虚拟仪器的数据采集第十章信号分析与处理.ppt

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1、 第九章数据采集第九章数据采集 9.1 概述概述 是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类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，型信号采集的难易程度差别很大。实际采集时，型信号采集的难易程度差别很大。实际采集时，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。噪声也可能带来一些麻烦。噪声也可能带来一些麻烦。噪声也可能带来一些麻烦。采采采采样频样频样频样频率、抗混叠率、抗混叠率、抗混叠率、抗混叠滤滤滤滤波器波器波器波器采采采采样频样频样频样频率率率率:时间

2、间时间间时间间时间间隔隔隔隔tttt被称被称被称被称为为为为采采采采样间样间样间样间隔或者采隔或者采隔或者采隔或者采样样样样周期。它的倒数周期。它的倒数周期。它的倒数周期。它的倒数1/1/1/1/t t t t 被称被称被称被称为为为为采采采采样频样频样频样频率，率，率，率，单单单单位是采位是采位是采位是采样样样样数数数数/每秒每秒每秒每秒.恩奎斯特恩奎斯特恩奎斯特恩奎斯特频频频频率率率率:如果如果如果如果给给给给定了采定了采定了采定了采样频样频样频样频率，那么能率，那么能率，那么能率，那么能够够够够正确正确正确正确显显显显示信号而不示信号而不示信号而不示信号而不发发发发生畸生畸生畸生畸变变变

3、变的最大的最大的最大的最大频频频频率率率率.混叠混叠混叠混叠:采样率过低的结果是还原的信号的频率采样率过低的结果是还原的信号的频率采样率过低的结果是还原的信号的频率采样率过低的结果是还原的信号的频率看上去与原始信号不同，这种信号畸变看上去与原始信号不同，这种信号畸变看上去与原始信号不同，这种信号畸变看上去与原始信号不同，这种信号畸变 。第九章数据采集第九章数据采集 9.概述概述混频偏差混频偏差混频偏差混频偏差 ：是输入信号的频率和最靠近的采样：是输入信号的频率和最靠近的采样：是输入信号的频率和最靠近的采样：是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝对值。计算混频偏差的公式率整数倍的差的绝对

4、值。计算混频偏差的公式率整数倍的差的绝对值。计算混频偏差的公式率整数倍的差的绝对值。计算混频偏差的公式是：混频偏差是：混频偏差是：混频偏差是：混频偏差ABSABS（采样频率的最近整数倍采样频率的最近整数倍采样频率的最近整数倍采样频率的最近整数倍输入频率）输入频率）输入频率）输入频率）。见讲义例子图。见讲义例子图。见讲义例子图。见讲义例子图8-38-3采样频率的设置采样频率的设置采样频率的设置采样频率的设置 ：理论上设置采样频率为被采：理论上设置采样频率为被采：理论上设置采样频率为被采：理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的倍就够了，实际上工集信号最高频率成分的倍就够了，实际上工集信号最高

5、频率成分的倍就够了，实际上工集信号最高频率成分的倍就够了，实际上工程中选用倍，有时为了较好地还原波程中选用倍，有时为了较好地还原波程中选用倍，有时为了较好地还原波程中选用倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。形，甚至更高一些。形，甚至更高一些。形，甚至更高一些。第九章数据采集第九章数据采集 9.2 数据采集系统的构成数据采集系统的构成 数据采集系统的构成数据采集系统的构成数据采集系统的构成数据采集系统的构成 见图见图见图见图9.1 9.1 缓缓缓缓冲冲冲冲（BuffersBuffers）：是是是是PCPC内内内内存存存存的的的的一一一一个个个个区区区区域域域域（不不不不是是是是数数数数据据

6、据据采采采采集集集集卡卡卡卡上上上上的的的的FIFOFIFO缓缓缓缓冲冲冲冲），它它它它用用用用来来来来临临临临时时时时存存存存放放放放数数数数据据据据。不不不不使使使使用用用用BufferBuffer意意意意味味味味着着着着对对对对所所所所采采采采集集集集的的的的每每每每一一一一个数据你都必须及时处理（图形化、分析等）个数据你都必须及时处理（图形化、分析等）个数据你都必须及时处理（图形化、分析等）个数据你都必须及时处理（图形化、分析等）.下列情况需要使用下列情况需要使用下列情况需要使用下列情况需要使用Buffer I/OBuffer I/O：需需需需要要要要采采采采集集集集或或或或产产产产生

7、生生生许许许许多多多多样样样样本本本本，其其其其速速速速率率率率超超超超过过过过了了了了实实实实际显示、存储到硬件，或实时分析的速度。际显示、存储到硬件，或实时分析的速度。际显示、存储到硬件，或实时分析的速度。际显示、存储到硬件，或实时分析的速度。需需需需要要要要连连连连续续续续采采采采集集集集或或或或产产产产生生生生ACAC数数数数据据据据（1010样样样样本本本本秒），并且要同时分析或显示某些数据。秒），并且要同时分析或显示某些数据。秒），并且要同时分析或显示某些数据。秒），并且要同时分析或显示某些数据。采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。采样周期必

8、须准确、均匀地通过数据样本。采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。第九章数据采集第九章数据采集 9.1 概述概述下列情况可以不使用下列情况可以不使用下列情况可以不使用下列情况可以不使用Buffer I/O:Buffer I/O:数据组短小，例如每秒只从两个通道之一采数据组短小，例如每秒只从两个通道之一采数据组短小，例如每秒只从两个通道之一采数据组短小，例如每秒只从两个通道之一采集一个数据点。集一个数据点。集一个数据点。集一个数据点。需要缩减存储器的开支。需要缩减存储器的开支。需要缩减存储器的开支。需要缩减存储器的开支。触触触触发发发发（TriggeringTriggering）:采采采采集集集

9、集卡卡卡卡等等等等待待待待一一一一个个个个外外外外部部部部仪仪仪仪器器器器发发发发出出出出的的的的数数数数字字字字脉脉脉脉冲冲冲冲到到到到来来来来后后后后初初初初始始始始化化化化采采采采集集集集卡卡卡卡，这这这这是是是是外部触发。外部触发。外部触发。外部触发。下列情况使用软件触发：下列情况使用软件触发：下列情况使用软件触发：下列情况使用软件触发：1 1、用户需要对所有采集操作有明确的控制、用户需要对所有采集操作有明确的控制、用户需要对所有采集操作有明确的控制、用户需要对所有采集操作有明确的控制 。2 2、事件定时不需要非常准确。、事件定时不需要非常准确。、事件定时不需要非常准确。、事件定时不需

10、要非常准确。第九章数据采集第九章数据采集 9.2 数据采集系统的构成数据采集系统的构成下列情况使用硬件触发：下列情况使用硬件触发：下列情况使用硬件触发：下列情况使用硬件触发：1 1、采集事件定时需要非常准确。、采集事件定时需要非常准确。、采集事件定时需要非常准确。、采集事件定时需要非常准确。2 2、用户需要削减软件开支。、用户需要削减软件开支。、用户需要削减软件开支。、用户需要削减软件开支。3 3、采集事件需要与外部装置同步。、采集事件需要与外部装置同步。、采集事件需要与外部装置同步。、采集事件需要与外部装置同步。9.3 模入信号类型模入信号类型模入信号类型模入信号类型模入信号类型模入信号类型

11、:见图见图见图见图9.29.2 根据信号运载信息方式的不同，可以将信号根据信号运载信息方式的不同，可以将信号根据信号运载信息方式的不同，可以将信号根据信号运载信息方式的不同，可以将信号分为模拟或数字信号。分为模拟或数字信号。分为模拟或数字信号。分为模拟或数字信号。数字数字数字数字(二进制二进制二进制二进制)信号分为开关信号和脉冲信号。信号分为开关信号和脉冲信号。信号分为开关信号和脉冲信号。信号分为开关信号和脉冲信号。模拟信号可分为直流、时域、频域信号模拟信号可分为直流、时域、频域信号模拟信号可分为直流、时域、频域信号模拟信号可分为直流、时域、频域信号.第九章数据采集第九章数据采集 9.3 模入

12、信号类型模入信号类型数字信号数字信号数字信号数字信号:第第第第一一一一类类类类数数数数字字字字信信信信号号号号是是是是开开开开关关关关信信信信号号号号。TTLTTL信信信信号号号号就就就就是是是是一个开关信号一个开关信号一个开关信号一个开关信号 .第二类数字信号是脉冲信号。包括一系列的第二类数字信号是脉冲信号。包括一系列的第二类数字信号是脉冲信号。包括一系列的第二类数字信号是脉冲信号。包括一系列的状态转换，信息就包含在状态转化发生的数状态转换，信息就包含在状态转化发生的数状态转换，信息就包含在状态转化发生的数状态转换，信息就包含在状态转化发生的数目、转换速率、一个转换间隔或多个转换间目、转换速

13、率、一个转换间隔或多个转换间目、转换速率、一个转换间隔或多个转换间目、转换速率、一个转换间隔或多个转换间隔的时间里隔的时间里隔的时间里隔的时间里.马达轴上的光学编码器的输出马达轴上的光学编码器的输出马达轴上的光学编码器的输出马达轴上的光学编码器的输出就是脉冲信号。就是脉冲信号。就是脉冲信号。就是脉冲信号。模拟直流信号模拟直流信号模拟直流信号模拟直流信号:模拟直流信号是静止的或变化模拟直流信号是静止的或变化模拟直流信号是静止的或变化模拟直流信号是静止的或变化非常缓慢的模拟信号。非常缓慢的模拟信号。非常缓慢的模拟信号。非常缓慢的模拟信号。第九章数据采集第九章数据采集 9.3 模入信号类型模入信号类

14、型直流信号最重要的信息是它在给定区间内运直流信号最重要的信息是它在给定区间内运直流信号最重要的信息是它在给定区间内运直流信号最重要的信息是它在给定区间内运载的信息的幅度。常见的直流信号有温度、载的信息的幅度。常见的直流信号有温度、载的信息的幅度。常见的直流信号有温度、载的信息的幅度。常见的直流信号有温度、流速、压力、应变等。流速、压力、应变等。流速、压力、应变等。流速、压力、应变等。模拟时域信号模拟时域信号模拟时域信号模拟时域信号:在运载信息时不仅有信号的电在运载信息时不仅有信号的电在运载信息时不仅有信号的电在运载信息时不仅有信号的电平，还有电平随时间的变化。在测量一个时域平，还有电平随时间的

15、变化。在测量一个时域平，还有电平随时间的变化。在测量一个时域平，还有电平随时间的变化。在测量一个时域信号时，也可以说是一个波形，需要关注一些信号时，也可以说是一个波形，需要关注一些信号时，也可以说是一个波形，需要关注一些信号时，也可以说是一个波形，需要关注一些有关波形形状的特性，比如斜度、峰值等。有关波形形状的特性，比如斜度、峰值等。有关波形形状的特性，比如斜度、峰值等。有关波形形状的特性，比如斜度、峰值等。模拟频域信号模拟频域信号模拟频域信号模拟频域信号:模拟频域信号与时域信号类似，模拟频域信号与时域信号类似，模拟频域信号与时域信号类似，模拟频域信号与时域信号类似，然而，从频域信号中提取的信

16、息是基于信号的然而，从频域信号中提取的信息是基于信号的然而，从频域信号中提取的信息是基于信号的然而，从频域信号中提取的信息是基于信号的频域内容，而不是波形的形状，也不是随时间频域内容，而不是波形的形状，也不是随时间频域内容，而不是波形的形状，也不是随时间频域内容，而不是波形的形状，也不是随时间变化的特性。变化的特性。变化的特性。变化的特性。第九章数据采集第九章数据采集 9.4 模入信号的连接方式模入信号的连接方式 模入信号的连接方式模入信号的连接方式模入信号的连接方式模入信号的连接方式:一个电压信号可以分为一个电压信号可以分为一个电压信号可以分为一个电压信号可以分为接地和浮动两种类型。测量系统

17、可以分为差分接地和浮动两种类型。测量系统可以分为差分接地和浮动两种类型。测量系统可以分为差分接地和浮动两种类型。测量系统可以分为差分（DifferentialDifferential）、）、）、）、参考地单端（参考地单端（参考地单端（参考地单端（RSERSE）、）、）、）、无无无无参考地单端（参考地单端（参考地单端（参考地单端（NRSENRSE）三种类型三种类型三种类型三种类型.接地信号和浮动信号接地信号和浮动信号接地信号和浮动信号接地信号和浮动信号接地信号接地信号接地信号接地信号:接地信号，就是将信号的一端与系接地信号，就是将信号的一端与系接地信号，就是将信号的一端与系接地信号，就是将信号的

18、一端与系统地连接起来，如大地或建筑物的地。因为统地连接起来，如大地或建筑物的地。因为统地连接起来，如大地或建筑物的地。因为统地连接起来，如大地或建筑物的地。因为信号用的是系统地，所以与数据采集卡是共信号用的是系统地，所以与数据采集卡是共信号用的是系统地，所以与数据采集卡是共信号用的是系统地，所以与数据采集卡是共地的。地的。地的。地的。浮动信号浮动信号浮动信号浮动信号:一个不与任何地（如大地或建筑物一个不与任何地（如大地或建筑物一个不与任何地（如大地或建筑物一个不与任何地（如大地或建筑物的地）连接的电压信号称为浮动信号的地）连接的电压信号称为浮动信号的地）连接的电压信号称为浮动信号的地）连接的电

19、压信号称为浮动信号.第九章数据采集第九章数据采集 9.4 模入信号的连接方式模入信号的连接方式一些常见的浮动信号的例子有电池、热电偶、一些常见的浮动信号的例子有电池、热电偶、一些常见的浮动信号的例子有电池、热电偶、一些常见的浮动信号的例子有电池、热电偶、变压器和隔离放大器。变压器和隔离放大器。变压器和隔离放大器。变压器和隔离放大器。差分测量系统差分测量系统差分测量系统差分测量系统:差分测量系统中，信号输入端差分测量系统中，信号输入端差分测量系统中，信号输入端差分测量系统中，信号输入端分别与一个模入通道相连接。具有放大器的数分别与一个模入通道相连接。具有放大器的数分别与一个模入通道相连接。具有放

20、大器的数分别与一个模入通道相连接。具有放大器的数据采集卡可配置成差分测量系统。据采集卡可配置成差分测量系统。据采集卡可配置成差分测量系统。据采集卡可配置成差分测量系统。见图见图见图见图9.3 9.3 9.3 9.3 参参参参考考考考地地地地单单单单端端端端测测测测量量量量系系系系统统统统(RSE):RSE):RSE):RSE):一一一一个个个个RSERSERSERSE测测测测量量量量系系系系统统统统，也也也也叫叫叫叫做做做做接接接接地地地地测测测测量量量量系系系系统统统统，被被被被测测测测信信信信号号号号一一一一端端端端接接接接模模模模拟拟拟拟输输输输入通道，另一端接系统地入通道，另一端接系统

21、地入通道，另一端接系统地入通道，另一端接系统地AIGNDAIGNDAIGNDAIGND。见图见图见图见图9.49.49.49.4无无无无参参参参考考考考地地地地单单单单端端端端测测测测量量量量系系系系统统统统(NRSE):NRSE):NRSE):NRSE):在在在在NRSENRSENRSENRSE测测测测量量量量系系系系统统统统中中中中，信信信信号号号号的的的的一一一一端端端端接接接接模模模模拟拟拟拟输输输输入入入入通通通通道道道道，另另另另一一一一端端端端接接接接一一一一个公用参考端，个公用参考端，个公用参考端，个公用参考端，第九章数据采集第九章数据采集 9.4 模入信号的连接方式模入信号的

22、连接方式 但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是不不不不 断变化的。断变化的。断变化的。断变化的。见图见图见图见图9.59.59.59.5选择合适的测量系统选择合适的测量系统选择合适的测量系统选择合适的测量系统:1 1 1 1、不论测接地还是浮动信号，差分测量系统是很、不论测接地还是浮动信号，差分测量系统是很、不论测接地还是浮动信号，差分测量系统是很、不论测接地还是浮动信号，差分测量系统是很好的选择，因为它不但避免了接地回路干扰，好的选择，因为它不但避免了接地回路干扰，好的

23、选择，因为它不但避免了接地回路干扰，好的选择，因为它不但避免了接地回路干扰，还避免了环境干扰。还避免了环境干扰。还避免了环境干扰。还避免了环境干扰。2 2 2 2、明确信号源的阻抗，、明确信号源的阻抗，、明确信号源的阻抗，、明确信号源的阻抗，电池、电池、电池、电池、RTDRTDRTDRTD、应变片、热应变片、热应变片、热应变片、热电偶等信号源的阻抗很小，可以将这些信号源电偶等信号源的阻抗很小，可以将这些信号源电偶等信号源的阻抗很小，可以将这些信号源电偶等信号源的阻抗很小，可以将这些信号源直接连接到数据采集卡上或信号调理硬件上，直接连接到数据采集卡上或信号调理硬件上，直接连接到数据采集卡上或信号

24、调理硬件上，直接连接到数据采集卡上或信号调理硬件上，否则出错。为了更好的测量，输入信号源的阻否则出错。为了更好的测量，输入信号源的阻否则出错。为了更好的测量，输入信号源的阻否则出错。为了更好的测量，输入信号源的阻抗与插入式数据采集卡的阻抗相匹配。抗与插入式数据采集卡的阻抗相匹配。抗与插入式数据采集卡的阻抗相匹配。抗与插入式数据采集卡的阻抗相匹配。第九章数据采集第九章数据采集 9.5 信号调理信号调理信号调理功能包括放大、隔离、滤波、激励、信号调理功能包括放大、隔离、滤波、激励、信号调理功能包括放大、隔离、滤波、激励、信号调理功能包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等线性化等线性化等线性化等通用功

25、能。通用功能。通用功能。通用功能。放大放大放大放大 ：微弱信号都要进行放大以提高分辨率和微弱信号都要进行放大以提高分辨率和微弱信号都要进行放大以提高分辨率和微弱信号都要进行放大以提高分辨率和降低噪声，使调理后信号的电压范围和降低噪声，使调理后信号的电压范围和降低噪声，使调理后信号的电压范围和降低噪声，使调理后信号的电压范围和A/DA/D的的的的电压范围相匹配。电压范围相匹配。电压范围相匹配。电压范围相匹配。隔离隔离隔离隔离 ：隔离是指使用变压器、光或电容耦合等隔离是指使用变压器、光或电容耦合等隔离是指使用变压器、光或电容耦合等隔离是指使用变压器、光或电容耦合等方法在被测系统和测试系统之间传递信

26、号，避方法在被测系统和测试系统之间传递信号，避方法在被测系统和测试系统之间传递信号，避方法在被测系统和测试系统之间传递信号，避免直接的电连接。隔离的原因由两个：一是从免直接的电连接。隔离的原因由两个：一是从免直接的电连接。隔离的原因由两个：一是从免直接的电连接。隔离的原因由两个：一是从安全的角度考虑；另一个原因是隔离可使从数安全的角度考虑；另一个原因是隔离可使从数安全的角度考虑；另一个原因是隔离可使从数安全的角度考虑；另一个原因是隔离可使从数据采集卡读出来的数据不受地电位和输入模式据采集卡读出来的数据不受地电位和输入模式据采集卡读出来的数据不受地电位和输入模式据采集卡读出来的数据不受地电位和输

27、入模式的影响。的影响。的影响。的影响。第九章数据采集第九章数据采集 9.5 信号调理信号调理滤波滤波滤波滤波 ：滤波的目的是从所测量的信号中除去不滤波的目的是从所测量的信号中除去不滤波的目的是从所测量的信号中除去不滤波的目的是从所测量的信号中除去不需要的成分。大多数信号调理模块有低通滤波需要的成分。大多数信号调理模块有低通滤波需要的成分。大多数信号调理模块有低通滤波需要的成分。大多数信号调理模块有低通滤波器，用来滤除噪声。通常还需要抗混叠滤波器，器，用来滤除噪声。通常还需要抗混叠滤波器，器，用来滤除噪声。通常还需要抗混叠滤波器，器，用来滤除噪声。通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最高频

28、率以上的所有频率滤除信号中感兴趣的最高频率以上的所有频率滤除信号中感兴趣的最高频率以上的所有频率滤除信号中感兴趣的最高频率以上的所有频率的信号。的信号。的信号。的信号。激励激励激励激励 ：信号调理也能够为某些传感器提供所需信号调理也能够为某些传感器提供所需信号调理也能够为某些传感器提供所需信号调理也能够为某些传感器提供所需的激励信号，比如应变传感器、热敏电阻等需的激励信号，比如应变传感器、热敏电阻等需的激励信号，比如应变传感器、热敏电阻等需的激励信号，比如应变传感器、热敏电阻等需要外界电源或电流激励信号。要外界电源或电流激励信号。要外界电源或电流激励信号。要外界电源或电流激励信号。很多信号调理

29、模很多信号调理模很多信号调理模很多信号调理模块都提供电流源和电压源以便给传感器提供激块都提供电流源和电压源以便给传感器提供激块都提供电流源和电压源以便给传感器提供激块都提供电流源和电压源以便给传感器提供激励。励。励。励。第九章数据采集第九章数据采集 9.5 信号调理信号调理线性化线性化线性化线性化 ：许多传感器对被测量的响应是非线性许多传感器对被测量的响应是非线性许多传感器对被测量的响应是非线性许多传感器对被测量的响应是非线性的，因而需要对其输出信号进行线性化，以补的，因而需要对其输出信号进行线性化，以补的，因而需要对其输出信号进行线性化，以补的，因而需要对其输出信号进行线性化，以补偿传感器带

30、来的误差。但目前的趋势是，数据偿传感器带来的误差。但目前的趋势是，数据偿传感器带来的误差。但目前的趋势是，数据偿传感器带来的误差。但目前的趋势是，数据采集系统可以利用软件来解决这一问题。采集系统可以利用软件来解决这一问题。采集系统可以利用软件来解决这一问题。采集系统可以利用软件来解决这一问题。数字信号调理数字信号调理数字信号调理数字信号调理 ：即使传感器直接输出数字信号，即使传感器直接输出数字信号，即使传感器直接输出数字信号，即使传感器直接输出数字信号，有时也有进行调理的必要。其作用是将传感器有时也有进行调理的必要。其作用是将传感器有时也有进行调理的必要。其作用是将传感器有时也有进行调理的必要

31、。其作用是将传感器输出的数字信号进行必要的整形或电平调整。输出的数字信号进行必要的整形或电平调整。输出的数字信号进行必要的整形或电平调整。输出的数字信号进行必要的整形或电平调整。大多数数字信号调理模块还提供其他一些电路大多数数字信号调理模块还提供其他一些电路大多数数字信号调理模块还提供其他一些电路大多数数字信号调理模块还提供其他一些电路模块，使得用户可以通过数据采集卡的数字模块，使得用户可以通过数据采集卡的数字模块，使得用户可以通过数据采集卡的数字模块，使得用户可以通过数据采集卡的数字I/OI/O直接控制电磁阀、电灯、电动机等外部设备。直接控制电磁阀、电灯、电动机等外部设备。直接控制电磁阀、电

32、灯、电动机等外部设备。直接控制电磁阀、电灯、电动机等外部设备。第九章数据采集第九章数据采集 9.6 数据采集数据采集(DAQ)DAQ)卡卡 数据采集卡的功能数据采集卡的功能数据采集卡的功能数据采集卡的功能 ：模拟输入、模拟输出、数模拟输入、模拟输出、数模拟输入、模拟输出、数模拟输入、模拟输出、数字字字字I/OI/O、计数器计数器计数器计数器/计时器等，这些功能分别由相计时器等，这些功能分别由相计时器等，这些功能分别由相计时器等，这些功能分别由相应的电路来实现。应的电路来实现。应的电路来实现。应的电路来实现。模拟输入是采集最基本的功能，由多路开关模拟输入是采集最基本的功能，由多路开关模拟输入是采

33、集最基本的功能，由多路开关模拟输入是采集最基本的功能，由多路开关（MUXMUXMUXMUX）、）、）、）、放大器、采样保持电路以及放大器、采样保持电路以及放大器、采样保持电路以及放大器、采样保持电路以及A/DA/DA/DA/D来来来来实现，实现，实现，实现，A/DA/DA/DA/D的性能和参数直接影响着模拟输的性能和参数直接影响着模拟输的性能和参数直接影响着模拟输的性能和参数直接影响着模拟输入的质量。入的质量。入的质量。入的质量。模拟输出通常是为采集系统提供激励。输出模拟输出通常是为采集系统提供激励。输出模拟输出通常是为采集系统提供激励。输出模拟输出通常是为采集系统提供激励。输出信号受数模转换

34、器（信号受数模转换器（信号受数模转换器（信号受数模转换器（D/AD/A）的建立时间、转的建立时间、转的建立时间、转的建立时间、转换率、分辨率等因素影响。建立时间和转换换率、分辨率等因素影响。建立时间和转换换率、分辨率等因素影响。建立时间和转换换率、分辨率等因素影响。建立时间和转换率决定了输出信号幅值改变的快慢。率决定了输出信号幅值改变的快慢。率决定了输出信号幅值改变的快慢。率决定了输出信号幅值改变的快慢。第九章数据采集第九章数据采集 9.6 数据采集数据采集(DAQ)DAQ)卡卡数字数字数字数字I/OI/O通常用来控制过程、产生测试信号、与通常用来控制过程、产生测试信号、与通常用来控制过程、产

35、生测试信号、与通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。重要参数包括：数字口路数外设通信等。重要参数包括：数字口路数外设通信等。重要参数包括：数字口路数外设通信等。重要参数包括：数字口路数、接接接接收收收收(发送发送发送发送)率、驱动能力等。数字率、驱动能力等。数字率、驱动能力等。数字率、驱动能力等。数字I/OI/OI/OI/O常见的应常见的应常见的应常见的应用是在计算机和外设如打印机、数据记录仪等用是在计算机和外设如打印机、数据记录仪等用是在计算机和外设如打印机、数据记录仪等用是在计算机和外设如打印机、数据记录仪等之间传送数据。另外一些数字口为了同步通信之间传送数据。另外一些数字口为了同

36、步通信之间传送数据。另外一些数字口为了同步通信之间传送数据。另外一些数字口为了同步通信的需要还有的需要还有的需要还有的需要还有“握手握手握手握手”线。线。线。线。计数器用于定时、产生方波等计数器用于定时、产生方波等计数器用于定时、产生方波等计数器用于定时、产生方波等 ，计数器最重要计数器最重要计数器最重要计数器最重要的参数是分辨率和时钟频率，高分辨率意味着的参数是分辨率和时钟频率，高分辨率意味着的参数是分辨率和时钟频率，高分辨率意味着的参数是分辨率和时钟频率，高分辨率意味着计数器可以计更多的数，时钟频率决定了计数计数器可以计更多的数，时钟频率决定了计数计数器可以计更多的数，时钟频率决定了计数计

37、数器可以计更多的数，时钟频率决定了计数的快慢，频率越高，计数速度就越快。的快慢，频率越高，计数速度就越快。的快慢，频率越高，计数速度就越快。的快慢，频率越高，计数速度就越快。第九章数据采集第九章数据采集 9.6 数据采集数据采集(DAQ)DAQ)卡卡数据采集卡的软件配置数据采集卡的软件配置数据采集卡的软件配置数据采集卡的软件配置 ：数据采集卡都有自己数据采集卡都有自己数据采集卡都有自己数据采集卡都有自己的驱动程序，该程序控制采集卡的硬件操作，的驱动程序，该程序控制采集卡的硬件操作，的驱动程序，该程序控制采集卡的硬件操作，的驱动程序，该程序控制采集卡的硬件操作，驱动程序是由采集卡的供应商提供，用

38、户一般驱动程序是由采集卡的供应商提供，用户一般驱动程序是由采集卡的供应商提供，用户一般驱动程序是由采集卡的供应商提供，用户一般无须通过低层才能与采集卡硬件打交道。无须通过低层才能与采集卡硬件打交道。无须通过低层才能与采集卡硬件打交道。无须通过低层才能与采集卡硬件打交道。9.7多通道的采样方式多通道的采样方式 多数通用采集卡都有多个模入通道，但是并非多数通用采集卡都有多个模入通道，但是并非多数通用采集卡都有多个模入通道，但是并非多数通用采集卡都有多个模入通道，但是并非每个通道配置一个每个通道配置一个每个通道配置一个每个通道配置一个A/DA/D，而是大家共用一套而是大家共用一套而是大家共用一套而是

39、大家共用一套A/D,A/D,在在在在A/DA/D之前的有一个多路开关（之前的有一个多路开关（之前的有一个多路开关（之前的有一个多路开关（MUXMUX），），），），以及放大器（以及放大器（以及放大器（以及放大器（AMPAMP）、）、）、）、采样保持器（采样保持器（采样保持器（采样保持器（S/HS/H）等。等。等。等。第九章数据采集第九章数据采集 9.7多通道的采样方式多通道的采样方式 多通道的采样方式有三种：循环采样、同步采多通道的采样方式有三种：循环采样、同步采多通道的采样方式有三种：循环采样、同步采多通道的采样方式有三种：循环采样、同步采样和间隔采样。样和间隔采样。样和间隔采样。样和间隔采

40、样。循环采样是指采集卡使用多路开关以某一时钟循环采样是指采集卡使用多路开关以某一时钟循环采样是指采集卡使用多路开关以某一时钟循环采样是指采集卡使用多路开关以某一时钟频率将多个通道分别接入频率将多个通道分别接入频率将多个通道分别接入频率将多个通道分别接入A/DA/D循环进行采样。循环进行采样。循环进行采样。循环进行采样。见图见图见图见图9.69.69.69.6 同步采样方式同步采样方式同步采样方式同步采样方式:支持这种方式的数据采集卡每个支持这种方式的数据采集卡每个支持这种方式的数据采集卡每个支持这种方式的数据采集卡每个通道使用独立的放大器和通道使用独立的放大器和通道使用独立的放大器和通道使用独

41、立的放大器和S/HS/H电路，经过一个电路，经过一个电路，经过一个电路，经过一个多路开关分别将不同的通道接入多路开关分别将不同的通道接入多路开关分别将不同的通道接入多路开关分别将不同的通道接入A/DA/D进行转换。进行转换。进行转换。进行转换。见图见图见图见图9.79.79.79.7 还有一种数据采集卡，每个通道各还有一种数据采集卡，每个通道各还有一种数据采集卡，每个通道各还有一种数据采集卡，每个通道各有一个独立的有一个独立的有一个独立的有一个独立的A/DA/D，这种数据采集卡的同步性这种数据采集卡的同步性这种数据采集卡的同步性这种数据采集卡的同步性能更好。但是成本显然更高能更好。但是成本显然

42、更高能更好。但是成本显然更高能更好。但是成本显然更高 第九章数据采集第九章数据采集 9.7多通道的采样方式多通道的采样方式间隔扫描（间隔扫描（间隔扫描（间隔扫描（interval scanninginterval scanning）用通道时钟控制通道间的时间间隔，而用另一用通道时钟控制通道间的时间间隔，而用另一用通道时钟控制通道间的时间间隔，而用另一用通道时钟控制通道间的时间间隔，而用另一个扫描时钟控制两次扫描过程之间的间隔。通个扫描时钟控制两次扫描过程之间的间隔。通个扫描时钟控制两次扫描过程之间的间隔。通个扫描时钟控制两次扫描过程之间的间隔。通道间的间隔由实际上由采集卡的最高采样速率道间的间

43、隔由实际上由采集卡的最高采样速率道间的间隔由实际上由采集卡的最高采样速率道间的间隔由实际上由采集卡的最高采样速率决定，可能是微秒、甚至纳秒级的，效果接近决定，可能是微秒、甚至纳秒级的，效果接近决定，可能是微秒、甚至纳秒级的，效果接近决定，可能是微秒、甚至纳秒级的，效果接近于同步扫描。间隔扫描适合缓慢变化的信号，于同步扫描。间隔扫描适合缓慢变化的信号，于同步扫描。间隔扫描适合缓慢变化的信号，于同步扫描。间隔扫描适合缓慢变化的信号，比如温度和压力。比如温度和压力。比如温度和压力。比如温度和压力。如图如图如图如图9.89.8 第第九九章数据采集章数据采集 9.8 LabVIEWLabVIEW数据采集

44、模块的分类数据采集模块的分类 简易模入简易模入简易模入简易模入VIs(Ease Analog VIs)VIs(Ease Analog VIs)中中中中 级级级级 模模模模 入入入入 VIs VIs(Intermediate(Intermediate Analog Analog Input VIs)Input VIs)通用模入通用模入通用模入通用模入VIs(Analog Input Utility VIs)VIs(Analog Input Utility VIs)高高高高级级级级模模模模入入入入VIs VIs(Advanced Advanced Analog Analog Input Input

45、 VIs)VIs)第十章第十章 信号处理与分析信号处理与分析 1010概述概述 本章本章本章本章将介绍数字信号处理的基本知识，并介绍将介绍数字信号处理的基本知识，并介绍将介绍数字信号处理的基本知识，并介绍将介绍数字信号处理的基本知识，并介绍由上百个数字信号处理和分析的由上百个数字信号处理和分析的由上百个数字信号处理和分析的由上百个数字信号处理和分析的VIVIVIVI构成的构成的构成的构成的LabVIEWLabVIEWLabVIEWLabVIEW分析软件库。分析软件库。分析软件库。分析软件库。对于实时分析系统，高速浮点运算和数字信号对于实时分析系统，高速浮点运算和数字信号对于实时分析系统，高速浮

46、点运算和数字信号对于实时分析系统，高速浮点运算和数字信号处理已经变得越来越重要。处理已经变得越来越重要。处理已经变得越来越重要。处理已经变得越来越重要。通过分析和处理数字信号，可以从噪声中分离通过分析和处理数字信号，可以从噪声中分离通过分析和处理数字信号，可以从噪声中分离通过分析和处理数字信号，可以从噪声中分离出有用的信息，并用比原始数据更全面的表格出有用的信息，并用比原始数据更全面的表格出有用的信息，并用比原始数据更全面的表格出有用的信息，并用比原始数据更全面的表格显示这些信息。显示这些信息。显示这些信息。显示这些信息。用于测量的虚拟仪器用于测量的虚拟仪器用于测量的虚拟仪器用于测量的虚拟仪器

47、(VI)VI)执行的典型的测量任执行的典型的测量任执行的典型的测量任执行的典型的测量任务有：务有：务有：务有：第十章第十章 信号处理与分析信号处理与分析 1010概述概述计算信号中存在的总的谐波失真。计算信号中存在的总的谐波失真。计算信号中存在的总的谐波失真。计算信号中存在的总的谐波失真。决定系统的脉冲响应或传递函数。决定系统的脉冲响应或传递函数。决定系统的脉冲响应或传递函数。决定系统的脉冲响应或传递函数。估计系统的动态响应参数，例如上升时间、估计系统的动态响应参数，例如上升时间、估计系统的动态响应参数，例如上升时间、估计系统的动态响应参数，例如上升时间、超调量等等超调量等等超调量等等超调量等

48、等 计算信号的幅频特性和相频特性。计算信号的幅频特性和相频特性。计算信号的幅频特性和相频特性。计算信号的幅频特性和相频特性。估计信号中含有的交流成分和直流成分。估计信号中含有的交流成分和直流成分。估计信号中含有的交流成分和直流成分。估计信号中含有的交流成分和直流成分。测量的虚拟仪器如下的特性：测量的虚拟仪器如下的特性：测量的虚拟仪器如下的特性：测量的虚拟仪器如下的特性：输入的时域信号被假定为实数值。输入的时域信号被假定为实数值。输入的时域信号被假定为实数值。输入的时域信号被假定为实数值。输出数据中包含大小、相位，并且用合适的输出数据中包含大小、相位，并且用合适的输出数据中包含大小、相位，并且用

49、合适的输出数据中包含大小、相位，并且用合适的单位进行了刻度，可用来直接进行图形的绘单位进行了刻度，可用来直接进行图形的绘单位进行了刻度，可用来直接进行图形的绘单位进行了刻度，可用来直接进行图形的绘制。制。制。制。第十章第十章 信号处理与分析信号处理与分析 1010概述概述计算出来的频谱是单边的计算出来的频谱是单边的计算出来的频谱是单边的计算出来的频谱是单边的（single_sidedsingle_sided），），），），范围从直流分量到范围从直流分量到范围从直流分量到范围从直流分量到NyquistNyquist频率频率频率频率(二分之一取样频率二分之一取样频率二分之一取样频率二分之一取样频率

50、)。（即没。（即没。（即没。（即没有负频率出现）有负频率出现）有负频率出现）有负频率出现）需要时可以使用窗函数，窗是经过刻度地，需要时可以使用窗函数，窗是经过刻度地，需要时可以使用窗函数，窗是经过刻度地，需要时可以使用窗函数，窗是经过刻度地，因此每个窗提供相同的频谱幅度峰值，可以因此每个窗提供相同的频谱幅度峰值，可以因此每个窗提供相同的频谱幅度峰值，可以因此每个窗提供相同的频谱幅度峰值，可以精确地限制信号的幅值。精确地限制信号的幅值。精确地限制信号的幅值。精确地限制信号的幅值。第十章第十章 信号处理与分析信号处理与分析 10102LabVIEW中的分析工具中的分析工具 Signal Analy