数据采集卡技术原理

1、核心提示：一、数据采集卡定义:数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号设备，其核心就是 A/D芯片。二、数据采集简介：在计算机广泛应用今天，数据采集重要性是十分显著。它是计算机与外部物理世界连接桥梁。各种类型信号采集难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多实际问题要解决。假设现在对一个模拟信号x(t)每隔 t时间采样一次。时1、 数据采集卡定义：数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号设备，其核心就是A/D芯片。2、 数据采集简介：在计算机广泛应用今天，数据采集重要性是十分显著。它是计算机与外部物理世界连接桥梁。各种类型信号采集难易程度差别很

2、大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多实际问题要解决。假设现在对一个模拟信号 x(t)每隔 t时间采样一次。时间间隔 t被称为采样间 隔或者采样 周期。它倒数1/ t被称为采样频率，单位是采样数/每秒。t=0, A t ,2 t ,3 A t等等，x(t)数值就被称为采样值。所有 x(0),x( t),x(2 t )都是采 样值。这样信号x(t)可以用一组分散 采样值来表示：下图显示了一个模拟信号和它采样后采样值。采样间隔是 A t ,注意，采样点在时域上是分散-可编辑修改-图1模拟信号和采样显示如果对信号 x(t)采集N个采样点，那么x(t)就可以

3、用下面这个数列表示:这个数列被称为信号x(t)数字化显示或者采样显示。注意这个数列中仅仅用下标变量编制索引，而不含有任何关于采样率 (或 t)o信息。所以如果只知道该信号采样值，弁不能知道它采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号x(t)频率。根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率两倍。反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率一半。如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。图2显示了一个信号分别用合适采样率和过低采样率进行采样结果。采样率过低结果是还原信号频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做混

4、叠(alias ) o出现混频偏差(alias frequency)是输入信号频率和最靠近采样率-可编辑修改-整数倍差绝对值-可编辑修改-Adequately sampled sigralAliased signal due to undersampling图2不同采样率采样结果图3给出了一个例子。假设采1频率fs是100HZ,信号中含有25、70、160和510 Hz成分。FfPHZ702FHEIGOid3FMZ510Lj t_：4 tl IT吕叶rrAuHKy15W图3说明混叠例子采样结果将会是低于奈奎斯特频率(fs/2=50 Hz )6信号可以被正确采样。而频率高于50HZ信号成分采样时

5、会发生畸变。分别产生了30、40和10 Hz畸变频率F2、 F3和F4。计算混频偏差公式是:-可编辑修改-混频偏差=ABS (采样频率最近整数倍一输入频率 )其中ABS表示“绝对值”，例如：混频偏差 F2 =|100-70| = 30 Hz混频偏差 F3 = 1(2)100T60| = 40 Hz混频偏差 F4 = 1(5)100-510| = 10 Hz为了避免这种情况发生，通常在信号被采集( A/D )之前，经过一个低通滤波器，将信号中高于奈奎斯特频率信号成分滤去。在图3。例子中，这个滤波器截止频率自然是25HZ o这个滤波器称为抗混叠滤波器采样频率应当怎样设置呢？也许你可能会首先考虑用采集卡支持最大频率。但是，较长时间使用很高采样率可能会导致没有足够内存或者硬盘存储数据太慢。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分2倍就够了，实际上工程中选用5? 10倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。 通常，信号采集后都要去做适当信号处理，例如FFT等。这里对样本数又有一个要求，一般不能只提供一个信号周期数据样本，希望有5? 10个周期，甚至更多样本。并且希望所提供样本总数是整周期个数。这里又发生一个困难，有时我们并不知道，或不确切知道被采信号频率，因此不但采样率不一定是信号频率整倍数，也不能保证提供整周期数样本。我们 所有仅仅是一个时间序列离散函数x(n