【導(dǎo)讀】近年來，隨著信號采集技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對信號采集系統(tǒng)性能的要求越來越高。遠(yuǎn)鏡星系探測、工業(yè)生產(chǎn)中檢測成品等等。為了提高信號采集系統(tǒng)的功能，國內(nèi)外眾多。生產(chǎn)廠商更加專注于研究采集卡。高性能采集卡的設(shè)計(jì)成為他們設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。這些數(shù)據(jù)采集卡需要插在主機(jī)的的PCI插槽或ISA插槽上，使用不方便等。輸速度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。因此，基于USB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在通信、遙感、智能儀器表、工業(yè)自動化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。MPS-010601采集卡的軟件部分應(yīng)用VC++編寫控制軟件，對信號采集系統(tǒng)、模數(shù)。轉(zhuǎn)換、信號顯示、信號通信等程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 間過長影響程序執(zhí)行效率。 int DeviceNumber：操作所針對的設(shè)備號。 ?extern C int Counter（ int *Counter1,int *Counter2， int DeviceNumber） 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 int Counter 函數(shù)執(zhí)行讀取計(jì)時器計(jì)數(shù)值的功能。若函數(shù)執(zhí)行成功，返回 1；執(zhí)行失敗返回 0。 int *Counter1：指向保存計(jì)數(shù)器 1計(jì)數(shù)值的變量的指針。指針?biāo)赶虻膶ο鬄檎蛿?shù)，函數(shù)成果執(zhí)行后該整型數(shù)將被更新為最新的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值。計(jì)數(shù)值范圍為 065535，超出后將重新從 0 計(jì)數(shù)。執(zhí)行 SetPara 函數(shù)后，計(jì)數(shù)值的值將被清零。 int *Counter2：指向保存計(jì)數(shù)器 2計(jì)數(shù)值的變量的指針。指針?biāo)赶虻膶ο鬄檎蛿?shù)，函數(shù)成果執(zhí)行后該整型數(shù)將被更新為最新的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值。計(jì)數(shù)值范圍為 065535，超出后將重新從 0 計(jì)數(shù) 。執(zhí)行 SetPara 函數(shù)后，計(jì)數(shù)值的值將被清零。 int DeviceNumber：操作所針對的設(shè)備號。 程序驅(qū)動安裝說明 Windows 7 系統(tǒng)中，打開 MPSSoftwareRuntimeLib，然后再打開 Installer，選擇文件名為“ ”的應(yīng)用程序，如圖 3— 1 所示： 圖 31 安裝過程 雙擊執(zhí)行 setup 進(jìn)行安裝，就會開始安裝驅(qū)動程序， 如圖 3— 2 所示： 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 圖 32 安裝驅(qū)動 點(diǎn)擊“ Next” ,選擇軟件裝載地址， 如圖 3— 3 所示： 圖 33 選擇地址 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 點(diǎn)擊“ Next”，進(jìn)行軟件裝載， 如圖 3— 4 所示： 圖 34 裝載中 軟件安裝成功，如圖 35所示： 圖 35 安裝成功 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 按照 的軟件安裝過程中的步驟安裝驅(qū)動程序，安裝成功后點(diǎn)擊“ MPS010601”文件，打開“ ”，再點(diǎn)擊“采集卡綜合應(yīng)用程序 【 MPS010601】”，如圖 36所示： 圖 36 文件地址 雙擊“多功能綜合應(yīng)用程序【 MPS010601】 .exe”應(yīng)用程序，就會得到 采集界 圖 37所示： 圖 3— 7 采集界面 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 如果不能成功打開到采集界面圖，就說明 的軟件安裝程序不成功，應(yīng)該重新檢查檢查，發(fā)現(xiàn)問題后再重新進(jìn)行安裝。 本章小結(jié) 本章節(jié)主要描述了信號采集卡的軟件設(shè)計(jì)，主要介紹了動態(tài)鏈接庫 DLL 的調(diào)用以及編輯函數(shù)和參數(shù)，然后又講解了驅(qū)動程序的安裝步驟，最終如何成功打開采集界面，可以很好的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 第 4 章 信號采集與處理 信號采集的 相關(guān)知識 信號采集是綜合了傳感器 (前端 )的模擬信號處理、模擬信號數(shù)字化、數(shù)字信號處理和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等，來實(shí)現(xiàn)對外界信息獲取的一門綜合技術(shù)。它借助于各種類型的傳感器檢測外部世界的各種信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，然后進(jìn)行信號調(diào)理和 A/D 轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)換成為能夠在數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)一步處理的數(shù)字信號。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞，主要取決于它的精度和速度。在保證精度的條件下，應(yīng)有盡可能高的采樣速度，以滿足實(shí)時采集、實(shí)時處理和實(shí)時控制對速度的要求。 4． 1． 1 信號的分類 1．信號類型 信號 采集前， 需要了解將要采集的信號特性 ，因?yàn)椴?同 的 信號 對 測量方式和采集系統(tǒng)的要求是 不一樣的 ，只有了解 了 被測信號 的特性 ， 才會選用合適的測量方式和采集系統(tǒng) 。 信號通常都包含一定信息量的函數(shù)，根據(jù)所裝載信息方式的不同，可以將信號分為模擬信號和數(shù)字信號。接下來就分別介紹這兩類信號的具體特征： 1. 數(shù)字信號 第一 種叫做 開關(guān)信號。一個開關(guān)信號 所承 載的信息 量 與 該 信號 所處的 瞬 時 狀態(tài)有 直接的 關(guān) 系 。 邏輯門電路 信號就是開關(guān)信號，一個 邏輯門電路 信號 電壓在 2~5V 范圍內(nèi) ，就 稱之 為高電 位；而 在 0~ 之間，就 稱之 為低電 位 。 第二 種 是脈沖信號。 這類信號包含 一 連串 的 脈沖狀態(tài) 轉(zhuǎn)換， 而 信 息就包含在 脈沖 狀態(tài)變化的次數(shù) 、 變化的快慢 、一個 變化 間隔或多個 變化的時間間隔里 。 馬達(dá)軸上安裝的編碼器產(chǎn)生的就是數(shù)字脈沖輸出信號 。 但 有些 設(shè)備則是 需要數(shù)字輸入 脈沖的 ， 例 如一個步進(jìn)式馬達(dá) 就需要輸入數(shù)字脈沖來改變其位置和速率 。 2. 模擬信號 第一類模擬信號是 直流信號 ，指的 是 不變 的或變化 很慢 的信號。直流信號中最重要的信息 就隱含在幅度中 。常見的直流信號有 電流 、 電壓 、 摩擦力 、 運(yùn)動速度 等。 第二類是時域信號。該信號 不同 的地方 在于， 時域信號 在 傳輸 信息時 既包含 信號的電壓值 ， 又顯示出 電 壓值 隨時間的變化 而變化的狀態(tài) 。在測量一個時域信號， 即一個波形時，需要關(guān)注一些有關(guān)波形形狀的特性，比如 幅度 、 頻率 等。測量 某段 信號 的時候 ，必須要截取一段準(zhǔn)確的信號序列 ，序列 之間要求對應(yīng) 合適 的時間間隔 ，以保證信號的有用部分被采集到。 另外要使用合適的測量速度 ， 這樣就能 跟上波形的 突變 。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 第三類則是 頻域信號 ，與 時域信號 相似 ， 但所采集到的信息是包含在信號本身當(dāng)中的 ， 既 不 與 波形 相關(guān) ， 又 不 會隨著 時間 的推移而發(fā)生改變 。 以上涉及到的信號之間沒有相互的聯(lián)系 。一個 單一 的信號 也許傳遞很多信息 ， 不過 可以 不同的方法 來 描述 并 分析 ， 用不同的處理方式分析該信號，因而 從信號中取出需要的各種信 息。 信號調(diào)制 從傳感器采集到的信號一般都要通過分析處理才能進(jìn)入信號采集裝置，信號分析處理功能大致包括放大、隔離、濾波、激勵、線性、數(shù)字信號處理等。根據(jù)實(shí)際操作中具體電路不同，所以，除了這些通用功能，還要依據(jù)實(shí)際操作中電路的特征和需求來研究符合要求的信號處理模塊。接下來介紹的是信號調(diào)制中的幾大步驟： ：從 采集到的 信號中除去 不必要的部分 。 絕大部分 信號 處理模板都包括 有低通濾波器， 目的是 來 消除噪聲 。 同時， 為了 過濾掉 信號中 超過范圍的不符合要求的頻率信號 ， 信號采集器 還 必須裝載 抗混疊 濾波器。 一些性能高的信號采集器本身就裝載該裝置 。 ： 細(xì)微的 信號 都需要經(jīng)過 放大 來增強(qiáng)分辨能力 和 消除噪音 ， 這樣就會使得放大后信號的電壓和 模數(shù)轉(zhuǎn)換所要求的 電壓相 符合 。信號 處理模板要與 信號 發(fā)射 源 或采集器的距離要很近 ， 因此 信號 在傳輸過程中還沒被其他因素影響 之前 就 已被放大， 從而降低了信噪比 。 ：使用 電壓轉(zhuǎn)換器 、 光電轉(zhuǎn)換 等方法在 信號源 和 信號采集器 之間傳遞信號，避免 了直接的電信號的影響 。 使用 隔離 處理 的原因有兩個：一是考慮 到隔離過后會更加的 安全；二是可 以 使 得 從數(shù)據(jù)采集卡 讀取 的 信號 不受 采集器本身 和輸出電信號的 影響。 如果信號 采集 器 與信號之間 存在 電位差， 但是又不 隔離 處理 ， 那樣就極大可能的產(chǎn)生回路，導(dǎo)致誤差 。 ： 一些傳感器可以通過信號處理來獲得激勵信號 ，比如 光敏電阻 、 壓力傳感器等 就需要獲取這一類型的信號 。 大多數(shù) 信號 處理 模塊都 可以 提供電流源 或 電壓源 ，從而使得 傳感器 產(chǎn)生 激勵 信號 。 ： 很多采集器 對 采樣的信號 響應(yīng) 不是 線性的，因 此必須要 對其 傳輸過程中的信號 進(jìn)行先行處理 ，以 降低信號源發(fā)出的信號所導(dǎo)致的 誤差。 然而，當(dāng)前發(fā)展的狀況則 是信號 采集系統(tǒng) 通過某些計(jì)算機(jī)處理軟件來解決這一難題 。 處 理：即 便信號源發(fā)出的是 數(shù)字信號， 可 有時 侯 也 需要進(jìn)行數(shù)字化處理，這樣才能對信號源發(fā)出 的數(shù)字信號 進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 。 絕大部分 數(shù)字信號 處 理模 板 還 裝配有常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 其 它 一些電路模塊，使用戶可以通過 信號 采集 卡 的數(shù)字 輸入 /輸入裝置 直接控制電磁閥、電燈、電動機(jī)等外部設(shè)備。 4． 2 單通路信號采集與多通路采集的區(qū)別 單通路信號采集電路就是采集單一通路內(nèi)的數(shù)據(jù)信號，比如電流、電壓、速率等。單通路信號采集電路設(shè)計(jì)簡單，結(jié)構(gòu)單一，能夠同時保證采集信號的質(zhì)量以及采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了滿足單通道內(nèi)采集數(shù)據(jù)信號的需要，一般都會采用一 種高集成度 A/D 轉(zhuǎn)換器為核心，以高性能、低功耗微控制器為采集控制器的單通道數(shù)據(jù)采集單元，該單元可以實(shí)現(xiàn)單通道信號的采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲及傳輸功能，能夠?qū)Σ杉降男盘栠M(jìn)行有效的處理和分析，從而保證采集到的信號不隨時間、地點(diǎn)、環(huán)境和條件的變化而影響。 與單通路信號采集不同，多通路信號采集電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求較高，結(jié)構(gòu)多元化，能夠同時對多通路的信號進(jìn)行同步采集，尤其是對那些傳感器種類多，分布廣，數(shù)量龐大的信號采集環(huán)境最為適合，例如，在某一高速公路的路段，需要對來往的車輛的車速進(jìn)行采集，這時候由于來往車輛較多，不同的路 段的傳感器數(shù)量較多，就需要進(jìn)行多通路信號采集的設(shè)計(jì)。多通路信號采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信號的同步采集和傳輸，在現(xiàn)代采集信號處理系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用于交通、醫(yī)學(xué)、商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域等，例如高速路段上測超速還有雷達(dá)信號捕捉不明物體等。在采集信號的時候，多通路采集系統(tǒng)采集的主要是那些相關(guān)的信息量。多通路信號采集系統(tǒng)對多個信號通道內(nèi)的信號進(jìn)行同步傳輸，得到同一時刻的采樣點(diǎn)，大大加大了信號采集器的采集信號的數(shù)量，彌補(bǔ)了單通路信號采集的不足之處。 與單通路信號采集電路相比，多通路信號采集電路設(shè)計(jì)有如下幾個優(yōu)點(diǎn)： ； 設(shè)計(jì)要求高； 。 4． 3 信號的采集 以上所講述的都是關(guān)于信號的一些基本知識以及采集信號的所必須的步驟，關(guān)于信號采集器的選取以及在實(shí)驗(yàn)過程中需要注意的事項(xiàng)都已提前了解。為了能夠成功完成實(shí)驗(yàn)，我使用了四個模擬雷達(dá)采集信號，實(shí)驗(yàn)先是從單通道信號采集做起，然后再是雙通道信號采集，最終才做多通路（四通道）信號采集，一步一步的做起的，都采集到了實(shí)驗(yàn)所需的模擬信號。 信號采集場景實(shí)物圖如下兩組圖所示。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 圖 4— 1 單、雙通道 信號采集 圖 4— 2 多通道 信號采集 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 4． 3． 1 單 通道信號采集實(shí)物測試與分析 圖 4— 3 單通道 信號采集 圖 在剛開始運(yùn)行信號采集器驅(qū)動的時候，由于對信號采集卡驅(qū)動程序不大了解，向老師求教之后順利完成驅(qū)動安裝程序。信號發(fā)生器經(jīng)過信號采集卡后，在應(yīng)用程序上顯示出了正弦波形圖，經(jīng)過波形處理后，如圖 43 所示。實(shí)驗(yàn)所使用的是示波器，規(guī)定了一定頻率的信號，以及規(guī)定了信號的波形，因而在信號采集的展示圖上成功顯示出信號的波形。 4． 3． 2 雙通道信號采集實(shí)物測試與分析 圖 4— 3 雙 通道 信號采集 圖 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 圖 4— 3（ 1）噪聲與正弦波 圖 4— 3（ 2）方波與正弦波 圖 4— 3（ 3）正弦波與方波 圖 4— 3（ 4）正弦波與三角波 利用信號發(fā)射器產(chǎn)生兩個一定頻率和波形的信號，經(jīng)過信號采集器后，波形圖顯示在雙通道信號采集器的采集界面上，上圖中分別用正弦波、三角波、方波、噪聲波形圖顯示出雙通道采集信號。 4． 3． 2 多通道信號采集實(shí)物測試與分析 圖 4— 4 多 通道 信號采集 圖 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 由于在信號采集的過程中，雷達(dá)模擬信號采集器所采集到的信號不夠 明顯，所以在采集界面上只能看到微小的信號采集結(jié)果。因此，我就嘗試使用了 MPS010601 采集卡上的另外的功能，能夠顯示出所采集的信號電壓的變化，如下圖所示，這樣就可以很好地說明信號采集結(jié)果了。 圖 4— 5 多 通道 信號采集 電壓圖 在圖 45 的 MPS 多路數(shù)據(jù)采集儀中可以明顯看到 6 四個通路的電壓值接近相同，因?yàn)樾盘柌杉ú杉降耐恍盘栐此l(fā)射出來的信號，電壓的變化幅度也接近想通。由于信號采集卡內(nèi)的信號放大裝置沒有能夠成功將信號明顯的顯示在波形圖上 ，因而只能借用其它可以識別出信號的參數(shù)來顯示采集到的信號。 本章小結(jié) 本章節(jié)主要講述了信息的一些基礎(chǔ)知識和信息調(diào)制的過程，然后就著重介紹了單、雙通路信號采集的實(shí)驗(yàn)以及分析，最后在點(diǎn)明本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要工作：多通路（四通路）信號采集的實(shí)驗(yàn)測試以及分析，完成整個畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)操作部分。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 第五章 結(jié)論 隨著信號采集技術(shù)的發(fā)展，對信號本身