虛拟仪器技术》 第4章DAQ虚拟仪器硬件技术 引言 4.1数据采集及数据采集系统 4.2信号获取与信号调理技术 4.3采样保持与AD转换技术 4.4数据存储与数据传输技术 4.5PC总线及其接口技术 4.6多通道的组建方案 4.7多功能数据采集卡典型实例分析 第1页
《虚拟仪器技术》 第1页 第4章 DAQ虚拟仪器硬件技术 引言 4.1 数据采集及数据采集系统 4.2 信号获取与信号调理技术 4.3 采样保持与A/D转换技术 4.4 数据存储与数据传输技术 4.5 PCI总线及其接口技术 4.6 多通道的组建方案 4.7 多功能数据采集卡典型实例分析
《虚拟仪器技术》 引言 DAQ虚拟仪器又称 PC-DAQ仪器系统,其组成如 下图所示。它由一台PC机和基于标准总线的采集 卡(仪器卡)构成,同时还配备有仪器驱动软件 来支持硬件工作。 内存 Buffer 信号O DAQ卡 (FIFO) 驱动程序 虚拟仪器 软件 硬件 外触发 显示 第2页
《虚拟仪器技术》 第2页 引 言 DAQ虚拟仪器又称PC-DAQ仪器系统,其组成如 下图所示。它由一台PC机和基于标准总线的采集 卡(仪器卡)构成,同时还配备有仪器驱动软件 来支持硬件工作
《虚拟仪器技术》 4.1数据采集(DAQ)及数据采集系统(DAS) 41.1数据采集的基本概念 数据采集”( Data Acquisition, DAQ)是指将模拟 量(模拟信号)采集、转换成数字量(数字信号)后,再 由计算机进行存储、处理、显示或输出的过程。用于数据 采集的成套设备称为数据采集系统( Data Acquisition System,DAS)。 数据釆集是计算机与外部世界联系的桥梁,是获取 信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成部 分,已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域,并且 随着科学技术的发展,元其是计算机技术的发展与普及 数据采集技术将有广阔的发展前景。 第3页
《虚拟仪器技术》 第3页 4.1 数据采集(DAQ)及数据采集系统(DAS) 4.1.1 数据采集的基本概念 ➢ “数据采集”(Data Acquisition,DAQ)是指将模拟 量(模拟信号)采集、转换成数字量(数字信号)后,再 由计算机进行存储、处理、显示或输出的过程。用于数据 采集的成套设备称为数据采集系统(Data Acquisition System,DAS)。 ➢ 数据采集是计算机与外部世界联系的桥梁,是获取 信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成部 分,已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域,并且 随着科学技术的发展,尤其是计算机技术的发展与普及, 数据采集技术将有广阔的发展前景
《虚拟仪器技术》 412数据采集系统基本组成 1DAS的基本组成 数据采集系统包括硬件和软件两大部分,硬件部分又可 分为模拟部分和数字部分。下图是硬件基本组成示意图 传感器 前置放大 滤波器 取 数 计算 模拟开关 机 换 接 传感器 前置放大 滤波器 第4页
《虚拟仪器技术》 第4页 4.1.2 数据采集系统基本组成 1.DAS的基本组成 数据采集系统包括硬件和软件两大部分,硬件部分又可 分为模拟部分和数字部分。下图是硬件基本组成示意图 …… …… ……
《虚拟仪器技术》 413数据采集系统的主要性能指标 (1)系统分辨率 下表列出了满度值为10V时数据采集系统的分辨率。 位数 LSB I LSB 级数 (满度值的百分数)(10V满度) 256 0.391039.1mV 12 4096 0.0244%2.44mV 16 65536 0.0015%0.15mV 20 1048576000095%9.53μV 24 167772160.0000060%0.60μV (2)系统精度 (3)采集速率 第6页
《虚拟仪器技术》 第6页 4.1.3 数据采集系统的主要性能指标 (1)系统分辨率 下表列出了满度值为10V时数据采集系统的分辨率。 (2)系统精度 (3)采集速率 位 数 级数 1 LSB (满度值的百分数) 1 LSB (10V满度) 8 256 0.391% 39.1mV 12 4096 0.0244% 2.44mV 16 65536 0.0015% 0.15mV 20 1048576 0.000095% 9.53μV 24 16777216 0.0000060% 0.60μV
《虚拟仪器技术》 (4)动态范围 数据采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅值V3与最 小幅值Vmn之比的分贝数,即 7=201,liI nax t min 式中最大允许输出幅值Vma、是指使数据采集系统的放大器发生饱和 或者是使模数转换器发生溢出的最小输入幅值。 瞬时动态范围是指某一时刻系统所能采集到的信号的不同频率分量 幅值之比的最大值,即幅度最大频率分量的幅值Am与幅度最小频率 分量的幅值4n之比的分贝数。用表示瞬时动态范围,则有 ≡201g max mir 第7页
《虚拟仪器技术》 第7页 (4)动态范围 数据采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅值Vimax与最 小幅值Vimin之比的分贝数,即 式中最大允许输出幅值Vimax是指使数据采集系统的放大器发生饱和 或者是使模数转换器发生溢出的最小输入幅值。 瞬时动态范围是指某一时刻系统所能采集到的信号的不同频率分量 幅值之比的最大值,即幅度最大频率分量的幅值Afmax与幅度最小频率 分量的幅值Afmin之比的分贝数。用I表示瞬时动态范围,则有 max min 20lg i i i V I V = max min 20lg f f A I A =
《虚拟仪器技术》 (5)非线性失真 谐浪失真系统用来衡量系统产生非线性失真的程 度,它通常用下式表示 2+42+ H 100 +A2+A2+ 式中A1基波振幅 Ak第k次谐波(频率为k)的振幅。 第8页
《虚拟仪器技术》 第8页 (5)非线性失真 谐波失真系统用来衡量系统产生非线性失真的程 度,它通常用下式表示 式中 A1——基波振幅; Ak——第k次谐波(频率为kf)的振幅。 2 2 2 3 222 1 2 3 100% A A H AAA + + = +++
《虚拟仪器技术》 4.2信号获取与信号调理技术 42.1信号获取方法和途径 1.信号获取 作为采集系统,为了获取被测对象的信息,需要拾取必要 的原始参量信号。为此,首先要通过敏感元件、传感器将 现场非电参量,如压力、温度、速度、位移等物理量转换 成电量。 1)通过敏感元件拾取被测信号 2)通过传感器拾取被测信号 3)通过接口直接拾取被测信号 4)通过测量仪表拾取被测信号 第9页
《虚拟仪器技术》 第9页 4.2 信号获取与信号调理技术 4.2.1 信号获取方法和途径 1.信号获取 作为采集系统,为了获取被测对象的信息,需要拾取必要 的原始参量信号。为此,首先要通过敏感元件、传感器将 现场非电参量,如压力、温度、速度、位移等物理量转换 成电量。 ➢ 1)通过敏感元件拾取被测信号 ➢ 2)通过传感器拾取被测信号 ➢ 3)通过接口直接拾取被测信号 ➢ 4)通过测量仪表拾取被测信号