【正文】 當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿時 ,由其進(jìn)位信號向單片機(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。當(dāng) = 0時 ,存儲器則成為 8751的外部數(shù)據(jù)存儲器 , 此時單片機(jī)可讀取其中的數(shù)據(jù)。 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)存儲器的地址線和數(shù)據(jù)線連向何處。其作用有 : (1)負(fù)責(zé) A/D 轉(zhuǎn)換過程的啟動及完成控制 。其硬件框圖如圖 所示。這樣就實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)的正確存儲，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。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 41 頁 41 圖 串井轉(zhuǎn)換電路 串并轉(zhuǎn)換電路由一個串行的移位寄存器和兩個并行的移位寄存器構(gòu)成，其高速時鐘由可以通過鎖相環(huán) PLL 提供， PLL 產(chǎn)生的高速時鐘在通過分頻電路得到 4分頻的低速時鐘。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，以滿足存儲器工作速度的要求。該方法避免了多個存儲器的使用，只需利用一個大容量的存儲器就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，實(shí)現(xiàn)起來相對分時存儲簡單。其原理圖如下圖 所示。 高速數(shù)據(jù)存儲 分時存儲 分時存儲技術(shù)利用一個高速鎖存器將采集的高速數(shù)據(jù)鎖存，而后利用多個相對慢速的存儲器對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲以保證數(shù)據(jù)存儲的可靠性。 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。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。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。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濾除雜波，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雜散多。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。因此，如何得到高質(zhì)量的采樣時鐘是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)非常關(guān)心的問題。 圖 多通道并行時間交替采樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 時鐘頻率合成技術(shù) 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 39 頁 39 對于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采樣時鐘的相位抖動以及分辨率是非常重要的指標(biāo)。每片 A/D 的采樣率為 fs，采樣周期為 T=1/sf，每片 A/D 采樣時間間隔為采樣時鐘周期 T 的 1/N。 并行時間交替采樣，是指將輸入信號同時送到多個通道， A/D 轉(zhuǎn) 換器按照各自的采樣時鐘工作，整個系統(tǒng)的采樣率為多片 A/D 采樣率的總和。所謂延遲線的方式，是指將輸入信號直接送入系統(tǒng)的一個通道，同時，輸入信號經(jīng)延遲線后依次送入另外的 N一 1通道，信號進(jìn)入每個通道的延遲時間為 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。 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。但是隨機(jī)取樣也存在著弊端，不能觀測非周期信號。順序采樣不能采樣非周期信號。又由于所有的采樣點(diǎn)是以信號出現(xiàn)的時間為順序的，因此利于波形的顯示處理。 實(shí)時取樣的原則是從數(shù)字化一開始，就按照一個固定的次序來采集的，一直將整個波形采樣完畢后存入波形存儲器中。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)原來的模擬信號，如果采樣頻率大于 2倍奈氏頻率，那么就可以放寬對低通濾波器截至頻率的要求。編碼就是用一定位數(shù)的二進(jìn)制碼 (稱為一個碼字 )來表示某一量化值。 對于均勻量化，量化間隔為常量，即 =q(k=1， 2，．．． L)。因此量化過程中必然存在誤差，這種誤差稱為量化誤差。 3．量化與編碼 量化就是把一個連續(xù)函數(shù)的無限個數(shù)值的集合映射為一個離散函數(shù)的有限個數(shù)值的集合。て是取樣過程的持續(xù)時間，稱為孔徑時間。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁 36 圖 采樣保持過程 模擬輸入信號 X(t)經(jīng)取樣一保持后的波形。因此，在前后兩次取樣的空擋時間間隔 內(nèi)，可將取樣所得模擬信號值暫時存放在存儲介質(zhì)上，通常是電容器上，以便將它量化和編碼。轉(zhuǎn)換過程可以用圖 表示： 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁 35 圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換過程 （ 1）采樣保持 所謂采樣就是不斷地以固定的時間間隔采集模擬信號當(dāng)時的瞬時值。連續(xù)的模擬信號 x(t)按一定時間間隔采樣 保持后得到臺階信號，在經(jīng)過量化變?yōu)榱炕盘?，最后編碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 X(n)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程 模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通常分成三個步驟進(jìn)行。用它的“快進(jìn)慢出”來解決高速 A／ D 轉(zhuǎn)換與低速計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸之間的矛盾。 （ 5）數(shù)據(jù)緩存電路 對于高速數(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)無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理，因此需要存儲器對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。對于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要有逐次逼近型、并行比較型 (閃爍型 )等分級型 (半閃爍型 )等幾種電路結(jié)構(gòu)。 （ 4） A/D 轉(zhuǎn)換器 模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號之后，才能利用微處理系統(tǒng)對其處理。當(dāng)輸入信號的頻率較高時，就會產(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)換器開始轉(zhuǎn)換之前將信號的電平保持，轉(zhuǎn)換之后又能跟蹤輸入信號的變化，保證較高的轉(zhuǎn)換精度。而傳感器和電路中器件不可避免的會產(chǎn)生噪聲， 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁 34 周圍各種各樣的發(fā)射源也會使信號混合上噪聲，因此需要利用濾波器衰減噪聲以提高輸入信號的信噪比。理想的傳感器能夠?qū)⒈粶y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，來自傳感器的模擬信號一般都是比較弱的低電平信號，因此需要對信號進(jìn)行放大。理想的傳感器能夠?qū)⒏鞣N被測量轉(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。如圖 所示。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。它在自動測試、生產(chǎn)控制、通信、信號處理等領(lǐng)域占有極其 重要的地位。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁 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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