數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要構(gòu)件

1、l數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一，它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理以及控制等問題。是以傳感器、信號的測量與處理、微型計算機等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)l應(yīng)用性很強。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，如光纖、超導(dǎo)、人工智能等新技術(shù)都將會應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集技術(shù)也將會有廣闊的發(fā)展及應(yīng)用前景。 實際的系統(tǒng)可能結(jié)構(gòu)與此不相同。實際的系統(tǒng)可能結(jié)構(gòu)與此不相同。例如一個集成例如一個集成ADuC812就包含上述框圖就包含上述框圖中的很多環(huán)節(jié)。中的很多環(huán)節(jié)。共分四個部分共分四個部分不同信號變化的頻率不不同信號變化的頻率不同同nADC直接對模擬信號進行轉(zhuǎn)換，則應(yīng)該考慮到任何一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要有一小

2、段時間來完成量化及編碼等操作。n模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間決定于轉(zhuǎn)換的位數(shù)、轉(zhuǎn)換的方法、采用的器件等因素。 n如在轉(zhuǎn)換時間TA/D內(nèi)，輸入模擬信號仍在變化，此時進行量化顯然會產(chǎn)生一定的誤差。 n若在數(shù)據(jù)采集器的模擬轉(zhuǎn)換器ADC前再加一個取樣保持放大器SHA，這相當(dāng)于在ADC轉(zhuǎn)換時間內(nèi)開了一個窄“窗口”，將此窗孔開啟瞬時內(nèi)的模擬信號以量化形式記錄下來，此窗孔稱為“孔徑時間”，一般遠小于轉(zhuǎn)換時間。顯然，在孔徑時間內(nèi)，輸入模擬信號在變化時進行量化，會引入一定的誤差，其稱為“孔徑誤差”。n這種結(jié)構(gòu)是多個通道配置一套輸入寄存器和DA轉(zhuǎn)換器，微型計算機處理的結(jié)果數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線分時地選通到各通道輸入寄存器，當(dāng)數(shù)

3、據(jù)選通到輸入寄存器的同時，DA立即實現(xiàn)數(shù)字數(shù)據(jù)到模擬信號的轉(zhuǎn)換。n各通道在DA之后，一般都設(shè)有信號調(diào)理電路，以完成模擬信號的電壓到電流或電流到電壓的變換并要滿足控制元件或儀表的標稱要求，如電壓010v或10V，電流010mA或420mA，還要對模擬信號進行濾波平滑或電氣隔離等。n但這種結(jié)構(gòu)較貴，特別是當(dāng)DA轉(zhuǎn)換器的位數(shù)較多時。其優(yōu)點是可靠性高，速度快，即使某一路出現(xiàn)故障也不會影響其他通道的工作。用戶傳感器精度信號調(diào)節(jié)電路精度AD轉(zhuǎn)換精度AD7543ADS7864AD574Diamand SystemPC104總線產(chǎn)品CPU模塊，具有16路單端或者8路差分模擬數(shù)據(jù)采集，4路單雙極性模擬量輸出、2

4、4路數(shù)字I/O等功能。SPI (Serial Peripheral Interface 串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口,它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進行通信以交換信息。采用SPI 總線方式交換數(shù)據(jù)有主機和從機的概念。I2C總線總線lI2C(InterIntegrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。l例如管理員可對各個組件進行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇?？呻S時

5、監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。lI2C總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本?？偩€的長度可高達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。I2C總線的另一個優(yōu)點是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能夠進行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當(dāng)然，在任何時間點上只能有一個主控。n近些年興起的-A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)能獲得極高的分辨率，世界上許多知名的IC制造商紛紛推出自己基于-技術(shù)

6、的A/D芯片，美國AD公司的AD7710/14，BB公司的ADS1210/11以及TI(BB)公司的ADS1232就是比較典型的具有24位高精度、寬動態(tài)范圍和自校正功能的-A/D轉(zhuǎn)換器。n芯片內(nèi)部有多路模擬開關(guān)，采樣保持器，可編程增益放大器，二階-調(diào)制器，調(diào)制控制單元，可編程數(shù)字濾波器，微控制單元，寄存器組，基準源和時鐘等。n-A/D轉(zhuǎn)換器的核心部分由兩個主要模塊組成：一個是一個是-調(diào)調(diào)制器，另一個是低通數(shù)字濾波器和分樣器制器，另一個是低通數(shù)字濾波器和分樣器。l-調(diào)制器是基于“過采樣”的一位編碼技術(shù)，意為增量，意為增量，意為積分。意為積分。在基本調(diào)制器中加入一個積分器就構(gòu)成了-調(diào)制器。通常調(diào)制

7、器以大于奈魁斯特許多倍的速率對模擬輸入信號采樣，這種方法又稱為“過采樣過采樣”。對得到的采樣值進行調(diào)制，輸出反映輸入信號幅度的一位編碼數(shù)據(jù)流，經(jīng)過分樣，用小于“過采樣”速率的采樣速率對數(shù)字信號再采樣，l同時進行低通數(shù)字濾波低通數(shù)字濾波處理除去噪聲，得到N位的編碼輸出。由于采用了一位編碼技術(shù)，模擬電路減少，簡化濾波器的設(shè)計，提高了性能。使用“過采樣”技術(shù)，把更多的量化噪聲壓縮到基本頻帶以外的高頻區(qū)，并由低通數(shù)字濾波器除去這些帶外噪聲，因此使A/D轉(zhuǎn)換器具有了很高的信噪比。 n-A/D轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)指標是在選定轉(zhuǎn)換速率下的“有效位數(shù)”。多種-A/D轉(zhuǎn)換器都標稱是“24位”的，但實際這里的24位是指其輸出數(shù)據(jù)的字長，即數(shù)據(jù)的總位數(shù)，它是“有效位數(shù)”與“噪聲位數(shù)”之和。也就是說，由于制造技術(shù)水平的限制，其輸出數(shù)據(jù)的低端總有二分之一位到幾位數(shù)據(jù)不確定，在0-1之間來回跳變，這就是噪聲位。轉(zhuǎn)換速率選得越高，噪聲越大，有效位數(shù)越低。n在相同