口都可以选作输入或输出 输出可以被锁存 输入不能被锁存 各个端口的输入输出共有16种不同的组合 这种方式称为选通输入输出方式 它要借助于选通或应答式联络信号 把I O数据与指定的端口进行发送或接收 在这种方式时 端口A或端口B仍作为数据的输入 输出 但同时规定端口C的某些位作为控制或状态信息 3 方式2 这种方式称为带联络双向总输入 输出方式 仅限于端口A 既可作为输入 也可作为输出 输入和输出都可以锁存 8255A的外引线排列 数据采集系统 数据采集系统的硬件结构有两种 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 1 微型计算机数据采集系统 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 保持电路 A D转换器 计算机及外设等部分组成 2 集散型数据采集系统 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接口 通