数据采集与处理技术_7.

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1、数据采集与处理技术数据采集与处理技术 1 教教 学学 内内 容容 第第7 7单元单元 数据采集系统设计数据采集系统设计 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 2 7.2 7.2 系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤 7.3 7.3 系统系统A AD D通道的确定通道的确定 第第7 7单元单元 数据采集系统设计数据采集系统设计 7.1 7.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 本单元教学内容本单元教学内容 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 3 第第7 7单元单元 数据采集系统设计数据采集系统设计 7.1 7.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 数据采集与处理技术数据采集与处理技术

2、4 7.1 7.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 数据采集系统组成数据采集系统组成 硬件硬件 软件软件 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 硬件设计的基本原则硬件设计的基本原则 软件设计的基本原则软件设计的基本原则 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 5 经济合理经济合理 1.1. 硬件设计的基本原则硬件设计的基本原则 15.1 15.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 硬件设计中首先考虑的一个主要因素。硬件设计中首先考虑的一个主要因素。 系统硬件设计中，一定要注意在满足性能系统硬件设计中，一定要注意在满足性能 指标的前提下，尽可能地降低价格。指标的前提下，尽可能地降低价格。

3、 充分发挥硬件系统的技术性能是硬件充分发挥硬件系统的技术性能是硬件 设计中的设计中的重要原则重要原则之一。之一。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 6 7.1 7.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 安全可靠安全可靠 选购设备时选购设备时 要考虑工作环境的温度、湿度、压力、振要考虑工作环境的温度、湿度、压力、振 动、粉尘等要求，以保证在规定的工作环动、粉尘等要求，以保证在规定的工作环 境下，系统性能稳定、工作可靠。境下，系统性能稳定、工作可靠。 要有超量程和过载保护，保证输入、输出要有超量程和过载保护，保证输入、输出 通道正常工作。通道正常工作。 要注意对交流市电以及电火花等的隔离。

4、要注意对交流市电以及电火花等的隔离。 要保证连接件的接触可靠。要保证连接件的接触可靠。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 7 15.1 15.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 确保系统安全可靠地工作是硬件设计中确保系统安全可靠地工作是硬件设计中 应遵循的一个应遵循的一个根本原则根本原则。 有足够的抗干扰能力有足够的抗干扰能力 有完善的有完善的 抗干扰措施抗干扰措施 保证系统精度、工作保证系统精度、工作 正常的必要条件正常的必要条件 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 8 7.1 7.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 强电与弱电之间的隔离措施强电与弱电之间的隔离措施 对电磁

5、干扰的屏蔽对电磁干扰的屏蔽 正确接地、高输入阻抗下的防止漏电正确接地、高输入阻抗下的防止漏电 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 9 2.2. 软软件设计的基本原则件设计的基本原则 7.1 7.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 结构合理结构合理 目的：目的：不仅有利于程序的进一步扩充，而且不仅有利于程序的进一步扩充，而且 也有利于程序的修改和维护。也有利于程序的修改和维护。 方法：方法：程序采用结构模块化设计。程序采用结构模块化设计。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 10 7.1 7.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 操作性能好操作性能好 操作性能好操作性能好 指使用方

6、便指使用方便 在开发程序时应注意：在开发程序时应注意： 方法：方法： 考虑如何降低对操作考虑如何降低对操作 人员专业知识的要求。人员专业知识的要求。 采用图标或菜单实现人机对话，以提采用图标或菜单实现人机对话，以提 高工作效率和程序的易操作性。高工作效率和程序的易操作性。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 11 7.1 7.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 具有一定的保护措施具有一定的保护措施 保护措施保护措施 设计检测程序设计检测程序 状态检测状态检测 诊断程序诊断程序 对于重要的参数要定时存储，以对于重要的参数要定时存储，以 防止因掉电而丢失数据防止因掉电而丢失数据 数据采集与

7、处理技术数据采集与处理技术 12 7.1 7.1 系统设计的基本原则系统设计的基本原则 提高程序的执行速度提高程序的执行速度 具体具体 方法方法 汇编语言程序时，指令尽可能采用零页汇编语言程序时，指令尽可能采用零页 寻址方式，少用或不用间接寻址指令。寻址方式，少用或不用间接寻址指令。 单通道数据采集时，不要将通道选择指单通道数据采集时，不要将通道选择指 令包括在循环体内。令包括在循环体内。 尽量采用多语言混合编程，以发挥各种尽量采用多语言混合编程，以发挥各种 语言的特点，提高程序的运行速度。语言的特点，提高程序的运行速度。 给出必要的程序说明给出必要的程序说明 数据采集与处理技术数据采集与处理

8、技术 13 第第7 7单元单元 数据采集系统设计数据采集系统设计 7.2 7.2 系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 14 7.2 7.2 系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤 1. 1. 分析问题和确定任务分析问题和确定任务 在进行系统设计之前，先对要解决的问题在进行系统设计之前，先对要解决的问题 进行调查研究、分析论证进行调查研究、分析论证 根据实际应用中的问题提出具体的要求根据实际应用中的问题提出具体的要求 确定系统所要完成的数据采集任务和技术确定系统所要完成的数据采集任务和技术 指标指标 确定调试系统和开发软件的手段确定调试系统和开发软件的手段

9、初步定出系统设计的技术路线初步定出系统设计的技术路线 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 15 7.2 7.2 系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤 2. 2. 确定采样周期确定采样周期T T S S 采样周期采样周期T T S S 决定了采样数据的质量和数量。决定了采样数据的质量和数量。 必须按照采样定理来确定采样周期。必须按照采样定理来确定采样周期。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 16 7.2 7.2 系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤 3. 3. 系统总体设计系统总体设计 一般应做以下几项工作一般应做以下几项工作 进行硬件和软件的功能分配进行硬件和软件的功能分配 系统系统A

10、AD D通道方案的确定通道方案的确定 确定微型计算机的配置方案确定微型计算机的配置方案 操作面板的设计操作面板的设计 系统抗干扰设计系统抗干扰设计 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 17 7.2 7.2 系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤 4. 4. 硬件和软件的设计硬件和软件的设计 硬件设计硬件设计 采用单片机的硬件设计过程采用单片机的硬件设计过程 明确硬件设计任务明确硬件设计任务 尽可能详细地绘制出逻辑图、电路图尽可能详细地绘制出逻辑图、电路图 制作电路和调试电路制作电路和调试电路 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 18 7.2 7.2 系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤 软件

11、设计软件设计 软件设计的一般过程：软件设计的一般过程： 明确软件设计任务明确软件设计任务 按功能划分程序模块并绘出流程图按功能划分程序模块并绘出流程图 程序设计语言的选择程序设计语言的选择 调试程序调试程序 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 19 7.2 7.2 系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤 5. 5. 系统联调系统联调 步骤步骤 在实验室里，对已知的标准量进行采集在实验室里，对已知的标准量进行采集 和比较，验证系统设计是否正确和合理和比较，验证系统设计是否正确和合理 现场进行实际数据采集试验。在现场试现场进行实际数据采集试验。在现场试 验中测试各项性能指标验中测试各项性能指标 修

12、改和完善程序修改和完善程序 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 20 第第7 7单元单元 数据采集系统设计数据采集系统设计 7.37.3 系统系统A AD D通道的确定通道的确定 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 21 7.3 7.3 系统系统A AD D通道的确定通道的确定 1.1. 系统系统A AD D通道芯片的选择通道芯片的选择 模拟多路开关的选择模拟多路开关的选择 主要参数是主要参数是 精度和速度精度和速度 精度以传输误差的大小来间接精度以传输误差的大小来间接 表示表示 速度以信号通过多路开关的通速度以信号通过多路开关的通 过率来间接表示过率来间接表示 数据采集与处理技术数据采集

13、与处理技术 22 7.3 7.3 系统系统A AD D通道的确定通道的确定 传输误差传输误差 导通电阻加上信号源阻抗与负导通电阻加上信号源阻抗与负 载阻抗构成的分压载阻抗构成的分压 漏电流在信号源阻抗上产生偏漏电流在信号源阻抗上产生偏 移电压移电压 通过率通过率 从一个通道切换并使下一个通道从一个通道切换并使下一个通道 建立到规定精度所能达到的最高建立到规定精度所能达到的最高 切换率切换率 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 23 7.3 7.3 系统系统A AD D通道的确定通道的确定 通过率大小通过率大小 取决于多路开关建立时间，并取决于多路开关建立时间，并 与规定的建立精度有关与规定的

14、建立精度有关 多路开关被设计为先断后通，多路开关被设计为先断后通， 这增加了断开到接通的延时这增加了断开到接通的延时 在确定多路开关的通过率时，要根据系统在确定多路开关的通过率时，要根据系统 的采样速率来考虑。的采样速率来考虑。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 24 7.3 7.3 系统系统A AD D通道的确定通道的确定 采样保持器的选择采样保持器的选择 选择依据选择依据 速度速度 精度精度 作为最主要的因素作为最主要的因素 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 25 还要考虑以下问题：还要考虑以下问题： 7.3 7.3 系统系统A AD D通道的确定通道的确定 输入信号的量程输入信号

15、的量程 采样保持器进入保持状态时，允许的孔径不定采样保持器进入保持状态时，允许的孔径不定 （抖动）是多大？（抖动）是多大？ 保持时间多长和允许多大电压降保持时间多长和允许多大电压降 对电源的波动提出什么要求？对电源的波动提出什么要求？ 采样保持器的输入偏置电流流过多路开关的导采样保持器的输入偏置电流流过多路开关的导 通电阻和信号源内阻会造成多大的偏移电压。通电阻和信号源内阻会造成多大的偏移电压。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术 26 7.3 7.3 系统系统A AD D通道的确定通道的确定 表表15-1 15-1 采样保持器的误差估算采样保持器的误差估算 误差源误差源 性性 能能 误误 差差