数据采集系统的主要构件

1、 l数据采集技术是信息科学的重要分支之一， 它研究信息数据的采集、存储、处理以及 控制等问题。是以传感器、信号的测量与 处理、微型计算机等高技术为基础而形成 的一门综合应用技术 l应用性很强。随着科学技术的不断发展， 如光纤、超导、人工智能等新技术都将会 应用于数据采集领域，数据采集技术也将 会有广阔的发展及应用前景。 实际的系统可能结构与此不相同。实际的系统可能结构与此不相同。 例如一个集成例如一个集成ADuC812就包含上述框图就包含上述框图 中的很多环节。中的很多环节。 共分四个部分共分四个部分 不同信号变化的频率不不同信号变化的频率不 同同 nADC直接对模拟信号进行转换，则应该考虑到

2、任何 一种模数转换器都需要有一小段时间来完成量化及 编码等操作。 n模数转换器的转换时间决定于转换的位数、转换的 方法、采用的器件等因素。 n如在转换时间TA/D内，输入模拟信号仍在变化，此 时进行量化显然会产生一定的误差。 n若在数据采集器的模拟转换器ADC前再加一个取样 保持放大器SHA，这相当于在ADC转换时间内开了一 个窄“窗口”，将此窗孔开启瞬时内的模拟信号以 量化形式记录下来，此窗孔称为“孔径时间”，一 般远小于转换时间。显然，在孔径时间内，输入模 拟信号在变化时进行量化，会引入一定的误差，其 称为“孔径误差”。 n这种结构是多个通道配置一套输入寄存器和DA转 换器，微型计算机处理

3、的结果数据通过数据总线分 时地选通到各通道输入寄存器，当数据选通到输入 寄存器的同时，DA立即实现数字数据到模拟信号 的转换。 n各通道在DA之后，一般都设有信号调理电路，以 完成模拟信号的电压到电流或电流到电压的变换并 要满足控制元件或仪表的标称要求，如电压010v 或10V，电流010mA或420mA，还要对模拟 信号进行滤波平滑或电气隔离等。 n但这种结构较贵，特别是当DA转换器的位数较多 时。其优点是可靠性高，速度快，即使某一路出现 故障也不会影响其他通道的工作。 用户 传感器精度 信号调节电路精度 AD转换精度 AD7543 ADS7864 AD574 Diamand System

4、PC104总线产品 CPU模块，具有 16路单端或者8路 差分模拟数据采集， 4路单双极性模拟量 输出、24路数字I/O等 功能。 SPI (Serial Peripheral Interface 串行外 设接口)总线系统是一种同步串 行外设接口,它可以使MCU与 各种外围设备以串行方式进行 通信以交换信息。采用SPI 总 线方式交换数据有主机和从机 的概念。 I2C总线总线 lI2C(InterIntegrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公 司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围 设备。I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备 开发，如今主要在服务器管理

5、中使用，其中包括单个组 件状态的通信。 l例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置 或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监 控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系 统的安全性，方便了管理。 lI2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直 接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了 电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总 线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传 输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持 多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接 收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制

6、信号的 传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主 控。 n近些年兴起的-A/D转换技术能获得极高的分辨率，世界上许 多知名的IC制造商纷纷推出自己基于-技术的A/D芯片，美国 AD公司的AD7710/14，BB公司的ADS1210/11以及TI(BB)公司 的ADS1232就是比较典型的具有24位高精度、宽动态范围和自 校正功能的-A/D转换器。 n芯片内部有多路模拟开关，采样保持器，可编程增益放大器， 二阶-调制器，调制控制单元，可编程数字滤波器，微控制 单元，寄存器组，基准源和时钟等。 n-A/D转换器的核心部分由两个主要模块组成：一个是一个是-调调 制器，另一个是低通数字滤波器和

7、分样器制器，另一个是低通数字滤波器和分样器。 l-调制器是基于“过采样”的一位编码技术，意为增量，意为增量， 意为积分。意为积分。在基本调制器中加入一个积分器就构成了- 调制器。通常调制器以大于奈魁斯特许多倍的速率对模拟 输入信号采样，这种方法又称为“过采样过采样”。对得到的采 样值进行调制，输出反映输入信号幅度的一位编码数据流， 经过分样，用小于“过采样”速率的采样速率对数字信号 再采样， l同时进行低通数字滤波低通数字滤波处理除去噪声，得到N位的编码输出。 由于采用了一位编码技术，模拟电路减少，简化滤波器的 设计，提高了性能。使用“过采样”技术，把更多的量化 噪声压缩到基本频带以外的高频区，并由低通数字滤波器 除去这些带外噪声，因此使A/D转换器具有了很高的信噪比。 n-A/D转换器的关键技术关键技术指标是在选定转 换速率下的“有效位数”。多种-A/D转 换器都标称是“24位”的，但实际这里的 24位是指其输出数据的字长，即数据的总 位数，它是“有效位数”与“噪声位数” 之和。也就是说，由于制造技术水平的限 制，其输出数据的低端总有二分之一位到 几位数据不确定，在0-1之间来回跳变， 这就是噪声位。转换速率选得越高，噪声 越大，有效位数越低。 n在相同的