数据采集卡技术原理.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date数据采集卡技术原理核心提示：一、数据采集卡的定义： 数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号的设备，其核心就是A/D芯片。 二、数据采集简介： 在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类型信号采集的难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。 假

2、设现在对一个模拟信号 x(t) 每隔 t 时间采样一次。时核心提示：一、数据采集卡定义： 数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号设备，其核心就是A/D芯片。 二、数据采集简介： 在计算机广泛应用今天，数据采集重要性是十分显著。它是计算机与外部物理世界连接桥梁。各种类型信号采集难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多实际问题要解决。 假设现在对一个模拟信号 x(t) 每隔 t 时间采样一次。时一、数据采集卡定义： 数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号设备，其核心就是A/D芯片。二、数据采集简介： 在计算机广泛应用今天，数据采集重要性是十分

3、显著。它是计算机与外部物理世界连接桥梁。各种类型信号采集难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多实际问题要解决。假设现在对一个模拟信号 x(t) 每隔 t 时间采样一次。时间间隔 t 被称为采样间隔或者采样周期。它倒数 1/ t 被称为采样频率，单位是采样数 / 每秒。 t=0, t ,2 t ,3 t 等等， x(t) 数值就被称为采样值。所有 x(0),x( t),x(2 t ) 都是采样值。这样信号 x(t) 可以用一组分散采样值来表示： 下图显示了一个模拟信号和它采样后采样值。采样间隔是 t ，注意，采样点在时域上是分散。图 1

4、模拟信号和采样显示如果对信号 x(t) 采集 N 个采样点，那么 x(t) 就可以用下面这个数列表示： 这个数列被称为信号 x(t) 数字化显示或者采样显示。注意这个数列中仅仅用下标变量编制索引，而不含有任何关于采样率（或 t ）信息。所以如果只知道该信号采样值，并不能知道它采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号 x(t) 频率。根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率两倍。反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率一半。如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。 图显示了一个信号分别用合适采样率和过

5、低采样率进行采样结果。采样率过低结果是还原信号频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做混叠（ alias ）。 出现混频偏差（ alias frequency ）是输入信号频率和最靠近采样率整数倍差绝对值。图 2 不同采样率采样结果图给出了一个例子。假设采样频率 fs 是 100HZ, ，信号中含有 25 、 70 、 160 、和 510 Hz 成分。图 说明混叠例子采样结果将会是低于奈奎斯特频率（ fs/2=50 Hz ）信号可以被正确采样。而频率高于 50HZ 信号成分采样时会发生畸变。分别产生了 30 、 40 和 10 Hz 畸变频率 F2 、 F3 和 F4 。计算混频偏差公式是

6、： 混频偏差 ABS （采样频率最近整数倍输入频率）其中 ABS 表示“绝对值”，例如：混频偏差 F2 =|100 70| = 30 Hz混频偏差 F3 = |(2)100 160| = 40 Hz混频偏差 F4 = |(5)100 510| = 10 Hz为了避免这种情况发生，通常在信号被采集（ A/D ）之前，经过一个低通滤波器，将信号中高于奈奎斯特频率信号成分滤去。在图3例子中，这个滤波器截止频率自然是 25HZ 。这个滤波器称为 抗混叠滤波器采样频率应当怎样设置呢？也许你可能会首先考虑用采集卡支持最大频率。但是，较长时间使用很高采样率可能会导致没有足够内存或者硬盘存储数 据太慢。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分2倍就够了，实际上工程中选用510倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。通常，信号采集后都要去做适当信号处理，例如 FFT 等。这里对样本数又有一个要求，一般不能只提供一个信号周期数据样本，希望有510个周期，甚至更多样本。并且希望所提供样本总数是整周期个数 。这里又发生一个困难，有时我们并不知道，或不确切知道被采信号频率，因此不但采样率不一定是信号频率整倍数，也不能保证提供整周期数样本。我们 所有仅仅是一个时间序列离散函数 x(n) 和采样频率。这是我们测量与分析唯一依据。-