【正文】 向我的指導(dǎo)老師表示最誠(chéng)摯的謝意 ！ 寫(xiě)到這里 ，我的這篇論文已接近尾聲；歲月如梭，我大學(xué) 的思念 時(shí)光也即將敲響結(jié)束的鐘聲。在制作畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我曾經(jīng)向老師們和同學(xué)們請(qǐng)教過(guò)不少的問(wèn)題，老師們的熱情解答和同學(xué)們的熱心幫助才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能較為順利的完成。它在自動(dòng)測(cè)試、生產(chǎn)控制、通信、信號(hào)處理等領(lǐng)域占有極其 重要的地位。如圖 所示。理想的傳感器能夠?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成高輸出電平的電量，但是實(shí)際情況下，數(shù)據(jù)采集時(shí)，來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)一般都是比較弱的低電平信號(hào)，因此需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率較高時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，為了防止這種誤差的產(chǎn)生，必須在 A/D 轉(zhuǎn)換器開(kāi)始轉(zhuǎn)換之前將信號(hào)的電平保持，轉(zhuǎn)換之后又能跟蹤輸入信號(hào)的變化，保證較高的轉(zhuǎn)換精度。對(duì)于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要有逐次逼近型、并行比較型 (閃爍型 )等分級(jí)型 (半閃爍型 )等幾種電路結(jié)構(gòu)。用它的“快進(jìn)慢出”來(lái)解決高速 A／ D 轉(zhuǎn)換與低速計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸之間的矛盾。連續(xù)的模擬信號(hào) x(t)按一定時(shí)間間隔采樣 保持后得到臺(tái)階信號(hào)，在經(jīng)過(guò)量化變?yōu)榱炕盘?hào)，最后編碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) X(n)。因此，在前后兩次取樣的空擋時(shí)間間隔 內(nèi)，可將取樣所得模擬信號(hào)值暫時(shí)存放在存儲(chǔ)介質(zhì)上，通常是電容器上，以便將它量化和編碼。て是取樣過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，稱為孔徑時(shí)間。因此量化過(guò)程中必然存在誤差，這種誤差稱為量化誤差。編碼就是用一定位數(shù)的二進(jìn)制碼 (稱為一個(gè)碼字 )來(lái)表示某一量化值。 實(shí)時(shí)取樣的原則是從數(shù)字化一開(kāi)始，就按照一個(gè)固定的次序來(lái)采集的，一直將整個(gè)波形采樣完畢后存入波形存儲(chǔ)器中。順序采樣不能采樣非周期信號(hào)。 利用多片低采樣率 的 A/D轉(zhuǎn)換器并行工作實(shí)現(xiàn)高采樣率有兩種方式。 并行時(shí)間交替采樣，是指將輸入信號(hào)同時(shí)送到多個(gè)通道， A/D 轉(zhuǎn) 換器按照各自的采樣時(shí)鐘工作，整個(gè)系統(tǒng)的采樣率為多片 A/D 采樣率的總和。 圖 多通道并行時(shí)間交替采樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 時(shí)鐘頻率合成技術(shù) 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 39 頁(yè) 39 對(duì)于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采樣時(shí)鐘的相位抖動(dòng)以及分辨率是非常重要的指標(biāo)。頻率合成的實(shí)現(xiàn)方法主要三種方式 :直接模擬頻率合成法、間接頻率合成和直接數(shù)字頻率合成。其優(yōu)點(diǎn)是由于鎖相環(huán)路相當(dāng)于一窄帶跟蹤濾波器。 DDS 技術(shù)則具有高速頻率轉(zhuǎn)換能力、高度的頻率和相位分辨能力，但目前尚不能做到寬帶，頻譜純度也不如 PLL。其原理圖如下圖 所示。串并轉(zhuǎn)換電路的基本原理為數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)依次存入串行移位寄存器中，然后并行輸出，降低了傳輸數(shù)據(jù)的速度，以滿足存儲(chǔ)器工作速度的要求。這樣就實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)的正確存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)中根據(jù)數(shù)據(jù)的頻率選擇合適移位寄存器，以滿足設(shè)計(jì)的要求。其作用有 : (1)負(fù)責(zé) A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程的啟動(dòng)及完成控制 。當(dāng) = 0時(shí) ,存儲(chǔ)器則成為 8751的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 , 此時(shí)單片機(jī)可讀取其中的數(shù)據(jù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿時(shí) ,由其進(jìn)位信號(hào)向單片機(jī) I。該計(jì)數(shù)器為 16 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ,由四片 74LS161 四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)構(gòu)成 [4],各片的異步清除端連在一起并由單片機(jī) 腳控制。 地址選擇器和數(shù)據(jù)選擇器的功能是在單片機(jī) 口線的控制下決定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址線和數(shù)據(jù)線連向何處。其硬件框圖如圖 所示。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 41 頁(yè) 41 圖 串井轉(zhuǎn)換電路 串并轉(zhuǎn)換電路由一個(gè)串行的移位寄存器和兩個(gè)并行的移位寄存器構(gòu)成，其高速時(shí)鐘由可以通過(guò)鎖相環(huán) PLL 提供， PLL 產(chǎn)生的高速時(shí)鐘在通過(guò)分頻電路得到 4分頻的低速時(shí)鐘。該方法避免了多個(gè)存儲(chǔ)器的使用，只需利用一個(gè)大容量的存儲(chǔ)器就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)分時(shí)存儲(chǔ)簡(jiǎn)單。 高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 分時(shí)存儲(chǔ) 分時(shí)存儲(chǔ)技術(shù)利用一個(gè)高速鎖存器將采集的高速數(shù)據(jù)鎖存，而后利用多個(gè)相對(duì)慢速的存儲(chǔ)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)以保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性。直接數(shù)字合成技術(shù)具有相位變換連續(xù)、頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率分辨率高、相位噪聲低、頻率穩(wěn)定 度高、集成度高、易于控制等多種優(yōu)點(diǎn)，但是 DDS（直接數(shù)字式頻率合成器）自身特點(diǎn)所造成的雜散以及頻率較低成為限制 DDS 應(yīng)用的主要因素。直接模擬頻率合成法的優(yōu)點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換速度快，相位噪聲低，缺點(diǎn)是需要很多中心頻率不同的窄帶濾波器來(lái)濾除雜波，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雜散多。因此，如何得到高質(zhì)量的采樣時(shí)鐘是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)非常關(guān)心的問(wèn)題。每片 A/D 的采樣率為 fs，采樣周期為 T=1/sf，每片 A/D 采樣時(shí)間間隔為采樣時(shí)鐘周期 T 的 1/N。所謂延遲線的方式，是指將輸入信號(hào)直接送入系統(tǒng)的一個(gè)通道，同時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)延遲線后依次送入另外的 N一 1通道，信號(hào)進(jìn)入每個(gè)通道的延遲時(shí)間為 A/D轉(zhuǎn)換器采樣周期的 T的 1/N，各通道A/D 的采樣時(shí)鐘相同，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，這樣就提高了系統(tǒng)的采樣率。但是隨機(jī)取樣也存在著弊端，不能觀測(cè)非周期信號(hào)。又由于所有的采樣點(diǎn)是以信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間為順序的，因此利于波形的顯示處理。需要指出的是，如果用 2 倍奈奎斯特頻率采樣 2fm，則必須使用截止頻率為 fm 的理想低通濾波器才能恢復(fù)原來(lái)的模擬信號(hào)，如果采樣頻率大于 2倍奈氏頻率，那么就可以放寬對(duì)低通濾波器截至頻率的要求。 對(duì)于均勻量化，量化間隔為常量，即 =q(k=1， 2，．．． L)。 3．量化與編碼 量化就是把一個(gè)連續(xù)函數(shù)的無(wú)限個(gè)數(shù)值的集合映射為一個(gè)離散函數(shù)的有限個(gè)數(shù)值的集合。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁(yè) 36 圖 采樣保持過(guò)程 模擬輸入信號(hào) X(t)經(jīng)取樣一保持后的波形。轉(zhuǎn)換過(guò)程可以用圖 表示： 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁(yè) 35 圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程 （ 1）采樣保持 所謂采樣就是不斷地以固定的時(shí)間間隔采集模擬信號(hào)當(dāng)時(shí)的瞬時(shí)值。 模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程 模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通常分成三個(gè)步驟進(jìn)行。 （ 5）數(shù)據(jù)緩存電路 對(duì)于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集量化后的數(shù)據(jù)速率非常高而且數(shù)量大，微處理系統(tǒng)無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，因此需要存儲(chǔ)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。 （ 4） A/D 轉(zhuǎn)換器 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后，才能利用微處理系統(tǒng)對(duì)其處理。而傳感器和電路中器件不可避免的會(huì)產(chǎn)生噪聲， 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁(yè) 34 周圍各種各樣的發(fā)射源也會(huì)使信號(hào)混合上噪聲，因此需要利用濾波器衰減噪聲以提高輸入信號(hào)的信噪比。理想的傳感器能夠?qū)⒏鞣N被測(cè)量轉(zhuǎn)換為高輸出電平的電量，提供零輸出阻抗，具有良好的線性。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的采樣頻率一般在幾十 MHz到幾百 MHz。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) 32 參考文獻(xiàn) [1] 趙建軍 . 中心地理論在實(shí)踐中的應(yīng)用 [J]. 青島大學(xué) ， 20xx 年 [2] 王士君等 . 中心地理論創(chuàng)新與發(fā)展的基本視角和框架 [J]. 地理科學(xué)進(jìn)展 ，20xx. 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