电子科技大学：《虚拟仪器技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第4章 DAQ虚拟仪器硬件技术

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》 DAS的基本结构图表示如下 三杏门 池址译码器 控等器 型计算积 领存器 第5页

《虚拟仪器技术》 第5页 DAS的基本结构图表示如下

《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

《虚拟仪器技术》 2.输入通道特点 作为信号获取的门户和通道,输入通道具有以下 特点: >1)输入通道要靠近信号拾取对象 2)输入通道常常是一个模拟和数字的混合电路 3)输入通道电路设计与多种因素相关 >4)输入通道的环境无主观选择余地 5)输入通道靠近现场,易受干扰 第10页

《虚拟仪器技术》 第10页 2．输入通道特点 作为信号获取的门户和通道，输入通道具有以下 特点： ➢ 1）输入通道要靠近信号拾取对象 ➢ 2）输入通道常常是一个模拟和数字的混合电路 ➢ 3）输入通道电路设计与多种因素相关 ➢ 4）输入通道的环境无主观选择余地 ➢ 5）输入通道靠近现场，易受干扰