【正文】 。例如，一個(gè)企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)人要通過市場調(diào)查，分析所得數(shù)據(jù)以判定市場動(dòng)向，從而制定合適的生產(chǎn)及銷售計(jì)劃。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)工作的質(zhì)量和速度如何，對(duì)整個(gè)科研工作的影響也是很大的。在近幾十年來 IC 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，為數(shù)據(jù)采集與分析提供了非常良好與可靠的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，也提出了更高的要求和強(qiáng)有力的推動(dòng)。所以，近幾十年來世界各國都大量投入進(jìn)行信息采集與分析的工作，尤其是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的美、英、德、法日等國與我國，都對(duì)這一技術(shù)高度重視。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了越來越廣泛得應(yīng)用，同時(shí)人們對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如：采樣率、線性度、精度、輸入范圍、控制方法以及抗干擾能力等提出了越來越高的要求，特別是精度和采樣率更是使用者和設(shè)計(jì)者所共同關(guān)注的重要問題，于是，高速及超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生并且得到了快速發(fā)展。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在國防、航天、邊緣科學(xué)研究中及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域的成功的應(yīng)用，進(jìn)一步引起了各方的關(guān)注，推動(dòng)了它的研制和發(fā)展。目前，國外很多公司與廠商都投入巨資進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制開發(fā)與生產(chǎn)銷售，其中比較著名的有 NEFF， NI、HP，TEK 等?，F(xiàn)有的高速數(shù)據(jù)采集器件和開發(fā)的產(chǎn)品中，目前還沒有完全實(shí)現(xiàn)高速、高分辨率。現(xiàn)有的高速 ADC 器件和產(chǎn)品價(jià)格都比較昂貴，有些高速、高分辨率的器件本身還存在著不穩(wěn)定性，因此，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向高速、高分辨率發(fā)展的同時(shí)，開發(fā)和研制的器件和產(chǎn)品應(yīng)不斷地提高可靠性，降低成本，提高性價(jià)比，以便使之得到更廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集與分析一直是生產(chǎn)實(shí)踐研究與應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。就 A/D 轉(zhuǎn)換的精度、速度和通道數(shù)來說，采樣通道從單通道發(fā)展到雙通道、多通道，采樣頻率、分辨率、精度逐步提高，為分析功能的加強(qiáng)提供了前提條件。同時(shí)，通用 PC 機(jī)的 CPU 用于數(shù)據(jù)處理也較為常見。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)趨勢：首先，在專業(yè)測控方面，基于 PC 計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)越來越成熟和智能化。為了充分利用處理器速度的發(fā)展，現(xiàn)代開放式測量平臺(tái)結(jié)合了高速總線接口，如 PCI和 PXI/Compact PCI，以便獲得性能的進(jìn)一步提升。其次，在通用測控方面，采用嵌入式微處理器的方案也由早期的采用 A/D 器件和標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)組成應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展到在單芯片上實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)采集與分析，即目前極為熱門的 SOC (System On Chip)。這種單芯片解決方案降低了系統(tǒng)的成本和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。但是這類產(chǎn)品目前僅僅處于發(fā)展的初級(jí)階段，在精度、速度或其它性能指標(biāo)上并不能很好的滿足要求。近年來隨著芯片技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)取得了許多新的技術(shù)成果，市場上推出了繁多的新產(chǎn)品。一端是輸入的信號(hào)調(diào)理，另一端是采集后的數(shù)字化信號(hào)的實(shí)時(shí)處理與事后處理。（1）采樣方式①過采樣（Over Sampling）。例如信號(hào)最高頻率為10kHz，采樣頻率必須高于20kHz。在通信和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集中，發(fā)展了一種欠采樣技術(shù)，即采樣頻率fs可以低于信號(hào)頻率fch，利用采樣信號(hào)產(chǎn)生的高次諧波，將采樣后的信號(hào)移至第二或者更高的奈奎斯特區(qū)。于是在采樣頻率2次諧波兩邊產(chǎn)生的采樣后的信號(hào)頻帶為f2ch = 2fs177。(11～14 kHz)= 31～34 kHz，或9～6 kHz③等效時(shí)間采樣（Equivalent Time Sampling ）。例如美國泰克公司的TDS784D數(shù)字存儲(chǔ)示波器，其實(shí)際的采樣頻率為 1 GS/s ( 1GHz )，對(duì)于重復(fù)的周期信號(hào)，采取周期微差法，可以達(dá)到250GS/s(250GHz)的等效時(shí)間采樣。對(duì)于單次瞬態(tài)信號(hào)，這種方法是無效的。(2)采集方式的發(fā)展①掃描式采集（Scanning Acquisition）：時(shí)分制、多通道巡回采集。③交替采集（Internative Acquisition）：一個(gè)通道由多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器交替采集，使每個(gè)通道采樣速率等于多個(gè)A/D的轉(zhuǎn)換速率之和，可以高于單個(gè)A/D的轉(zhuǎn)換速率。2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由兩部分組成：采集子系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)，即下位機(jī)智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和上位機(jī) HMI（Human Machine Interface）系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)涉及多學(xué)科，所研究的對(duì)象是物理或生物等各種非電或電信號(hào)。　　　　　　　　　　圖21典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 而一般的外置式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖22所示。在數(shù)據(jù)采集設(shè)備中完成A／D轉(zhuǎn)換，包括采樣、量化、編碼，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后送入與之相連的PC機(jī)中。用戶可以通過人機(jī)交互界面修改、設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)來控制數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備的工作狀態(tài)，同時(shí)可以得到數(shù)據(jù)的采集與分析結(jié)果， 從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與分析的自動(dòng)化。例如，為了對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析，則需要用戶以VB或C語言來編寫功率譜分析的子程序，這顯然增加了開發(fā)的難度，并且也極不利于分析功能的進(jìn)一步擴(kuò)展。用戶通過調(diào)用MATLAB命令， 可對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。數(shù)據(jù)采集部分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，根據(jù)用戶選擇的采樣頻率和預(yù)設(shè)的采樣時(shí)間，從聲卡獲得用戶需要的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析部分對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析。此外，還提供保存數(shù)據(jù)以及回放數(shù)據(jù)的功能?！?系統(tǒng)的特點(diǎn)和性能指標(biāo) 　　現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展到今天，一般來說具有如下主要特點(diǎn)：（1）現(xiàn)代采集系統(tǒng)一般都由計(jì)算機(jī)控制，使得數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效率等大為提高，也節(jié)省了硬件投資。（3）數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理相互結(jié)合的日益緊密，形成數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、處理到控制的全部工作。（5）隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電路集成度的提高，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積越來越小，可靠性越來越高，甚至出現(xiàn)了單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。評(píng)價(jià)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能有很多指標(biāo)，但是一般采用以下幾個(gè)比較常用的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。通?？梢杂萌缦聨追N方法表示系統(tǒng)分辨率：使用系統(tǒng)所采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)表示系統(tǒng)分辨率；使用最低有效位值（LSB）占系統(tǒng)滿度值的百分比表示系統(tǒng)分辨率；使用系統(tǒng)可分辨的實(shí)際電壓數(shù)值表示系統(tǒng)分辨率；使用滿度值可以分的級(jí)數(shù)表示系統(tǒng)分辨率。A/D 轉(zhuǎn)換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值。因?yàn)橄到y(tǒng)精度取決于系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)（子系統(tǒng)）的精度，如前置放大器、濾波器、模擬多路開關(guān)等。系統(tǒng)精度是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值與理論輸出值之差，它是系統(tǒng)各種誤差的總和，通常表示為滿度值的百分?jǐn)?shù)。這里說的“采集”包括對(duì)被測物理量進(jìn)行采樣、量化、編碼、傳輸和存儲(chǔ)的全部過程。信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍是指信號(hào)的最大幅度和最小幅度之比的分貝數(shù)。當(dāng)采樣保持器的輸出已充分逼近輸入信號(hào)（按給定精度）時(shí)，在控制命令的作用下，采樣保持器由采樣狀態(tài)進(jìn)入保持狀態(tài)，A/D 轉(zhuǎn)換器開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢后輸出數(shù)字信號(hào)。采樣方式可以按順序或隨機(jī)進(jìn)行。如果被測信號(hào)變化速率較慢，可以不用采樣保持器，直接進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。（1）多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)　　　通道同步型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖其結(jié)構(gòu)如上圖所示，也屬于分時(shí)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。模擬開關(guān)分時(shí)將各路采樣/保持器切換到 A/D 轉(zhuǎn)換器上，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。由于各路信號(hào)必須串行的在共用的 A/D 轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換和計(jì)算，若采樣信號(hào)回路過多時(shí)，這種采集結(jié)構(gòu)的速度仍然較慢。這種結(jié)構(gòu)形式中，每個(gè)通道都有自己的采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)過接口電路送到計(jì)算機(jī)中。 通用型模擬量數(shù)據(jù)采集模塊則屬于這一類的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。（4）分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以上介紹的三種結(jié)構(gòu)形式中，系統(tǒng)各部件之間的空間距離很近，邏輯上耦合程度緊密，可以稱之為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在市面上均有成熟產(chǎn)品可供選用。由于工作原理、結(jié)構(gòu)形式和性能設(shè)計(jì)等原因，這類系統(tǒng)也存在不少缺點(diǎn)：因?yàn)橄到y(tǒng)結(jié)構(gòu)不靈活