數(shù)據(jù)采集及處理答案

前6章第一章1.答：數(shù)據(jù)采集的任務(wù)就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需數(shù)據(jù)。同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視，其總一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。2.答：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下9個(gè)方面的基本功能：數(shù)據(jù)采集；模擬信號(hào)處理；數(shù)字信號(hào)處理；開關(guān)信號(hào)處理；二次數(shù)據(jù)計(jì)算；屏幕顯示；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；打印輸出；人機(jī)聯(lián)系。3.答：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：一種是微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一種是集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)，滿足中小規(guī)模數(shù)據(jù)采集要求；對(duì)環(huán)境要求不高；價(jià)格低廉，系統(tǒng)成本低；可座位集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個(gè)基本組成部分；其相關(guān)模板和軟件都比較齊全，容易構(gòu)成西歐它能夠，便于使用與維修。集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng)；系統(tǒng)可靠性高；系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)性好；對(duì)系統(tǒng)硬件要求不高；特別適合在惡劣環(huán)境下工作。4.答：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件功能模塊一般由以下部分組成：1） 模擬信號(hào)采集與處理程序其主要功能是對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采集、標(biāo)度變換、濾波處理以及二次數(shù)據(jù)計(jì)算，并將數(shù)據(jù)存入磁盤。2） 數(shù)字信號(hào)采集與處理程序其功能是對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行采集及碼制之間的轉(zhuǎn)換。3） 脈沖信號(hào)處理程序其功能是對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行電平高低判斷和計(jì)數(shù)。4） 開關(guān)信號(hào)處理程序其功能是判斷開關(guān)信號(hào)輸入狀態(tài)變化情況，若發(fā)生變化，則執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。5） 運(yùn)行參數(shù)設(shè)置程序其功能是對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。6） 系統(tǒng)管理（主控）程序其功能是將各個(gè)模塊程序組織成一個(gè)程序系統(tǒng)，并管理和調(diào)用各個(gè)功能模塊程序，其次是用來管理數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)和輸出。7） 通信程序其功能是設(shè)置數(shù)據(jù)傳送的波特率（速率），上位機(jī)向數(shù)據(jù)采集站群發(fā)送機(jī)號(hào)，上位機(jī)接收和判斷數(shù)據(jù)采集站發(fā)揮的機(jī)號(hào)，命令相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集站傳送數(shù)據(jù)，上位機(jī)接受數(shù)據(jù)采集站傳送來的數(shù)據(jù)。答：模擬信號(hào)處理程序的主要任務(wù)是對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采集、標(biāo)度變換、濾波處理以及二次數(shù)據(jù)計(jì)算，并將數(shù)據(jù)存入磁盤。答：數(shù)據(jù)處理的類型一般按一下方式分類：按處理方式劃分，數(shù)據(jù)處理可分為實(shí)時(shí)(在線)處理和事后(脫機(jī))處理。按處理的性質(zhì)花費(fèi)，數(shù)據(jù)處理可分為預(yù)處理和二次處理兩種。答：數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)有以下幾點(diǎn)：對(duì)采集到的電信號(hào)做物理量解釋消除數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)分析計(jì)算數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征第二章答：采樣是指對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)，按一定時(shí)間間隔，抽取相應(yīng)的瞬時(shí)值(即離散化)的過程由采樣定理指出，對(duì)一個(gè)具有有限頻譜X(f)的連續(xù)信號(hào)x(t)進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣頻率為fs2fc時(shí),由米樣后得到的米樣信號(hào)xs(nTs)能無失真地恢復(fù)為原來信號(hào)x(t)。若模擬信號(hào)為工(f)=Asin(2貳fz+聊)當(dāng)模擬信號(hào)的采樣值為模擬信號(hào)的采樣值為心(打九)-畀(一1)"sin(p只有在3.由米樣定理時(shí)，xs只有在3.由米樣定理時(shí)，xs(nTs)與x(t)的幅值才相同。解：T=4mssfs=1/Ts=250(Hz)T=8mssfs=1/Ts=125(Hz) Z^<^2=125Hz—=62511zT=16mssfc<—=T=16mssfs=1/Ts=62.5(Hz)4?采樣周期與信號(hào)x(t)的截止頻率厶有關(guān)。根據(jù)采樣定理確定采樣周 期5.答:量化是指把采樣信號(hào)的 幅值與某個(gè)最小數(shù)量單位的一些列整倍數(shù)比較，以最

接近于采樣信號(hào)幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來代替該幅值。這一過程稱為“量化過程”，簡(jiǎn)稱“量化”。6.答：最采樣進(jìn)行量化的最小數(shù)量單位稱為稱為量化單位，定義為量化器滿量程電壓FSR與2n的比值，用q表示，則為FSRq與FSR成正比，與2n成反比FSRq=7?不是無誤差，LSB表示數(shù)碼的最右端的位，即最低位有效位，LSB= 2n，根據(jù)量化單位q的定義知：LSB代表n位二進(jìn)制分?jǐn)?shù)碼所能分辨的最小模擬量8.答：編碼是指把量化信號(hào)的電平用數(shù)字代碼表示。9.十進(jìn)制256BCD碼00100101011010.16：000100005： 00000101-5： 1111101116-5：0001000011111011100001011不考慮進(jìn)位即為1011B補(bǔ)充題：間歇采樣是一種間歇過程和采樣過程交替出現(xiàn)的采樣技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是它既可以保證采樣精度又可以顯著降低采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量。第三章模擬多路開關(guān)的導(dǎo)通電阻一般比較大，理論數(shù)值為小于100歐姆，（而且該導(dǎo)通電阻隨溫度的變化而變化）而電子開關(guān)的導(dǎo)通電阻比較小，其導(dǎo)通電阻趨向于0，可看作理想的開關(guān)2.答：8個(gè)端子，輸出為1個(gè)端子的為通道選擇器。3.采樣頻率采樣周期???切換速率答：fC采樣頻率采樣周期???切換速率fs=2fc=2x5xl03=1x104(Hz)Ts=r=lxl0~4⑸=0.0001(s)v=—=—!—=100000(Hz)=100(kHz)Td0.00001???由表3.5可知，CD4051的t和t存都為0.8|isonoff則CD4051開關(guān)的切換時(shí)間為1.6ys開關(guān)的切換速率?開關(guān)的切換速率???多路開關(guān)選擇CD40514.fc=2.5HZ625000=625kHz=5HZ.?.」Ts= =0.2sfcTt<s=0.04Ss5=25HZ切換頻率為ts可選用CD4051的多路開關(guān)，將3片CD4051加以組合，用門電路組成地址譯碼器，3個(gè)選址信號(hào)，分別接各片的禁止端，擴(kuò)展通道數(shù)為24個(gè)，選用其中20個(gè)第四章1.答：在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，來自傳感器的模擬信號(hào)通常很微弱，遠(yuǎn)小于一般運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓和溫漂電壓。因此這些信號(hào)不能用一般運(yùn)放進(jìn)行放大，而必須用低溫漂，低失調(diào)電壓高穩(wěn)定增益且抗共模干擾能力強(qiáng)的測(cè)量放大器進(jìn)行放大。R5+0.05%時(shí)R5+0.05%時(shí)其次r3=r4.?.⑴當(dāng)R4-0.05%,=-(1+2x5xl03~~ioo(20+20x0.05%)xl03=-(1+2x5xl03~~ioo(10-10x0.05%)xl03=-202.202⑵當(dāng)R4⑵當(dāng)R4+0.05%，R5-0.05%時(shí)解：???放大器的增益???當(dāng)又T解：???放大器的增益???當(dāng)又TRs=100±15%>當(dāng)Rs=100+15%時(shí),當(dāng)Rs=100-15%時(shí)門(100+100xl5%)xl03Rr= =115012G100(100-100xl5%)xl()3_850G100＞其接線原理圖牛>R牛>Rs4．解:輸入級(jí)A1A2的失調(diào)電壓互相抵消，A1A2的特性不完全對(duì)稱時(shí)其失調(diào)電壓的參值。經(jīng)過放大后被送往A3,要提高測(cè)量放大器的性能應(yīng)盡量使A1A2的特性互相對(duì)稱。5.第五章1.答：輸入信號(hào)頻率很低時(shí)，由于在A/D轉(zhuǎn)換過程中模擬信號(hào)的電壓幾乎不變，因而不必使用采樣保持器。當(dāng)模擬信號(hào)頻率很高時(shí)，由于信號(hào)電平變化很快，必須使用采樣保持器以穩(wěn)定轉(zhuǎn)換電平。2.tCCtf答：采樣保持器的捕捉時(shí)間tAC受保持電容H的影響，H越大，tc越長，當(dāng)采樣頻率fS很C t f高時(shí)，必須使用較小的H，以減少Ac，提高S。3.答：采樣保持器具有放大功能，通常其放大倍數(shù)由相關(guān)外接電阻決定。4.答：孔徑時(shí)間'ap主要影響A/D轉(zhuǎn)換的精度。5.答：捕捉時(shí)間主要影響A/D轉(zhuǎn)換的采樣速率。6.解：max(1)max(2)2n解：max(1)max(2)2n+1兀tap112n+1兀(t + At)ap2ap=3.89(kHz)二3.70(kHz)7.解：2“= AP= .— 亍=16025.641IOxlO?x3.14x2x10^相對(duì)分辨率 ]=—xlOO%2"=——-——xlOO%=0.00624%16025.641分辨率FSR"2T分辨率FSR"2T=0.61LSB竺二兀ft二3.14x10x103x20x10-9二628二0.0628%U ap 105解：(1)孔徑誤差Um 解：1/2LSB解:12/8A°CSR/Cce見書P90解：在CE上升沿之前，先有CS=0和解：1/2LSB解:12/8A°CSR/Cce見書P90解：在CE上升沿之前，先有CS=0和R/C=0轉(zhuǎn)換回來時(shí)STS由高變低，使變化可作為查詢狀態(tài)下的單片機(jī)的查詢信號(hào)或中斷公式下的中斷觸發(fā)信號(hào)。56當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間較短（幾十微秒以下）時(shí)，宜采用查詢方式，而轉(zhuǎn)換時(shí)間較長（100微秒以上）時(shí)，宜采用中斷方式，其理由是，采用查詢方式時(shí)，在A/D轉(zhuǎn)換期間，微機(jī)的CPU處于等待狀態(tài)，降低了CPU的效率，而采用中斷方式。A/D轉(zhuǎn)換期間，微機(jī)的CPU可以去做其他工作，不會(huì)因A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間而影響CPU的效率，但是程序較復(fù)雜。 精度和轉(zhuǎn)換速度 若A/D轉(zhuǎn)換器芯片為AD574A，則以CS=0表示A/D轉(zhuǎn)換器芯片被選中。12.線性誤差是指在沒有增益誤差和偏移誤差的條件下，實(shí)際傳輸特性曲線和理想特性曲線之差。100x10-6x10x10-6=10-10下降誤差10滿足要求(2)T=t+1+1 =50+10+20x10-3沁60(卩s)(2)sACAPcouv16.67(Hz)>2fm滿足要求9.V保持電壓下降率為 "二」MCHA?-~<10X10-9C> l°xl0 - ] -]x|oi3pHlxl018x0.1% 1013由于1F=106|iF=1012pF則CH>0.1pFH第六章1.解：⑴最高采樣頻率f$20kHZ⑵最高頻率f<20kHZmax1LSB線性誤差通常不大于2 ,因?yàn)榫€性誤差是由A/D轉(zhuǎn)換器特性隨模擬輸入信號(hào)幅值變化而引起的，因此