虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號處理(已修改)
2025-05-29 06:17 本頁面
【正文】 第 6 章 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號處理 第 6章 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與信號處理 ?教學重點 ? 數(shù)據(jù)采集 ? 信號產(chǎn)生 ? 信號的時域分析 ? 信號的頻域分析 ? 數(shù)字濾波器 ? 曲線擬合 數(shù)據(jù)采集 ? LabVIEW作為一種圖形化的虛擬儀器開發(fā)平臺 ， 在數(shù)據(jù)采集 ， 信號的產(chǎn)生 、 分析與處理上有明顯的優(yōu)勢 。 LabVIEW提供了非常豐富的數(shù)據(jù)采集 ， 信號發(fā)生 、 分析與處理函數(shù) 。 ? 虛擬儀器主要用于獲取真實物理世界的數(shù)據(jù) ，也就是說 ， 虛擬儀器必須要有數(shù)據(jù)采集的功能 。 從這個角度來說 ， 數(shù)據(jù)采集就是虛擬儀器設計的核心 ， 使用虛擬儀器必須要掌握如何進行數(shù)據(jù)采集 。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的含義 ? 在科研 、 生產(chǎn)和日常生活中 ， 需要經(jīng)常對 模擬量（ 如溫度 、 壓力 、 流量 、 速度 、 位移等 ） 進行測量和控制 。 數(shù)據(jù)采集 （ Data Acquisition， DAQ） ，就是將被測對象的各種參量 （ 物理量 、 化學量 、 生物量等 ） 通過各種傳感器作適當轉(zhuǎn)換后 ， 再經(jīng)信號調(diào)理 、 采樣 、 量化 、 編碼 、 傳輸?shù)炔襟E送到計算機進行數(shù)據(jù)處理或記錄的過程 。 ? 用于數(shù)據(jù)采集的成套設備稱為 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) （ Data Acquisition System， DAS） 。 ? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務 ， 就是通過傳感器從被測對象獲取有用信息 ， 并將其輸出信號轉(zhuǎn)換為計算機能識別的數(shù)字信號 ， 然后送入計算機進行相應的處理 ， 得出所需的結果 。 同時 ， 將計算機得到的數(shù)據(jù)結果進行顯示 、存儲或打印 ， 以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視 ， 其中一部分數(shù)據(jù)還將被計算機控制系統(tǒng)用來進行某些物理量的控制 。 ? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的好壞 ， 主要取決于它的 精度 和 速度 。在保證精度的前提下 ， 應具有盡可能高的采樣速度 ，以滿足實時采集 、 實時處理和實時控制對速度的要求 。 ? 現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有以下主要特點： ? 一般都含有計算機系統(tǒng)； ? 軟件的作用越來越大； ? 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理結合日益緊密； ? 采集速度快 ， 一般都具有實時特性； ? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積越來越?。? ? 總線的應用越來越廣 。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構 ? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常是由 傳感器 、 信號調(diào)理電路 、 多功能數(shù)據(jù)采集卡 （ 通常集成有模擬多路開關 、 程控放大器 、 采樣 /保持器 、 定時器 、 A/D轉(zhuǎn)換器及D/A轉(zhuǎn)換器 ） 、 計算機 及 外設 等部分組成 。 被 測 物 理 量 傳 感 器 信號 調(diào)理 數(shù) 據(jù) 采 集 卡 計算機 非電量 電信號 模擬 信號 數(shù)字 信號 ? 傳感器 傳感器是指能感受規(guī)定的被測量信號并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置 。 傳感器不但應該對被測量信號敏感 ， 而且還應具有將被測量信號的響應傳送出去的功能 。 ? 信號調(diào)理 （ 1） 放大： 電流型變送器 、 電壓型變送器 （ 2） 隔離： “ 地 ” 電位 ， 共態(tài)電壓差異 （ 3） 濾波：低通濾波器 、 抗混疊濾波器 （ 4） 激勵：外接電流或電壓激勵信號 （ 例 ， 熱電阻 ） （ 5） 線性化：驅(qū)動軟件包 ? 數(shù)據(jù)采集卡 一個典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有 模擬輸入 、 模擬輸出 、 數(shù)字 I/O、 計數(shù) /定時器 等 ， 這些功能分別由相應的單元電路來實現(xiàn) 。 （ 1） 模擬輸入 ：一般由多路開關 、 放大器 、 采樣保持電路以及 A/D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn) 。 （ 2） 模擬輸出：為系統(tǒng)提供輸出或控制信號 （ D/A） 。 （ 3） 數(shù)字 I/O：通常用來控制過程 、 產(chǎn)生測試信號 、 與外設通信等 。 它的基本參數(shù)包括數(shù)字接口路數(shù) 、 收 /發(fā)數(shù)據(jù)速率 、驅(qū)動能力等 。 （ 4） 計數(shù) /定時器：計數(shù)器包括 3個重要信號：門限信號 、 計數(shù)信號 、 輸出 。 數(shù)據(jù)采集卡的選用與配置 ? 數(shù)據(jù)采集卡：在計算機控制下完成數(shù)據(jù)采集和控制任務的板卡 。 數(shù)據(jù)采集卡分為 內(nèi)插式采集卡和 外掛式 采集卡 。 ? 內(nèi)插式采集卡包括基
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