張樹文油氣儲運系統(tǒng)自動化-第一章2節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)ppt課件

1、 微型計算機廣泛運用于丈量和控制，構成了各種各樣的通用或公用微機測控系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能把模擬的物理參數(shù)的真實世界與數(shù)字處置和數(shù)字控制的仿真世界銜接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉換與傳送的功能。 普通來說，在微機測控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：模擬信號的輸入輸出和數(shù)字信號的輸入輸出，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入稱為數(shù)據(jù)搜集，輸出稱之為數(shù)據(jù)分配。 數(shù)據(jù)搜集是未來自各種各樣傳感器的模擬量實時地、準確地丈量或聚集起來，送到后續(xù)的計算機進展實時處置，并輸出以實現(xiàn)對物理系統(tǒng)的控制，或記錄存儲起來以供事后的分析之用。圖 2.1.1是數(shù)據(jù)搜集系統(tǒng)的普通組成框圖。 數(shù)據(jù)搜集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)分配是數(shù)據(jù)搜集的逆向轉換，在計算機化的反響控制系統(tǒng)

2、中數(shù)據(jù)搜集作為系統(tǒng)的輸入，計算機經(jīng)過數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)輸出控制功能來閉合過程控制回路。 由于計算機的控制輸出是數(shù)字數(shù)據(jù)，因此必需轉換成模擬信號以驅動過程。 轉換采用D/A轉換器，每個D/A轉換器是經(jīng)過緩沖鎖存器與計算機數(shù)據(jù)總線相銜接，鎖存器的操作是由計算機控制的地址譯碼與控制邏輯來完成。 圖3.1.2 數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)閥門 設計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根本問題如下： 輸入輸出通道的分辨率及精度； 輸入輸出通道數(shù)及多通道的構造配置； 輸入通道的采樣速率及數(shù)據(jù)吞吐率； 輸出通道的穩(wěn)定時間； 輸入模擬信號的調理； 輸出負載特性及驅動問題； 與微機接口時尋址和控制方式； 本錢要素。建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方式有兩種：其一，選用規(guī)

3、范集成電路自行設計所需求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這就是芯片級設計。其二，選用通用模塊板，經(jīng)過規(guī)范總線的銜接構成所要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這就是板級設計，也稱之為系統(tǒng)集成。 前者經(jīng)濟合理，對設計者要求高，且周期長；后者可擴展性好，周期短，但本錢遠高于前者，對特殊要求的運用不能完全適用。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是數(shù)據(jù)獲取與數(shù)據(jù)分配的綜合系統(tǒng)，既具有模擬信號轉換為數(shù)字信號的功能，又具有數(shù)字信號轉換為模擬信號的功能。 可以說數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是實現(xiàn)信號變換并進展數(shù)據(jù)傳輸?shù)募嬎銠C、模數(shù)轉換與數(shù)模轉換于一體的混合系統(tǒng)。 A/D-模擬信號轉換為數(shù)字信號的過程是采樣過程與量化過程的結合，采樣的本質是將延續(xù)信號離散化，量化的過程是將已離

4、散的信號進展編碼變換成數(shù)字碼的過程。 D/A-數(shù)字信號轉換為模擬信號的過程是將已采樣信號恢復的過程。 采樣采樣利用采樣脈沖序列，從信號中抽取一系列離散利用采樣脈沖序列，從信號中抽取一系列離散值，使之成為采樣信號值，使之成為采樣信號x(nTs)的過程。的過程。 Ts稱為采樣間隔，或采樣周期，稱為采樣間隔，或采樣周期，1/Ts = fs 稱為采樣頻率。稱為采樣頻率。 由于后續(xù)的量化過程需求一定的時間由于后續(xù)的量化過程需求一定的時間，對于隨時間變化的，對于隨時間變化的模擬輸入信號，要求瞬時采樣值在時間模擬輸入信號，要求瞬時采樣值在時間內堅持不變，這樣內堅持不變，這樣才干保證轉換的正確性和轉換精度，這

5、個過程就是采樣堅持。才干保證轉換的正確性和轉換精度，這個過程就是采樣堅持。正是有了采樣堅持，實踐上采樣后的信號是階梯形的延續(xù)函正是有了采樣堅持，實踐上采樣后的信號是階梯形的延續(xù)函數(shù)。數(shù)。 1、A/D轉換轉換 模擬信號0,1,2,3,2,1,采樣量化數(shù)字信號2.2.1 模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)012345678012345編碼編碼將離散幅值經(jīng)將離散幅值經(jīng) 過量化以后變?yōu)槎M制數(shù)的過程過量化以后變?yōu)槎M制數(shù)的過程4位位A/D: XXXXX(1) 0101X(2) 0011X(3) 0000量化量化把采樣信號經(jīng)過舍入或截尾的方法變?yōu)橹恍栌邪巡蓸有盘柦?jīng)過舍入或截尾的方法變?yōu)橹恍栌邢迋€有

6、效數(shù)字的數(shù)，稱為量化。限個有效數(shù)字的數(shù)，稱為量化。x(1)=5x(2)=4x(3)=0 x(4)=0 x(5)=4x(6)=5x(7)=1x(8)=0信號的六等份量化過程信號的六等份量化過程2.2.1 模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)2) A/D轉換器的技術目的轉換器的技術目的 (1) 分辨率分辨率 用輸出二進制數(shù)碼的位數(shù)表示。位數(shù)越多，量化用輸出二進制數(shù)碼的位數(shù)表示。位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有誤差越小，分辨力越高。常用有8位、位、10位、位、12位、位、16位等。位等。(2) 轉換速度轉換速度 指完成一次轉換所用的時間，如指完成一次轉換所用的時間，如:1ms(1kHz

7、)； 10us(100kHz) (3) 模擬信號的輸入范圍模擬信號的輸入范圍 如，如，5V， +/-5V，10V，+/-10V等。等。2.2.1 模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)2) A/D轉換器的技術目的轉換器的技術目的 (4) 轉換精度轉換精度 A/D轉換器中采用分辨率和轉換誤差來描畫轉換器中采用分辨率和轉換誤差來描畫轉換精度。轉換精度。 a) 分辨率用來闡明分辨率用來闡明A/D轉換器對輸入信號的轉換器對輸入信號的分辨才干，有分辨才干，有n位輸出的位輸出的A/D轉換器能區(qū)分轉換器能區(qū)分2n個不個不同等級，因此分辨率同等級，因此分辨率=VImax/2n，式中，式中，VImax是輸入模

8、擬信號的最大值。是輸入模擬信號的最大值。 b) A/D轉換器的轉換誤差通常以輸出誤差的轉換器的轉換誤差通常以輸出誤差的最大值方式給出，它表示實踐輸出數(shù)字量和實際最大值方式給出，它表示實踐輸出數(shù)字量和實際上應得到的數(shù)字量之間的差別，通常規(guī)定應小于上應得到的數(shù)字量之間的差別，通常規(guī)定應小于1/2LSB。2.2.1 模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)2、D/A轉換過程和原理轉換過程和原理 D/A轉換器是把數(shù)字信號轉換為電壓或電流信號的安轉換器是把數(shù)字信號轉換為電壓或電流信號的安裝。裝。 D/A轉換器普通先經(jīng)過轉換器普通先經(jīng)過T型電阻網(wǎng)絡將數(shù)字信號轉型電阻網(wǎng)絡將數(shù)字信號轉換為模擬電脈沖信號，然后

9、經(jīng)過零階堅持電路將其轉換為模擬電脈沖信號，然后經(jīng)過零階堅持電路將其轉換為階梯狀的延續(xù)電信號。只需采樣間隔足夠密，就換為階梯狀的延續(xù)電信號。只需采樣間隔足夠密，就可以準確的復現(xiàn)原信號。為減小零階堅持電路帶來的可以準確的復現(xiàn)原信號。為減小零階堅持電路帶來的電噪聲，還可以在其后接一個低通濾波器。電噪聲，還可以在其后接一個低通濾波器。2.2.1 模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A) D/A轉換器的技術目的轉換器的技術目的 (1) 分辨率分辨率 D/A轉換器的分辨力用可用輸入的二進制數(shù)碼的轉換器的分辨力用可用輸入的二進制數(shù)碼的位數(shù)來表示。位數(shù)越多，那么分辨力也就越高。常位數(shù)來表示。位數(shù)越多，那么分辨

10、力也就越高。常用的有用的有8位、位、10位、位、12位、位、16位、位、24位、位、32位等。位等。12位位D/A轉換器的分辨率為轉換器的分辨率為1/212 =0.024%。2.2.1 模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A) D/A轉換器的技術目的轉換器的技術目的 (2) 轉換精度轉換精度 轉換精度定義為實踐輸出與期望輸出之比。轉換精度定義為實踐輸出與期望輸出之比。以全程的百分比或最大輸出電壓的百分比表示。實以全程的百分比或最大輸出電壓的百分比表示。實際上際上D/A轉換器的最大誤差為最低位的轉換器的最大誤差為最低位的1/2，10位位D/A轉換器的分辨率為轉換器的分辨率為1/210，約為，約為

11、0.1%，它的精度，它的精度為為0.05%。如。如10位位D/A轉換器的滿程輸出為轉換器的滿程輸出為10V，那，那么它的最大輸出誤差為么它的最大輸出誤差為10V0.0005=5mV。 2.2.1 模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A) D/A轉換器的技術目的轉換器的技術目的 (3) 轉換速度 轉換速度是指完成一次D/A轉換所用的時間。轉換時間越長，轉換速度就越低。2.2.1 模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)A/D、D/A轉換過程中的量化誤差實驗：轉換過程中的量化誤差實驗：2.2.1 模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)一、信號采樣一、信號采樣 采樣是將采樣脈沖序列采樣是將采樣脈沖

12、序列p(t)與信號與信號x(t)相乘，取離散相乘，取離散點點x(nt)值的過程。值的過程。p(t)x(t)x(nt)2.2.2 采樣定理采樣定理)(X)(tx)(tp)(txs)(Pt)(sXmmsTsTstssT1sTsTsts000000 一個延續(xù)信號經(jīng)過一個延續(xù)信號經(jīng)過理想采樣以后，它的頻理想采樣以后，它的頻譜將沿著頻率軸每隔一譜將沿著頻率軸每隔一個采樣頻率個采樣頻率s ,反復出現(xiàn)反復出現(xiàn)一次，即其頻譜產(chǎn)生了一次，即其頻譜產(chǎn)生了周期延拓，其幅值被采周期延拓，其幅值被采樣脈沖序列的傅立葉系樣脈沖序列的傅立葉系數(shù)數(shù)Cn=1/Ts)所加權，所加權，其頻譜外形不變。其頻譜外形不變。 一、信號采樣

13、一、信號采樣2.2.2 采樣定理采樣定理 1 頻混景象頻混景象 a采樣頻率等于信號頻率，正弦信號離散后得到直流信號采樣頻率等于信號頻率，正弦信號離散后得到直流信號b采樣頻率等于信號頻率的采樣頻率等于信號頻率的2倍，正弦信號離散后得到三角波信號倍，正弦信號離散后得到三角波信號c采樣頻率小于信號頻率的采樣頻率小于信號頻率的2倍，正弦信號離散后得到更低頻倍，正弦信號離散后得到更低頻率的正弦信號率的正弦信號2.2.2 采樣定理采樣定理 當采樣信號的頻率低于被采樣信號的最高頻率時，當采樣信號的頻率低于被采樣信號的最高頻率時，采樣所得的信號中混入了虛偽的低頻分量，這種景采樣所得的信號中混入了虛偽的低頻分量

14、，這種景象叫做頻率混疊。象叫做頻率混疊。l 采樣頻率適宜的情況下復原信號；采樣頻率適宜的情況下復原信號；l 采樣頻率過低的情況下，復原的是一個虛偽的采樣頻率過低的情況下，復原的是一個虛偽的低頻信號。低頻信號。 1 頻混景象頻混景象 2.2.2 采樣定理采樣定理 頻混景象又稱頻譜混疊效應，它是由于采樣信號頻譜發(fā)生頻混景象又稱頻譜混疊效應，它是由于采樣信號頻譜發(fā)生變化，而出現(xiàn)高、低頻成分發(fā)生混淆的一種景象。變化，而出現(xiàn)高、低頻成分發(fā)生混淆的一種景象。 1 頻混景象頻混景象 2.2.2 采樣定理采樣定理 1 頻混景象頻混景象 l信號信號x(t)的傅里葉變換為的傅里葉變換為X()，其頻帶范圍為，其頻帶

15、范圍為l -mm；l當采樣周期當采樣周期Ts較小時，較小時，s2m，周期譜圖相互分，周期譜圖相互分別如圖中別如圖中(b)所示；所示；l當當Ts較大時，較大時，s2m，周期譜圖相互重疊，即譜，周期譜圖相互重疊，即譜圖中高頻與低頻部分發(fā)生重疊，如圖中圖中高頻與低頻部分發(fā)生重疊，如圖中(c)所示，此即所示，此即頻混景象，這將使信號復原時喪失原始信號中的高頻頻混景象，這將使信號復原時喪失原始信號中的高頻信息。信息。2.2.2 采樣定理采樣定理2 采樣定理采樣定理 為保證采樣后信號能真實地保管原始模擬信號信為保證采樣后信號能真實地保管原始模擬信號信息，信號采樣頻率必需至少為原信號中最高頻率成分息，信號采

16、樣頻率必需至少為原信號中最高頻率成分的的2倍。這是采樣的根本法那么，稱為采樣定理，亦倍。這是采樣的根本法那么，稱為采樣定理，亦稱仙農(nóng)定理。稱仙農(nóng)定理。fs 2 fmax 2.2.2 采樣定理采樣定理 留意：滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率混疊，而留意：滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率混疊，而不能保證采樣信號能真實地反映原信號不能保證采樣信號能真實地反映原信號x(t)。工程實。工程實踐中采樣頻率通常大于信號中最高頻率成分的踐中采樣頻率通常大于信號中最高頻率成分的35倍。倍。2 采樣定理采樣定理2.2.2 采樣定理采樣定理A/D采樣前的抗混迭濾波：采樣前的抗混迭濾波：物理信號物理信號對象對象傳傳感感器

17、器電信號電信號放放大大調調制制電信號電信號A/D轉換轉換數(shù)字信號數(shù)字信號展開展開低通濾波低通濾波(0Fs/2)放大放大2 采樣定理采樣定理2.2.2 采樣定理采樣定理 為便于數(shù)學處置，對截斷信號做周期延拓，得到為便于數(shù)學處置，對截斷信號做周期延拓，得到虛擬的無限長信號。虛擬的無限長信號。 用計算機進展測試信號處置時，不能夠對無限長的信用計算機進展測試信號處置時，不能夠對無限長的信號進展丈量和運算，而是取其有限的時間片段進展分析，號進展丈量和運算，而是取其有限的時間片段進展分析，這個過程稱信號截斷。這個過程稱信號截斷。 2.2.2 采樣定理采樣定理 周期延拓后的信號與真實信號是不同的，下面從周期

18、延拓后的信號與真實信號是不同的，下面從數(shù)學的角度來看這種處置帶來的誤差情況。數(shù)學的角度來看這種處置帶來的誤差情況。 設有余弦信號設有余弦信號x(t)，用矩形窗函數(shù)，用矩形窗函數(shù)w(t)與其相乘，與其相乘，得到截斷信號：得到截斷信號：y(t) =x(t)w(t) 將截斷信號譜將截斷信號譜 XT()與原始信號譜與原始信號譜X()相比較可相比較可知，它已不是原來的兩條譜線，而是兩段振蕩的延續(xù)知，它已不是原來的兩條譜線，而是兩段振蕩的延續(xù)譜譜. 原來集中在原來集中在f0處的能量被分散到兩個較寬的頻帶中處的能量被分散到兩個較寬的頻帶中去了，這種景象稱之為頻譜能量走漏。去了，這種景象稱之為頻譜能量走漏。2

19、.2.3 信號的截斷、能量泄露信號的截斷、能量泄露周期延拓信號與真實信號是不同的：周期延拓信號與真實信號是不同的：能量走漏誤差能量走漏誤差2.2.3 信號的截斷、能量泄露信號的截斷、能量泄露抑制方法之一：信號整周期截斷抑制方法之一：信號整周期截斷2.2.3 信號的截斷、能量泄露信號的截斷、能量泄露 為了減少頻譜能量走漏，可采用不同的截取函數(shù)為了減少頻譜能量走漏，可采用不同的截取函數(shù)對信號進展截斷，截斷函數(shù)稱為窗函數(shù)，簡稱為窗。對信號進展截斷，截斷函數(shù)稱為窗函數(shù)，簡稱為窗。走漏與窗函數(shù)頻譜的兩側旁瓣有關，假設兩側瓣的高走漏與窗函數(shù)頻譜的兩側旁瓣有關，假設兩側瓣的高度趨于零，而使能量相對集中在主瓣

20、，就可以較為接度趨于零，而使能量相對集中在主瓣，就可以較為接近于真實的頻譜。近于真實的頻譜。 抑制方法之二：窗函數(shù)抑制方法之二：窗函數(shù)2.2.3 信號的截斷、能量泄露信號的截斷、能量泄露 常用窗函數(shù)：常用窗函數(shù)： (1) (1) 冪窗冪窗采用時間變量某種冪次的函數(shù)，如采用時間變量某種冪次的函數(shù)，如矩形、三角形、梯形或其它時間矩形、三角形、梯形或其它時間(t)(t)的高次冪；的高次冪； (2) (2) 三角函數(shù)窗三角函數(shù)窗運用三角函數(shù)，即正弦或余運用三角函數(shù)，即正弦或余弦函數(shù)等組合成復合函數(shù)，例如漢寧窗、海明窗等；弦函數(shù)等組合成復合函數(shù)，例如漢寧窗、海明窗等； (3) (3) 指數(shù)窗指數(shù)窗采用指

21、數(shù)時間函數(shù)，如采用指數(shù)時間函數(shù)，如e-ste-st方式，方式，例如高斯窗等例如高斯窗等抑制方法之二：窗函數(shù)抑制方法之二：窗函數(shù)2.2.3 信號的截斷、能量泄露信號的截斷、能量泄露1. 矩形窗矩形窗 TtTt/Ttw01 TTw2sin矩形窗屬于時間變量的零次冪窗，函數(shù)方式為矩形窗屬于時間變量的零次冪窗，函數(shù)方式為相應的窗譜為：相應的窗譜為：矩形窗運用最多，習慣上不加窗就是使信號經(jīng)過了矩形窗矩形窗運用最多，習慣上不加窗就是使信號經(jīng)過了矩形窗優(yōu)點：主瓣比較集中優(yōu)點：主瓣比較集中缺陷：旁瓣較高，并有負旁瓣，導致變換中帶進了高缺陷：旁瓣較高，并有負旁瓣，導致變換中帶進了高頻干擾和走漏，甚至出現(xiàn)負譜景象

22、。頻干擾和走漏，甚至出現(xiàn)負譜景象。2.2.3 信號的截斷、能量泄露信號的截斷、能量泄露2. 三角窗三角窗 TtTtTtTtw0-11 222sinT/T/w三角窗亦稱費杰三角窗亦稱費杰(Fejer)(Fejer)窗，是冪窗的一次方方式：窗，是冪窗的一次方方式：相應的窗譜為：相應的窗譜為： 三角窗與矩形窗比較，主瓣寬約等于矩形窗三角窗與矩形窗比較，主瓣寬約等于矩形窗的兩倍，但旁瓣小，而且無負旁瓣。的兩倍，但旁瓣小，而且無負旁瓣。2.2.3 信號的截斷、能量泄露信號的截斷、能量泄露 3. 漢寧漢寧(Hanning)窗窗 TtTtTtTtw0cos21211 2sinsin21sinTTTTTTw漢

23、寧窗又稱升余弦窗，其時域表達式為：漢寧窗又稱升余弦窗，其時域表達式為：相應的窗譜為：相應的窗譜為： 與矩形窗對比，漢寧窗主瓣加寬并降低，旁瓣那與矩形窗對比，漢寧窗主瓣加寬并降低，旁瓣那么顯著減小。漢寧窗的旁瓣衰減速度也較快。比較可么顯著減小。漢寧窗的旁瓣衰減速度也較快。比較可知，從減小走漏觀念出發(fā)，漢寧窗優(yōu)于矩形窗。但漢知，從減小走漏觀念出發(fā)，漢寧窗優(yōu)于矩形窗。但漢寧窗主瓣加寬，相當于分析帶寬加寬，頻率分辨力下寧窗主瓣加寬，相當于分析帶寬加寬，頻率分辨力下降。降。2.2.3 信號的截斷、能量泄露信號的截斷、能量泄露 2輸入容量，它是指能接納的模擬信號的點數(shù)，即通道數(shù)。 3采樣轉換速度，它是指總

24、的模擬輸入通道將模擬信號轉換為數(shù)字信號并傳送至微機或存儲單元的速度，普通以每秒點數(shù)為標志。 4系統(tǒng)總精度，普通為1.00.01%。 5共模抑制比。 系統(tǒng)采樣速度和信號電平是區(qū)分系統(tǒng)構造的主要標志。按采樣轉換速度快慢分為低速、中速和高速，且在低電平和高電平下具有不同的意義。模擬信號輸入通道速度分類(點/秒) 類 別低電平高電平低 速2001000050000 傳感器輸出的單端或雙端信號經(jīng)端子板輸入給信號調理電路進展調理，調理的內容取決于傳感器的電特性和信號用途，典型的調理包括：電的隔離、阻抗變換、放大、濾波、線性化以及各種各樣的計算等。 經(jīng)過調理的模擬信號到達數(shù)據(jù)搜集系統(tǒng)的規(guī)范信號范圍如電壓為0

25、5V，電流為420mA，再輸出給模擬多路選通開關。 在控制器的控制指令控制下。某一通道被選通，便進入采樣堅持放大器。采樣堅持放大器的輸出接A/D轉換器，在計算機的控制下完成模擬信號到數(shù)字信號的轉換。 當傳感器輸出高電平信號時，輸入端子板只需從機械方面思索接線端的問題。 假設傳感器輸出低電平信號時，輸入端子板不但要從機械方面思索接線端的問題，還必需從電的方面加以思索，特別要留意熱電勢及共模電壓引起的誤差，且信號調理電路必需有足夠的增益，以使低電平信號滿量程放大到后續(xù)的A/D轉換器的滿量程。 2偽同步多通道數(shù)據(jù)搜集系統(tǒng)圖3.3.2 偽同步多通道數(shù)據(jù)搜集 這種系統(tǒng)構造的主要特點是每個通道加了采樣堅持

26、放大器，可使各輸入通道的信號被同時采樣，消除了分時采樣帶來的時間歪斜誤差。但由于A/D轉換器只需一個，轉換過程仍是分時進展的，在這一過程中由于各采樣堅持放大器在堅持時間內的被堅持信號的變化量不同，因此這種方式并不是真正同步的，故稱之為偽同步或準同步。 3同步多通道數(shù)據(jù)搜集系統(tǒng)圖3.3.3 同步多通道數(shù)據(jù)搜集系統(tǒng)構造 這是完全與實踐自然時間同步的多通道數(shù)據(jù)搜集構造。不但采樣同步，消除了分時采集的歪斜誤差，而且轉換也是同步的，因此各通道轉換值完全瞬時對應。 上述三種構造目前均有運用，終究采用那一種構造，普通根據(jù)被采集信號的頻率范圍確定，對于緩變信號普通采用分時搜集構造，對于中頻范圍的信號采用準同步

27、搜集構造，而對于動態(tài)范圍大的信號或高頻信號應采用同步構造。圖3.3.4 數(shù)字分配分時轉換構造 2數(shù)字分配同步轉換構造圖3.3.5 數(shù)字分配同步轉換構造 這種構造在分時轉換構造的根底上增設了一級鎖存器，計算機將分時處置后的數(shù)據(jù)分時鎖存入第一級鎖存器，待每個通道的鎖存器均已鎖存終了后，再發(fā)出控制信號，將第一級鎖存器中的數(shù)據(jù)同步鎖存入第二級鎖存器，再由后續(xù)D/A轉換器同步轉換輸出。 3分時轉換多通道模擬分配構造圖3.3.6 分時轉換多通道模擬分配構造 這種構造的特點是各通道共用一個D/A轉換器和一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器。計算機處置的結果數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)總線依通道順序分時傳送至輸出鎖存器并進展D/A轉換，產(chǎn)生相

28、應通道的模擬輸出值，而每個模擬輸出通道在進展D/A轉換的同時，計算機選通相應通道的采樣堅持器進展跟隨，當該通道轉換完成并接至下一個通道進展D/A轉換時，該通道的采樣堅持器進入堅持形狀。 顯然，正在進展 D/A轉換的通道，采樣堅持器是跟隨形狀，而其它通道的采樣堅持器都處在堅持形狀。這種構造的優(yōu)點是本錢低，但是其缺陷是在堅持期間模擬輸出值由于采樣堅持器的“漏電會發(fā)生變化，假設每一輪的輸出周期較長，這種由于“漏電呵斥的輸出誤差就較大。為保證輸出精度，對同一數(shù)據(jù)要進展“刷新操作，從而加大了軟件的復雜性。 1 I/O公用編址技術 I/O公用編址是指I/O的地址空間與存儲器的地址空間是相互獨立的，微處置器

29、設有專門的輸入、輸出指令，I/O系統(tǒng)與CPU的數(shù)據(jù)交換是經(jīng)過輸入輸出指令進展的。80X86微處置器系統(tǒng)采用的就是這種編址技術。 2存儲器一致編址技術 這種方法不設專門的I/O地址空間，而是在存儲器空間中劃出一個區(qū)域作為模擬I/O子系統(tǒng)的尋址區(qū)，不設立專門的輸入輸出指令，而是運用計算機指令系統(tǒng)中存儲器指令對I/O系統(tǒng)進展操作。51系列單片機采用的就是這種編址技術。 (a) (b) 圖3.3.7 程序通道I/O傳送構造原理 (a) 查詢 (b) 中斷 不論采用哪種編址方法，它們都是在計算機的讀/寫命令的控制下，進展選擇通道號、啟動轉換，取 A/D轉換結果值或送D/A數(shù)據(jù)等操作。 由于模擬I/O子系

30、統(tǒng)對CPU而言是一種外圍設備，因此，在程序通道I/O傳送中，既允許采用查詢方式也允許采用中斷方式進展數(shù)據(jù)傳輸。因此在模擬I/O子系統(tǒng)中普通都設有供查詢的形狀標志和有關中斷控制電路。 2直接存儲器存取DMA構造 在程序通道I/O傳送方式中，數(shù)據(jù)交換是在CPU與RAM之間進展的，CPU發(fā)出地址及讀/寫信號，并經(jīng)過數(shù)據(jù)總線傳送信號。此時外設與RAM交換信息必需借助I/O指令和并行或串行I/O通道，經(jīng)過CPU的累加器與RAM交換信息。 用這種控制方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，速度較慢，不適用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)普通采用 DMA構造，其任務過程如下： 首先，CPU根據(jù)一定的要求對DMA進展編程初始

31、化，設置傳送字節(jié)數(shù)內存地址， DMA處于預備形狀。當A/D轉換器轉換完一個數(shù)據(jù)，即向DMA發(fā)出一個預備好信號，送到DMA的READY輸入端。 DMA檢測到READY信號有效，便向CPU發(fā)出總線懇求信號BUSRQ，CPU接到BUSRQ信號后，向 DMA發(fā)回答B(yǎng)USACK信號，表示預備出讓總線控制權，DMA接到該信號后，即開場實行總線控制。這時CPU被掛起來，一切數(shù)據(jù)總線、地址總線和部分控制總線均由 DMA管理，并按規(guī)定的時序進展數(shù)據(jù)的讀/寫操作。DMA傳送數(shù)據(jù)一終了，便自動吊銷向CPU提出的總線懇求信號， CPU重新控制總線。 3通道表構造 圖3.3.8 通道表構造框圖 通道表構造可以對各個模擬輸入通道的采樣率、增益和通道順序用列表的方式預先選擇，處理了在隨機增益和通道輸入條件下進展高速