數據采集與處理技術試卷

、緒論、1、“數據采集”是指什么?將溫度、壓力、流量、位移等模擬量經測量轉換電路輸出電量后再采集轉換成數字量后，再由PC機進行存儲、處理、顯示或打印的過程2、 數據采集系統(tǒng)的組成？由數據輸入通道，數據存儲與管理，數據處理，數據輸出及顯示這五個部分組成。3、 數據采集系統(tǒng)性能的好壞的參數？取決于它的精度和速度.4、 數據采集系統(tǒng)具有的功能是什么？、數據采集,(2)、信號調理,(3)、二次數據計算,(4)、屏幕顯示,(5)、數據存儲,(6)、打印輸出,(7)、人機聯(lián)系。5、 數據處理系統(tǒng)的分類？分為預處理和二次處理兩種；即為實時(在線)處理和事后(脫機)處理.6、 集散式控制系統(tǒng)的典型的三級結構？一種是一般的微型計算機數據采集系統(tǒng),一種是直接數字控制型計算機數據采集系統(tǒng),還有一種是集散型數據采集系統(tǒng)。7、 控制網絡與數據網絡的結合的優(yōu)點？實現(xiàn)信號的遠程傳送與異地遠程自動控制。、問答題：1、 數據采集的任務是什么？數據采集系統(tǒng)的任務：就是傳感器輸出信號轉換為數字信號,送入工業(yè)控制機機處理,得出所需的數據?同時顯示、儲存或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，還將被生產過程中的PC機控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。2、 微型計算機數據采集系統(tǒng)的特點是、系統(tǒng)結構簡單；(2)、微型計算機對環(huán)境要求不高;(3)、微型計算機的價格低廉，降低了數據采集系統(tǒng)的成本；(4)、微型計算機數據采集系統(tǒng)可作為集散型數據采集系統(tǒng)的一個基本組成部分;(5)、微型計算機的各種I/O模板及軟件齊全，易構成系統(tǒng)，便于使用和維修；3、 簡述數據采集系統(tǒng)的基本結構形式,并比較其特點？、一般微型計算機數據采集與處理系統(tǒng)是由傳感器、模擬多路開關、程控放大器、采樣/保持器、A/D轉換器、計算機及外設等部分組成。、直接數字控制型數據采集與處理系統(tǒng)(DDC、是既可對生產過程中的各個參數進行巡回檢測，還可根據檢測結果,按照一定的算法,計算出執(zhí)行器應該的狀態(tài)(繼電器的通斷、閥門的位置、電機的轉速等)，完成自動控制的任務。系統(tǒng)的I/O通道除了AI和DI外，還有模擬量輸出(AO)通道和開關量輸出(FDO)通道。、集散式控制系統(tǒng)也稱為分布式控制系統(tǒng)，總體思想是分散控制，集中管理，即用幾臺計算機分別控制若干個回路，再用監(jiān)督控制計算機進行集中管理.、分析題：1、 如圖所示，分析集散型數據采集與處理系統(tǒng)的組成原理，系統(tǒng)有那些特點？集散式控制系統(tǒng)也稱為分布式控制系統(tǒng)，總體思想是分散控制，集中管理，即用幾臺DDC計算機分別控制若干個回路，再用監(jiān)督控制計算機對各DDC進行集中管理?集散式控制系統(tǒng)的分級規(guī)?？纱罂尚?，可以只有兩級也可以多級.集散型數據采集系統(tǒng)的特點：(1)、系統(tǒng)的適應能力強；(2)、系統(tǒng)的可靠性高；(3)、系統(tǒng)的實時響二應、性好模；(4擬)、信對系號統(tǒng)硬的件的數要求字不高化.處理(一)、填空與選擇題：1、在數據采集系統(tǒng)中同時存在著那兩種不同形式的信號？離散數字信號和連續(xù)模擬信號2、保持的概念?3、傳感器所測量到的連續(xù)模擬信號轉換成離散的數字信號的步驟?連續(xù)的模擬信號轉換為離散的數字信號，經歷了兩個斷續(xù)過程：(1).時間斷續(xù)：采樣x(t)TX(nT)ss。數值斷續(xù):量化，即把采樣信號XnT)以最小數量單位的整倍數來度量.s(s信號轉換過程如圖所示4、 采樣周期Ts決定采樣信號的質量和數量：Ts太小，X(nT)數量劇增，占用內存；ssTs太大,模擬信號的某些信息被丟失.5、 采樣定理設有連續(xù)信號x(t),其頻譜為X(f),以采樣周期Ts采得的離散信號為x(nT)。ss如果頻譜X(f)和采樣周期滿足下列條件：.頻譜X(f)為有限頻譜，即當F1的絕對值大于等于fc(截止頻率)時，x(f)=0；.Ts<=1/2fc則連續(xù)信號唯一確定。Fc稱為截止頻率，又稱為奈奎斯特頻率.6采樣定理中兩個條件的物理意義連續(xù)模擬信號x(t)的頻率范圍是有限的，即信號的頻率f在0〈二f<=fc(2)采樣周期Ts不能大于信號周期Tc的一半。7、采樣定理在Fc=1/(2Ts)時是不適應的.例如，設連續(xù)信號為：，其采樣值為：當fc=1/(2Ts)有,則當=0時,采樣信號為零，無法恢復原模擬信號；當時，采樣信號幅值小于原模擬信號；當時,采樣信號幅值等于原模擬信號.8、 頻率混淆如果Ts取的過大，使Ts〉1/(2fc)時，將會出現(xiàn)x(t)中的高頻成分被疊加到低頻成分上去的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為頻率混淆不產生頻率混淆現(xiàn)象的臨界條件是fs=1/Ts=2fc.或者說，當采樣間隔一定時，不發(fā)生頻率混淆的信號最高頻率為fc=1/(2Ts)9、 消除頻率混淆的措施：1．對于頻域衰減較快的信號，可用提高采樣頻率的方法來解決.2、對于頻域衰減較慢的信號，可用消除頻混濾波器來解決：低通濾波器。10、 采樣控制方式的選擇：(1)、無條件采樣，僅適用于隨時處于準備好狀態(tài)的A/D轉換器，且要求CPU與A/D轉換器同時工作.、中斷方式(3)、查詢方式、DMA方式，有硬件完成數據的傳送操作，常用于高速數據采集系統(tǒng)。11、 量化就是把采樣信號的幅值與某個最小數量單位的一系列整數倍比較，以最接近于采樣信號幅值的最小數量單位來代替該幅值，這一過程稱為“量化過程”，簡稱“量化”。量化單位定義為量化器滿量程電壓FSR與2n的比值，即，其中n為量化器位數。12、 完成量化和編碼的器件是模/數(A/D)轉化器。13、 量化的方法有哪兩種？(1)、“只舍不入”的量化，信號幅值小于量化單位q的部分一律舍去。(2)、“有舍有入”的量化，采樣信號幅值小于q/2的部分舍去，大于q/2的部分計入.結論：經過量化之后，把原來幅值連續(xù)變化的采樣模擬信號，變成了幅值為有限序列的量化信號。經過量化后的信號，其精度取決于所選的量化單位q.14、 量化誤差:，前為采樣信號，后為量化信號。(1)、“只舍不入”的量化誤差：量化誤差e只能是正誤差，它可以取0-q之間的任意值。最大量化誤差e=q,量化誤差的方差是，這表明：即使模擬信號x(t)為無噪聲信號，經過量化器量化后，量化信號將包含噪聲。量化誤差的標準差為(2)、“有舍有入"的量化誤差，最大量化誤差為，標準差與“只舍不入”的情況相同，即結論：量化誤差是一種原理性誤差，它只能減小而無法完全消除。量化方法比較：“有舍有入"的方法比較好，因為“有舍有入”法德最大量化誤差只有“只舍不入”法德1/2.目前大部分A/D轉換器都是采用“有舍有入〃的量化方法，但也有少數價格低廉的A/D轉換器,采用“只舍不入"的方法。增加A/D轉換器的位數n能減小量化誤差，即增加A/D的位數，減小量化誤差.編碼1、編碼是指把量化信號的電平用數字代碼來表示。2、單極性編碼：(1)、二進制碼是單極性編碼中使用最普遍的編碼，在這種碼制中，一個十進制數D的量化電平可表示為。一個模擬輸出電壓用二進制表示為最低有效位的值二q.注意：由于二進制數碼的位數n是有限的，即使二進制碼的各位，最大輸出電壓也不與FSR相等，而是差一個量化單位q,可確定下式(2)、二一十進制編碼(BCD碼)：是用一組四位二進制碼來表示一位0-9的十進制數字。例：一個電壓按BCD編碼，則有BCD編碼常用超量程附加位，這樣對A/D轉化器來說，量程需增加一倍.、格雷碼：又稱反射二進制碼，優(yōu)點是從一個數到下一個相鄰的數只需改變一位，中間錯誤的變化就可避免。二進制轉換成格雷碼的規(guī)律：從二進制碼的最低兩位開始，按異或規(guī)律定下格雷碼的最低位，然后再用二進制碼末前兩位按異或規(guī)律定下格雷碼的末前一位，如此往前推，最后可以定下全部格雷碼。所謂異或規(guī)律：相鄰兩數相同為“0”，不同時為“1”。1、雙極性編碼：(1)、偏移二進制碼是轉化器最容易實現(xiàn)的雙極性編碼。偏移情況：a)代碼為“0000”時，表示模擬負滿量程卩-FSR；代碼為“1000”時，表示模擬零，即模擬零電壓對應于2n-1數；代碼為“1111〃時，表示模擬正滿量程值減1LSB,即.偏移二進制碼的優(yōu)點：容易實現(xiàn)，容易換成2的二進制補碼。1、 電子多路開關根據結構可分為雙極性晶體管開關、場效應晶體管開關、集成電路開關三大類型。2、 多路開關的電路特性：漏電流：通過斷開的模擬開關的電源。一般情況有，因而，式中n是并聯(lián)的模擬開關數，是單個開關斷開時的漏電流。動態(tài)響應見右圖的多路開關動態(tài)響應的等效電路其中表示連到測試點的所有開關輸出電容與負載電容之和得時間常數，對時間常數的RC電路，其設定時間為對于開關閉合時的帶寬，設，則該電路的帶寬為源負載效應誤差：指有信號源電阻和開關導通電阻與多路開關所接器件的等效電阻分壓而引起的誤差，等效電路如右圖。由于負載效應是一種分壓作用，它使輸出到上的信號減小，因此應合理設計，開關所接器件的，可根據計算出負載效應引起的衰減，然后用提高下集增益的方法加以補償。4、多路開關的配置單端接法：是把所有的輸入信號源的一端接至同一個信號地，然后再將信號地與A/D轉換器的模擬地相接。A接法可保證系統(tǒng)的共模抑制能力，而無需減少一半的通道數；B接法系統(tǒng)的共模抑制能力基本未發(fā)揮,但是系統(tǒng)可以得到最大的通道數。雙端接法：是把所有的輸入信號源的兩端各自分別接至多路開關的輸入端當信號源的信噪比較小時，必須使用此接法，此接法抗共模抑制能力強，適用于采集低電平信號，但實際通道數只有單端接法的一半。應該指出：多路開關從一個通道切換到另一個通道時會發(fā)生瞬變現(xiàn)象，是輸出產生短暫的尖峰電壓，如果此時采集多路開關輸出的信號，就會引起誤差。四、 測量放大器1、 測量放大器是一種帶有精密差動電壓增益的器件，由于它具有高輸入阻抗，低輸出阻抗，強抗共模干擾能力，低溫漂,低失調電壓和高穩(wěn)定增益的特點。2、 測量放大器的電路原理：如右圖(1)測量放大器的增益為提高共模抑制比和降低溫漂影響，測量放大器采用對稱結構,即，則3、 測量放大器的主要技術指標：非線性度：是指放大器實際輸出輸入關系曲線與理想直線的偏差。它與增益有關，對數據采集的精度的影響很大。在選擇測量放大器時，一定選擇非線性度偏差小于0。024%的測量放大器.溫漂：指測量放大器輸出電壓隨溫度變化而變化的程度.它也與測量放大器的增益有關。建立時間:指從階躍信號驅動瞬間至測量放大器輸出電壓達到并保持在給定誤差范圍內所需的時間.它隨增益的增加而上升?；謴蜁r間：是指放大器撤除驅動信號瞬間至放大器由飽和狀態(tài)恢復到最終值隨需的時間。它直接影響數據采集系統(tǒng)的采樣速率。電源引起的失調：是指電源電壓每變化1%，引起放大器的漂移電壓值,測量放大器一般用作數據采集系統(tǒng)的前置放大器，對于共電源系統(tǒng)，該指標則是設計系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要依據之一。共模抑制比當放大器兩個輸入端具有等量電壓變化值時,在放大器輸出端測量出電壓變化值，則共模抑制比CMRR可為五、 采樣/保持器1、 采樣/保持器是一種具有信號輸入、信號輸出以及由外部指令控制的模擬門電路，它主要由模擬開關K、電容和緩沖放大器A組成.2、 采樣/保持器是一種用邏輯電平控制其工作狀態(tài)的器件，它具有兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)：跟蹤狀態(tài).在此期間它盡可能快地接收模擬輸入信號,并精確地跟蹤模擬輸入信號的變化，一直到接到保持指令為止；保持狀態(tài)。對接收到的指令前一瞬間的模擬輸入信號進行保持。3、 在數據結構采集系統(tǒng)中，采樣/保持器主要以下兩種作用：“穩(wěn)定”快速變化的輸入信號，以利于模/數轉換器把模擬信號轉換成數字信號，以減少采樣誤差。用來儲存模擬多路開關輸入的模擬信號，這樣可使模擬多路開關繼續(xù)切換下一個待轉換的信號。4、 采樣/保持器按結構可分為兩種類型：串聯(lián)型和反饋型。串聯(lián)型采樣/保持器串聯(lián)型采樣/保持器的結構原理如下圖,圖中和分別是輸入和輸出緩沖放大器,用以提采樣/保持器的輸入阻抗，減小輸出阻抗以便與信號源和負載連接；K是模擬開關，它由控制信號電壓控制其斷開或閉合;是保持電容器。串聯(lián)型采樣/保持器的有點是結構簡單。串聯(lián)型型采樣/保持器的缺點:它的失調電壓為兩個運放失調電壓之和，比較大,影響到型采樣/保持器的精度。另外,它的跟蹤速度也較低.（2）反饋型型采樣/保持器反饋型型采樣/保持器的結構如下圖，其輸出電壓反饋到輸入端,使和共同組成一個跟蹤器。注意：在保持狀態(tài)，由于是閉合的，放大器的輸出仍在跟蹤輸入,避免開環(huán)而進入飽和,使得當采樣/保持器再次轉入跟蹤狀態(tài)時,能立即跟蹤。5、 孔徑時間：孔徑時間是指保持指令給出瞬間到模擬開關有效切斷所經歷的時間。6、 孔徑不定:孔徑不定是指孔徑時間的變化范圍?？讖綍r間只是使采樣時刻延遲，如果每次采樣的延遲時間都相同，則對總的采樣結果的精確性不會有影響。但若孔徑時間在變化，則對精度就會有影響。如果改變保持指令發(fā)出的時間,可將孔徑時間消除.7、 捕捉時間:捕捉時間是指當采樣/保持器從保持狀態(tài)轉到跟蹤狀態(tài)時,采樣/保持器的輸出從保持狀態(tài)的值變到當前的輸入值所需的時間，它包括邏輯輸入開關的動作時間、保持電容的充電時間、放大器的設定時間等。8、 電荷轉移偏差電荷通過寄生電容轉移到電容器上引起的，可通過加大保持電容器容量來克服.不過當增大保持電容時，也增大了采樣/保持器的響應時間。采樣/保持器的性能在很大程度上取決于保持電容器的質量。9、 如果在轉換時間內，正弦信號變化不超過1LSB所代表的電壓，則在條件下，數據采集系統(tǒng)可采集的最高信號頻率為：（為a/d轉換時間）Fmax=l/2n*pi*tconv如果允許信號變化為，則系統(tǒng)可采集的最高信號頻率為：Fmax=1/2（n+1）＊pi*tconv例：已知A/D轉換器的型號為ADC0804,其轉換時間=100（時鐘頻率為640kHz）,位數n=8，允許信號變化為，計算系統(tǒng)可采集的最高信號頻率。解：Fmax=1/2（n+1）*pi*tconv=6。22Hz此例說明無采樣/保持器的系統(tǒng)只能對頻率低于6。22Hz的信號進行采樣。10、 如果正弦信號電壓的最大變化不超過1LSB所代表的電壓，則在n位A/D轉換器前加上采樣/保持器后，系統(tǒng)可采集的信號最高頻率為：Fmax=1/2n*pi*tAp如果允許正弦信號電壓的最大變化為1/2LSB,則系統(tǒng)可采集的最高信號頻率為：Fmax=1/2（n+1）*pi*tAp11、 系統(tǒng)課處理的最高輸入信號頻率應為：Fmax=1/2（tac+tcomv+tap）式中：tac—--—--采樣/保持器的捕捉時間；tap ——采樣/保持器的最大孔徑時間（包括抖動時間）;六、模數轉換器1、 模/數轉換器是一種器件，它把采集到的采樣模擬信號經量化和編碼后，轉換成數字信號并輸出。2、 A/D轉換器的分類（1） 直接比較型:將輸入的采樣模擬量直接與座位標準的基準電壓相比較，得到可按數字編碼的離散量或直接得到數字量.這種類型包括連續(xù)比較、逐次逼近、斜波（或階梯波）電壓比較等，其中最常見的是逐次逼近型。（2） 簡介比較型:輸入的采樣模擬量不是直接與基準電壓比較,而是將二者都變成中間物理量再進行比較，然后將比較得到的時間（t）或頻率（f）進行數字編碼.例如：雙斜式、脈沖調寬型、積分型、三斜率型、自動校準積分型等.2、 分辨率：分辨率是指A/D轉換起所能分辨模擬輸入信號的最小變化量?設A/D轉換器的位數為n，滿量程電壓為FSR,則A/D轉換器的分辨率定義為：分辨率=FSR/2n另外,也可以用百分數來表示分辨率，此時的分辨率稱為相對分辨率。相對分辨率定義為:相對分辨率=分辨率/FSB*100%=1/2n*100%3、 量程:量程是指A/D轉換器所能轉換模擬信號的電壓范圍。4、 精度:A/D轉換器的精度分為絕對精度和相對精度兩種。(1)絕對精度：絕對精度定義為對應于輸出數碼的實際模擬輸入電壓與理想模擬輸入電壓之差.在A/D轉換時，量化帶內的任意模擬輸入電壓都能產生同一輸出數碼，上述定義則限定為量化帶中點的模擬輸入電壓值。絕對誤差一般在范圍內。絕對誤差包括增益誤差、偏移誤差、非線性誤差，也包括量化誤差.(2)相抵精度：相對精度定義為絕對精度與滿量程電壓值之比的百分比:相對精度=絕對精度/FSB大100%5、 注意:精度和分辨率是兩個不同的概念,精度是指轉換后所得結果相對于實際值的準確度；分辨率是指轉換器所能分辨的模擬信號的最小變化值.6、 轉換時間和轉換速率轉換時間：轉換時間是指按照規(guī)定的精度將模擬信號轉換為數字信號并輸出所需要的時間。轉換速率是指能重復進行數據轉換的速度,即每秒鐘的次數。7、 可見當精度一定時，信號頻率越高，要求的轉換時間也就越短;若信號頻率一定，轉換時間越長，誤差越小.對于平均值的轉換，被轉換的采樣模擬量是直流(或緩慢變化)電壓，而干擾則是交變的，因此轉換一次的時間越長，其抑制干擾的能力就越強。換言之，平均值響應的轉換器是在犧牲轉換時間的情況下提高轉換精度的。8、 逐次逼近式A/D轉換器(1)工作原理:它主要由逐次逼近寄存器SAR、D/A轉換器、比較器、基準電源、時序與邏輯控制電路等部分組成.9、 工作過程：見課本P8310、 8位A/D轉換器芯片ADC0809:見課本P8611、 12位A/D轉換器芯片AD547A:見課本P8912、 A/D轉換器與微機接口的主要任務有兩個：A/D轉換器每接收一次微機發(fā)出的轉換指令，就進行一次A/D轉換；當微機發(fā)出取數據指令時，轉換所得的數據從A/D轉換器的輸出寄存器中取出，經數據總線存入微機存儲器的指定單元。13、 A/D轉換器在與微機接口時，需要解決以下三個問題：A/D轉換器輸出到總線的數據需加緩沖，以免對數據總線的工作造成干擾；產生芯片選通信號和控制信號；從A/D轉換器讀出數據。14、 A/D574A與8031的接口15、 例：編寫采用查詢法完成一次A/D轉換的程序解 程序清單如下：0500HORGSTART:MOVMOVDPTR.，＃8000HR0，#0FCHMOVX@R0,ALOOP:JBP1。0，LOOPMOVMOVXR0,＃0FEHA,@R0MOVXINCR0@DPTR，AINCMOVXDPTRA,@R0MOVX@DPTR，A七、數/模轉換器1、D/A轉換器主要有兩大類型：并行D/A轉換器和串行轉換器(1)并行D/A轉換器并行D/A轉換器的結構如圖。其特點是轉換器的位數與輸入數碼的位數相同，對應數碼的每一位都有輸入端，用以控制相應的模擬切換開關把基準電壓接到電阻網絡.并行D/A轉換器的轉換速度很快，只要在輸入端加入數字信號，輸出端立即有相應的模擬電壓輸出。它的轉換速度與模擬開關的通斷速度、電阻網絡的寄生電抗和運算放大器的輸出頻率有關,但主要決定于后者。串行D/A轉換器串行D/A轉換器的結構圖如下圖：注:詳細講解見課本P1142、 D/A轉換器的基本組成(1)電阻網絡(2)基準電源：在D/A轉換器中，基準電源的精度直接影響D/A轉換器的精度.模擬切換開關運算放大器：D/A轉換器的輸出端一般都接有運算放大器，其作用有兩個：一個是對網絡中各支路電流進行求和，另一個是為D/A轉換器提供一個阻抗低、負載能力強的輸出。3、 D/A轉換器的主要技術指標(1)分辨率:D/A轉換器的分辨率定義為最小輸出電壓(對應的輸入數字量只有最低有效位為“1”與最大輸出電壓(對應的輸入數字量所有有效位全為“1”之比。分辨率=1/(2n—1)精度：精度分為絕對精度與相對精度兩種。絕對精度是指輸入滿量程數字量時，D/A轉換器實際輸出值與理論輸出值之差，該偏差一般應小于+_1/2LSB。相對精度是指絕對精度與額定滿量程輸出值的比值。相對精度有兩種表示方法：一種是用偏差多少LSBA來表示；另一種是用該偏差相對滿量程的百分數表示。線性誤差：線性誤差是指D/A轉換器芯片的轉換特性曲線與理想之間的最大偏差.建立時間：建立時間是指D./A轉換器的輸入數碼滿量程變化(即從全“0”變成全“1”時，其輸出模擬量值達到范圍所需的時間。單調性(6)溫度系數(7)電源抑制比(8)輸出電平(9)輸入代碼(10)輸入數字電平(11)工作溫度4、 權電阻D/A轉換器權電阻D/A轉換實現(xiàn)的方法是先把輸入的數字量轉換為對應的模擬電流，然后再把模擬電流轉換為模擬電壓輸出.5、 T型電阻D/A轉換器T型電阻D/A轉換器的突出特點是：當數字量相應位為“1”時，對應該位的支路電流進入求和放大器的輸入端；當數字量相應位為“0"時，對應該位餓支路電阻入地，從根本上消除尖峰脈沖的產生.為了進一步提高轉換速度，可以使每個支路流過電阻2R的電流保持恒定，即不論輸入數字量的各位是“0”還是“1”，對應支路電流的大小不變。T型電阻網路D/A轉換器的優(yōu)點i轉換速度比較快.在動態(tài)過程中的尖峰脈沖很小，使得T型電阻網路D/A轉換器成為目前D/A轉換器中速度最快的一種。附: 1、分辨率一一它說明A/D轉換器對輸入信號的分辨能力.2、 轉換誤差一-表示A/D轉換器實際輸出的數字量和理論上的輸出數字量之間的差別。3、 系統(tǒng)的分辨率是指數據采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號最小的變化量。4、 A/D轉換器從啟動轉換到轉換結束，輸出穩(wěn)定的數字量，需要一定的時間，這就是A/D轉換器的轉換時間?其倒數就是A/D轉換器每秒完成的轉換次數，稱轉換速率.5、 多通道并行數據采集系統(tǒng)的組成？每個通道都帶有獨自的采樣/保持器、信號調理電路直接送到計算機中去。6、 逐次比較型A/D轉換器完成一次轉換所需時間與其位數和時鐘脈沖頻率的關系？位數愈多,時鐘頻率越高，轉換所需時間越短。7、 如圖，試述采樣與保持的工作原理?如圖所示當開關S閉合時，輸入模擬量對電容C充電，這是采樣過程;開關斷開時，電容C上的電壓保持不變，這是保持過程.8、簡答題:為什么A/D轉換需要采樣、保持電路？信號采集通道中是否需要采樣/保持器的依據是什么？依據是：模擬信號進行A/D轉換時，從啟動、轉換結束到輸出數字量，需要一定的轉換時間。在此轉換時間內，模擬信號要基本保持不變，否則轉換精度沒有保證，能完成這種功能的器件叫采樣/保持器。9、分析題：1、如圖逐次逼近型ADC轉換器的工作原理？答：工作原理:逐次比較型A/D轉換器，就是將輸入模擬信號與不同的參考電壓做多次比較，使轉換所得的數字量在數值上逐次逼近輸入模擬量的對應值。10、計算題例:3-1、若一理想的3位ADC滿刻度模擬輸入為10V,當輸入為7V時，求此ADC采用自然二進制編碼時的數字輸出量.3—2、設某12位A/D轉換器的輸入電壓為0―-+5V，求出當輸入模擬量為下列值時輸出的數字量：(1)1.25V； (2)2V; (3)2.5V(4)3.75V; (5)4V； (6)5V1。 因為：3位ADC滿刻度模擬輸入為10V的輸出量：精確度：10—10*1/23=10*7/8=8.75(V)所以：10/7=8.75/x;x=7*8.75/10=6.125(V)N=(212-1)U/UMUM=5V； 212=4096解：N=(212—1)*1.25/5=1023。75~210;同理以此類推.一、填空選擇題:1、 模擬量輸入通道的任務是什么？把模擬量信號轉換成PC機可以接收的數字量信號。2、 模擬多路開關的工作原理？模擬多路開關是一種重要器件，在多路被測信號共用一路A/D轉換器的數據采集系統(tǒng)中，通常用來將多路被測信號分別傳送到A/D轉換器進行轉換，以便PC機能對多路被測信號進行處理。3、 程控增益放大器的工作原理？利用PC機采用軟件控制的辦法來實現(xiàn)增益的自動變換。4、 跨接器的作用？短接。二、計算題1、某數據采集系統(tǒng)具有8個模擬通道?各通道輸入信號的頻率可達5kHZ,而且至少要用每個采樣周期10個采樣點的速度進行采樣。問:(1)多路開關的切換速率應是多少？(2)可選用什么類型的多路開關？答：選用AD7501單片集成的CMOS8選1多路模擬開關。切換速率為：t=1/5=0。2ms；v=10/0。2=50(kbt)二、填空與選擇題：1、 (CPU)和外設之間輸入/輸出數據的傳送方式通常有哪二種？各起什么作用？程序控制傳送方式；中斷傳送方式?！?傳送方式假設外設已做好傳送數據的準備,CPU不必預先查詢外設的狀態(tài)。②在查詢傳送方式下,CPU要不斷地查詢外設，當外設沒有準備好時，CPU要等待，致使CPU的利用率不高。2、 串行通信的三種制式？其工作方式如何？為單工、半雙工和全雙工三種制式。3、 異步串行通信接口主要有哪幾個？RS-232接口;RS-449、RS-422和RS-485接口以及20mA電流環(huán).4、接口電路的作用?由于CPU與外設之間速度不匹配等原因，在主機和外設之間需要加入接口電路。三、簡答題：1、 CPU與I/O設備數據傳送的查詢式輸入輸出方式以及中斷方式輸入輸出的流程？2、 RS-449與RS-232C的主要區(qū)別？答：1、2.RS—232C是利用傳輸信號與公共地的電壓差，RS-449是利用信號導線之間的信號電壓差.RS—449規(guī)定了兩種接口標準連接器，一種為37腳，一種為9腳。RS—449比RS-232C傳輸速率高，通信距離長，噪聲低，RS-449通信電纜可與多個設備并聯(lián)。四、分析題1、結合圖分析說明AD574的12位ADC轉換器及接口電路的工作過程，編寫完成一次A/D轉換的接口程序.四、分析題1、一、填空與選擇題：1、 內部或外部噪聲對有用信號的不良作用。2、 傳導耦合，靜電耦合，電磁耦合，公共阻抗耦合.3、 現(xiàn)場信號的參考接地點與PC機系統(tǒng)輸入或輸出通道的參考接地點之間存在一個電位差Ucm。這個電位差Ucm是加在放大器輸入端上共有的干擾電壓,故稱共模干擾電壓。措施具體的有變壓器隔離、光電隔離與浮地屏蔽等三種措施.4、 即噪聲源、有對噪聲敏感的接