8計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)2010

1、測(cè)試技術(shù)測(cè)試技術(shù) 計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)(5)第八章第八章內(nèi)容內(nèi)容 n概述概述n數(shù)據(jù)采集技術(shù)數(shù)據(jù)采集技術(shù)n智能儀表系統(tǒng)智能儀表系統(tǒng)n虛擬儀器虛擬儀器1 1、概述概述 定義：計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)定義：計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)n以計(jì)算機(jī)為核心、完成測(cè)試任務(wù)的技術(shù)以計(jì)算機(jī)為核心、完成測(cè)試任務(wù)的技術(shù)n基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試：測(cè)量、分析與處理基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試：測(cè)量、分析與處理n核心：處理器、編程核心：處理器、編程 利用計(jì)算機(jī)的可編程快利用計(jì)算機(jī)的可編程快速處理和大容量數(shù)據(jù)管速處理和大容量數(shù)據(jù)管理功能理功能 適用：測(cè)點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量適用：測(cè)點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量大、監(jiān)測(cè)任務(wù)重、分析大、監(jiān)測(cè)任務(wù)重、分析要求高（在線、遠(yuǎn)程、要求高（在線、

2、遠(yuǎn)程、診斷、推理）診斷、推理）1 1、概述概述 組成組成n結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 傳傳感感器器 信信號(hào)號(hào)調(diào)調(diào)理理 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)采采集集 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī) 軟軟件件 對(duì)對(duì) 象象 組成組成n硬件硬件o信號(hào)調(diào)理：隔離、放大、濾波信號(hào)調(diào)理：隔離、放大、濾波o數(shù)據(jù)采集：采集板數(shù)據(jù)采集：采集板/ /卡卡/ /器器 模擬開(kāi)關(guān)、采樣保持、模擬開(kāi)關(guān)、采樣保持、ADAD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換o計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)：PCPC、PCIPCI、CPCICPCI、VXIVXI、PXIPXI、LXILXI1 1、概述、概述 傳傳感感器器 信信號(hào)號(hào)調(diào)調(diào)理理 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)采采集集 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī) 軟軟件件 對(duì)對(duì) 象象 組成組成 n軟件軟件o采集采集/監(jiān)測(cè)軟件監(jiān)測(cè)軟件o分析軟

3、件分析軟件o數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件 特點(diǎn)特點(diǎn)o成本優(yōu)勢(shì)：成本優(yōu)勢(shì)：PCPC資源資源o功能優(yōu)勢(shì)：數(shù)據(jù)處理量大、快速，分析手段豐富、靈活功能優(yōu)勢(shì)：數(shù)據(jù)處理量大、快速，分析手段豐富、靈活o發(fā)展優(yōu)勢(shì)：具有通用性和發(fā)展前景發(fā)展優(yōu)勢(shì)：具有通用性和發(fā)展前景1 1、概述、概述 典型框圖典型框圖放大器DC/DC模擬開(kāi)關(guān) FIFO緩存A/D采保 通道邏輯 定時(shí)計(jì)數(shù) 數(shù)據(jù)緩沖 地址邏輯 控制、狀態(tài)邏輯 晶振計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)/軟件軟件信信號(hào)號(hào)調(diào)調(diào)理理ch1ch2ch3ch32傳傳感感器器組組數(shù)據(jù)采集時(shí)序控制時(shí)序控制硬件硬件采樣間隔采樣間隔/頻率；通道切換頻率；通道切換S/H、A/D控制；觸發(fā)控制；觸發(fā)參數(shù)設(shè)定參數(shù)設(shè)

4、定軟件軟件通道數(shù)；采樣間隔通道數(shù)；采樣間隔/頻率頻率采樣長(zhǎng)度采樣長(zhǎng)度N；采集方式；采集方式數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)讀取編程編程1 1、概述、概述 2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 模擬信號(hào)的數(shù)字化處理模擬信號(hào)的數(shù)字化處理p模擬信號(hào)的數(shù)字化模擬信號(hào)的數(shù)字化 ：將連續(xù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號(hào)的過(guò)程將連續(xù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號(hào)的過(guò)程 L-1 L-2 L-3 2 1 0 -1 -2 -L+2 -L+1 -L 量化階q x(t) t 采樣間隔t 0t 2t 3t 4t nt 連續(xù)無(wú)限長(zhǎng)度連續(xù)無(wú)限長(zhǎng)度離散有限點(diǎn)數(shù)離散有限點(diǎn)數(shù)2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 模擬信號(hào)的數(shù)字化處理模擬信號(hào)的數(shù)字化處理F采樣：采

5、樣：將模擬信號(hào)按一定的將模擬信號(hào)按一定的時(shí)間間隔時(shí)間間隔逐點(diǎn)取其瞬時(shí)值逐點(diǎn)取其瞬時(shí)值采樣采樣:基本問(wèn)題：基本問(wèn)題：采樣間隔采樣間隔/頻率、采樣長(zhǎng)度頻率、采樣長(zhǎng)度qtn.t)(. )()(0txktnxNk2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 模擬信號(hào)的數(shù)字化處理模擬信號(hào)的數(shù)字化處理F采樣采樣 x(t)(t-k)t t 2t3t 4t nt時(shí)間時(shí)間采樣間隔采樣間隔t時(shí)間序列時(shí)間序列t2t2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 模擬信號(hào)的數(shù)字化處理模擬信號(hào)的數(shù)字化處理F量化量化 L-1 L-2 L-3 2 1 0 -1 -2 -L+2 -L+1 -L 量化階q x(t) t 采樣間隔t t 2t 3t

6、4t nt 幅值幅值|x(t)|M量程量程-M，M均分為均分為2L區(qū)間區(qū)間量化階量化階q=M/L如如M5V，L211則則q2.44mV2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 模擬信號(hào)的數(shù)字化處理模擬信號(hào)的數(shù)字化處理F量化：結(jié)果取決：量化：結(jié)果取決：q、t L-1 L-2 L-3 2 1 0 -1 -2 -L+2 -L+1 -L 量化階q x(t) t 采樣間隔t t 2t 3t 4t nt 量化序列量化序列0 (L-2).q(L-2).q(L-4).q2.q q3.q(L-4).q q-(L-3).q-(L-3).q-2.q-4q-2.q0 1.t2.t3.t4.t.n. t模擬信號(hào)的數(shù)字化處理模

7、擬信號(hào)的數(shù)字化處理F編碼：編碼：二進(jìn)制編碼二進(jìn)制編碼a1 最高有效位最高有效位MSB，取值，取值0、1an 最低有效位最低有效位LSB ，取值，取值0、1n A/D轉(zhuǎn)換器有效輸轉(zhuǎn)換器有效輸出出數(shù)字量的位數(shù)數(shù)字量的位數(shù)1212222nnDaaa 11111111bLSBMSB2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 模擬信號(hào)的數(shù)字化處理模擬信號(hào)的數(shù)字化處理p采樣定理及頻率混淆采樣定理及頻率混淆F采樣定理采樣定理 解決原始信號(hào)解決原始信號(hào)不失真采集不失真采集的采樣頻率或采樣間隔選擇問(wèn)題的采樣頻率或采樣間隔選擇問(wèn)題幾個(gè)重要采集參數(shù)幾個(gè)重要采集參數(shù)樣本：采集到的一段時(shí)域信號(hào)樣本：采集到的一段時(shí)域信號(hào) 樣本長(zhǎng)

8、度樣本長(zhǎng)度 T=N. t，其中，其中N為采樣點(diǎn)數(shù)（長(zhǎng)度）、為采樣點(diǎn)數(shù)（長(zhǎng)度）、 t為采樣間隔為采樣間隔最高分析頻率最高分析頻率fx：模擬信號(hào)中所要分析的最高分量的頻率：模擬信號(hào)中所要分析的最高分量的頻率被采集的信號(hào)是頻率為被采集的信號(hào)是頻率為fr的單頻，則的單頻，則最高分析頻率最高分析頻率fx=fr一般情況下，被采集的往往是一復(fù)頻信號(hào)，則由需要定一般情況下，被采集的往往是一復(fù)頻信號(hào)，則由需要定fx由主頻（對(duì)應(yīng)系統(tǒng)工作轉(zhuǎn)速）的幾倍頻來(lái)定由主頻（對(duì)應(yīng)系統(tǒng)工作轉(zhuǎn)速）的幾倍頻來(lái)定fx，如，如fx =5. fr采樣頻率采樣頻率fs ：模擬信號(hào)離散的速度模擬信號(hào)離散的速度每秒采集的點(diǎn)數(shù)每秒采集的點(diǎn)數(shù) 對(duì)于

9、等間隔對(duì)于等間隔(t)采集，采集頻率采集，采集頻率fs為：為： fs= 1/ t . Hz2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F采樣定理采樣定理 為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)信息，信為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中最高最高分析頻率的分析頻率的2 2倍倍每周期至少采集每周期至少采集2 2點(diǎn)點(diǎn)2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) xsxxsffftff).53(.21.2一般情況：香農(nóng)香農(nóng)(Shannon)(Shannon)采樣定理采樣定理 F采樣定理采樣定理 2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 原原始始信信號(hào)號(hào) 復(fù)

10、復(fù)原原信信號(hào)號(hào) 原原始始信信號(hào)號(hào) 復(fù)復(fù)原原信信號(hào)號(hào) 采采 樣樣 脈脈 沖沖 序序 列列 離離散散過(guò)過(guò)程程 采采 樣樣 脈脈 沖沖 序序 列列 離離散散過(guò)過(guò)程程 每每周周期期采采集集 8 個(gè)個(gè)點(diǎn)點(diǎn)（最最高高分分析析頻頻率率的的 8 倍倍） 每每周周期期采采集集 2 個(gè)個(gè)點(diǎn)點(diǎn)（最最高高分分析析頻頻率率的的 2 倍倍） F頻率混淆：頻率混淆：fs2.fxfs2fx）正確采樣正確采樣 c、采集信號(hào)及譜圖（、采集信號(hào)及譜圖（fs2fx）欠采樣欠采樣頻率混疊頻率混疊 fs fs fs fs fx fx 折疊頻率折疊頻率fd 折疊頻率折疊頻率 fd=fs/2大于大于fd的頻率混疊的頻率混疊 混疊無(wú)法事后消除

11、混疊無(wú)法事后消除抗混疊措施抗混疊措施采集前濾去大于采集前濾去大于fd的的頻率頻率抗混疊濾抗混疊濾波，低通濾波頻率波，低通濾波頻率為為0 fd加大采樣頻率加大采樣頻率2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 數(shù)據(jù)的采樣與保持?jǐn)?shù)據(jù)的采樣與保持F數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集具有具有N N個(gè)個(gè)采樣采樣區(qū)間區(qū)間為為t的量化過(guò)程的量化過(guò)程采集樣本：采集樣本：T=N.T=N.t t內(nèi)的量化過(guò)程：內(nèi)的量化過(guò)程： 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出數(shù)字量輸出數(shù)字量A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始到結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)換開(kāi)始到結(jié)束時(shí)保持保持輸入信號(hào)的電平不變輸入信號(hào)的電平不變保證轉(zhuǎn)換精度保證轉(zhuǎn)換精度保持電路保持電路A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤跟蹤輸

12、入信號(hào)的變化輸入信號(hào)的變化采樣電路采樣電路 采樣間隔采樣間隔t 采樣間隔采樣間隔t 數(shù)據(jù)的采樣與保持?jǐn)?shù)據(jù)的采樣與保持F數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集基本單元基本單元多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)程控放大程控放大采樣保持采樣保持AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換放大器DC/DC模擬開(kāi)關(guān)A/D采保ch1ch2ch3ch322 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)功能功能 將將多路被測(cè)信號(hào)多路被測(cè)信號(hào)分別分別傳送到所傳送到所共用的共用的一路一路A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器進(jìn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換行轉(zhuǎn)換以低成本實(shí)現(xiàn)多通道參數(shù)的采集以低成本實(shí)現(xiàn)多通道參數(shù)的采集類(lèi)型類(lèi)型多路開(kāi)關(guān)（多到一）：多路開(kāi)關(guān)（多到一）： 多路輸入到一路多路輸入到一路AD反多路開(kāi)關(guān)（一到

13、多）：一路反多路開(kāi)關(guān)（一到多）：一路DA到多路輸出到多路輸出放大器DC/DC模擬開(kāi)關(guān)A/D采保ch1ch2ch3ch32 Ui Uo T T Uc +4V -20V R1 R2 on S1 譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng) S2 S3 Sn 電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換 Ui1 Ui2 Ui3 Ui16 Uo Uc1 Uc2 Uc3 Uc16 23 22 21 20 on Uc 低電平，T 導(dǎo)通 高電平，T 截止 S1 譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng) S2 S3 Sn 電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換 U01 U02 U03 U016 Ui Uc1 Uc2 Uc3 Uc16 23 22 21 20 2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)

14、關(guān)指標(biāo)指標(biāo) 導(dǎo)通與斷開(kāi)電阻導(dǎo)通與斷開(kāi)電阻 接通電阻為零接通電阻為零（實(shí)際（實(shí)際109 ）切換速度：一般切換速度：一般 1us1ns隔離：各通過(guò)之間的串?dāng)_，隔離：各通過(guò)之間的串?dāng)_，80db實(shí)例實(shí)例集成電路模擬開(kāi)關(guān)集成電路模擬開(kāi)關(guān) ：結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)部有譯碼器、使用方面、轉(zhuǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)部有譯碼器、使用方面、轉(zhuǎn)換速度快、壽命長(zhǎng)等換速度快、壽命長(zhǎng)等干簧繼電器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、閉合接觸電阻小而斷開(kāi)時(shí)阻抗高、不受干簧繼電器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、閉合接觸電阻小而斷開(kāi)時(shí)阻抗高、不受環(huán)境溫度影響等環(huán)境溫度影響等放大器DC/DC模擬開(kāi)關(guān)A/D采保ch1ch2ch3ch322 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F采樣保持采樣保持功能：

15、對(duì)被測(cè)信號(hào)的功能：對(duì)被測(cè)信號(hào)的實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)時(shí)跟蹤、精確取值精確取值 采集過(guò)程的兩個(gè)基本狀態(tài)：快采慢測(cè)采集過(guò)程的兩個(gè)基本狀態(tài)：快采慢測(cè)采集前的信號(hào)采集前的信號(hào)跟蹤跟蹤S S閉合閉合采集時(shí)刻的信號(hào)采集時(shí)刻的信號(hào)凍結(jié)凍結(jié)對(duì)固定信號(hào)進(jìn)行量化對(duì)固定信號(hào)進(jìn)行量化2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 放大器DC/DC模擬開(kāi)關(guān)A/D采保ch1ch2ch3ch32 采樣采樣 保持保持 采樣采樣 保持保持 A/D A1 - - + + Vx 輸出輸出 CH S A2 - - + + Vc 2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F采樣保持采樣保持 t1 t2 t3 t4 采樣間隔采樣間隔t 量化階q 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 數(shù)

16、字信號(hào)數(shù)字信號(hào) S/H 輸出輸出 采樣保持采樣保持 S/H 模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換 A/D 時(shí)刻時(shí)刻 采集狀態(tài)采集狀態(tài) t1 跟蹤跟蹤/采樣期采樣期S/H 閉合閉合 t2+t3 保持期保持期S/H 斷開(kāi)斷開(kāi) t3 數(shù)摸轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號(hào)數(shù)摸轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號(hào) t4 下一采樣周期下一采樣周期 跟蹤跟蹤/采樣期采樣期S/H 閉合閉合 采集周期采集周期：t1+t2+t3 、受限于 S/H H S H S H (0.10.01)% THS TAC (0.10.01)% TAP F采樣保持采樣保持指標(biāo)：指標(biāo)：捕捉時(shí)間捕捉時(shí)間TAC跟蹤跟蹤 S輸入值輸入值 ，取決于，取決于CH孔徑時(shí)間孔徑時(shí)間TAP H開(kāi)關(guān)斷開(kāi)

17、開(kāi)關(guān)斷開(kāi)斷開(kāi)速度斷開(kāi)速度保持保持建立建立時(shí)間時(shí)間THS 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)穩(wěn)定穩(wěn)定衰減率衰減率 H內(nèi)內(nèi)VC的下降速率，漏電，負(fù)載的下降速率，漏電，負(fù)載SH2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 數(shù)數(shù)模換技術(shù)模換技術(shù)FA/DA/D轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱(chēng)ADCADC）定義：將模擬量轉(zhuǎn)換為一定碼制的數(shù)字量的器件或裝置定義：將模擬量轉(zhuǎn)換為一定碼制的數(shù)字量的器件或裝置分類(lèi)：分類(lèi)：跟蹤比較、跟蹤比較、逐次比較逐次比較、并行比較、雙積分、并行比較、雙積分 t V D/A輸輸出出信信號(hào)號(hào) D/A變變換換器器 A 時(shí)時(shí)鐘鐘 比比較較器器 輸輸入入 邏邏輯輯控控制制 輸輸出出信信號(hào)號(hào)寄寄存存 數(shù)數(shù)字字輸輸出出 反反轉(zhuǎn)

18、轉(zhuǎn)觸觸發(fā)發(fā) 放大器DC/DC模擬開(kāi)關(guān)A/D采保ch1ch2ch3ch32 極性判斷極性判斷 誤差控制誤差控制2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) FA/DA/D轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱(chēng)ADCADC）并行比較并行比較8個(gè)電壓等級(jí)：只用個(gè)電壓等級(jí)：只用7級(jí)級(jí)7個(gè)比較器：輸出個(gè)比較器：輸出I1I73位編碼數(shù)字量輸出位編碼數(shù)字量輸出2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) FADCADC性能參數(shù)性能參數(shù)AD位數(shù)位數(shù)：二進(jìn)制或二進(jìn)制或BCDBCD碼的位數(shù)，如碼的位數(shù)，如1212位位、1616位、位、2424位位分辨力分辨力: : 最低有效位數(shù)最低有效位數(shù)LSBLSB，也稱(chēng)量化階，也稱(chēng)量化階 如：如：1212位位

19、A/DA/D轉(zhuǎn)換器、量程轉(zhuǎn)換器、量程5V5V，則分辨率為：，則分辨率為： 量化誤差量化誤差：最大為：最大為1/2LSB1/2LSB，誤差分布為均勻分布，誤差分布為均勻分布轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間：完成一次：完成一次A/DA/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間轉(zhuǎn)換的時(shí)間，倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速度，倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速度/ /通過(guò)率通過(guò)率轉(zhuǎn)換精度：轉(zhuǎn)換精度：實(shí)際實(shí)際ADCADC與理想與理想ADC ADC 量化值上的差值量化值上的差值滿(mǎn)刻度范圍：滿(mǎn)刻度范圍： ADCADC所允許輸入電壓范圍，如所允許輸入電壓范圍，如5V5V其他參數(shù)：其他參數(shù)：零點(diǎn)和增益溫度系數(shù)、輸入電阻零點(diǎn)和增益溫度系數(shù)、輸入電阻11150.00244( )22LMqV12eq

20、1cycstf 2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F示例示例采用采用鐵鐵康銅康銅熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量，在熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量，在0-450的溫度范圍的溫度范圍內(nèi)輸出的電壓值是內(nèi)輸出的電壓值是0-25mV，若要求設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置達(dá)到若要求設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置達(dá)到0.1 的測(cè)溫分辨率，如何選的測(cè)溫分辨率，如何選A/D轉(zhuǎn)換器？轉(zhuǎn)換器？分析分析 0-4500-450的溫度范圍對(duì)應(yīng)測(cè)量范圍的溫度范圍對(duì)應(yīng)測(cè)量范圍0-25mV0-25mV，即，即M=25mVM=25mV 最小分辨率：分辨最小分辨率：分辨0.1 0.1 ，對(duì)應(yīng)電壓為，對(duì)應(yīng)電壓為q q5.5 5.5 V V解題解題 M=25000V、 q5.5 V， 所

21、以，所以，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)該大于轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)該大于13位位16位位 q0.76 V1lg1132lg 2MqLMqL2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) FADCADC的選擇的選擇AD位數(shù)位數(shù) 位數(shù)：位數(shù)：12位、位、16位、位、24位位 精度：精度：0.5% 成本成本轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 實(shí)際采樣間隔：采樣定理、采集方式實(shí)際采樣間隔：采樣定理、采集方式 成本成本2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) A/DA/D通道方案確定通道方案確定考慮問(wèn)題：考慮問(wèn)題：多個(gè)模擬信號(hào)多個(gè)模擬信號(hào)性質(zhì)：快變、慢變；靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性質(zhì)：快變、慢變；靜態(tài)、動(dòng)態(tài)采集效率采集效率成本成本不同的采集要求不同的采集要求分別采集：

22、分別采集：信號(hào)之間沒(méi)有嚴(yán)格關(guān)系信號(hào)之間沒(méi)有嚴(yán)格關(guān)系并行采集：并行采集：同步同步放大器DC/DC模擬開(kāi)關(guān)A/D采保ch1ch2ch3ch322 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F無(wú)采保的無(wú)采保的A/DA/D通道通道直接轉(zhuǎn)換直接轉(zhuǎn)換應(yīng)用：直流應(yīng)用：直流/ /低頻信號(hào)低頻信號(hào)輸入信號(hào)的輸入信號(hào)的最大變化率最大變化率： t一定，允許輸入信號(hào)變化速率的上限也就確定一定，允許輸入信號(hào)變化速率的上限也就確定 變化大信號(hào)的則要求變化大信號(hào)的則要求t小??；直流信號(hào)則要求；直流信號(hào)則要求t大大m ax./sqdUfttqd示例：示例：M10V、n12、 t0.1s變化率小于變化率小于0.05V/s的輸入信號(hào)，的輸

23、入信號(hào)，采集前可不用加采保采集前可不用加采保1m ax0.05/2ndUMVsdttt放大器DC/DCA/D輸入Vi2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F帶采保的帶采保的A/DA/D通道通道應(yīng)用：各種信號(hào)應(yīng)用：各種信號(hào)輸入信號(hào)的輸入信號(hào)的最大變化率最大變化率： （取決于（取決于保持時(shí)間保持時(shí)間）采保采保A/D A/D ADC ADCF帶采保的帶采保的A/DA/D通道通道多通道巡回采集、共享多通道巡回采集、共享A/DA/D通道通道每路信號(hào)的采樣每路信號(hào)的采樣間隔間隔ADCADC采樣間隔采樣間隔一次轉(zhuǎn)換一次轉(zhuǎn)換m a x/HqdtUd t放大器 FIFO緩存A/D采保ADC輸入Vit放大器模擬開(kāi)關(guān)

24、 FIFO緩存A/D采保ch1ch2ch3ch32ADC112C HsxtffnttCHadc在前一個(gè)通道的信號(hào)處于保持階段，就可以考慮通道的切換在前一個(gè)通道的信號(hào)處于保持階段，就可以考慮通道的切換2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F帶采保的帶采保的A/DA/D通道通道多通道巡回采集多通道巡回采集兩個(gè)采樣間隔之間關(guān)系兩個(gè)采樣間隔之間關(guān)系 等速采集、巡回切換等速采集、巡回切換n n通道通道采樣間隔采樣間隔tCHA D CC Htt.C HA D CC HA D CA D Cstntttnfnf問(wèn)題：?jiǎn)栴}：1010個(gè)通道輸入，每個(gè)通道采樣間隔為個(gè)通道輸入，每個(gè)通道采樣間隔為100100微秒，做等

25、間隔微秒，做等間隔巡回采集，則要求巡回采集，則要求ADCADC的采樣間隔為多少的采樣間隔為多少？2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F帶同時(shí)采保的帶同時(shí)采保的A/DA/D通道通道偽并行偽并行采集采集每個(gè)每個(gè)t中，所有通道的信號(hào)電平先同時(shí)采樣保持，再巡回中，所有通道的信號(hào)電平先同時(shí)采樣保持，再巡回采集，從而保證所有通道采集，從而保證所有通道嚴(yán)格同時(shí)刻采集嚴(yán)格同時(shí)刻采集。 每一通道（信號(hào)）采樣間隔：每一通道（信號(hào)）采樣間隔：t；信號(hào)采樣頻率；信號(hào)采樣頻率1 /tADC (最小最小)采樣間隔：采樣間隔： t /n ；ADC 采樣頻率采樣頻率n/t ADCch1ch2ch3ch32放大器模擬開(kāi)關(guān) FI

26、FO緩存A/D采保采樣保持2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) F多通道并行多通道并行A/DA/D通道通道并行采集并行采集多塊低速的多塊低速的ADC芯片、嚴(yán)格同步采集芯片、嚴(yán)格同步采集獨(dú)立的通道，各通道間具有較好的隔離度獨(dú)立的通道，各通道間具有較好的隔離度性?xún)r(jià)比較高性?xún)r(jià)比較高 ADC采樣間隔就是信號(hào)采樣間隔采樣間隔就是信號(hào)采樣間隔ADC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器 ADC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器 ADC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器 ADC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器 FIFO 緩緩存存 并行 A/D Ch1 Ch2 Ch3 Ch16 啟 動(dòng) AD 數(shù)據(jù)總線 應(yīng)用：應(yīng)用：高速實(shí)時(shí)系統(tǒng)高速實(shí)時(shí)系統(tǒng)高頻信號(hào)采集高頻信號(hào)采集2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集

27、技術(shù) 數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡/ /器器F指標(biāo)指標(biāo)lA/DA/D位數(shù)位數(shù)（也可表示分辨率）（也可表示分辨率）: :位數(shù)越多，量化誤差越小，分位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有辨力越高。常用有8 8位、位、1010位、位、1212位、位、1616位等位等l最高采樣頻率最高采樣頻率：夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的最高速度：夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的最高速度，即每秒完每秒完成信號(hào)轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)，對(duì)應(yīng)的為成信號(hào)轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)，對(duì)應(yīng)的為A/DCA/DC最小采樣間隔。一般最小采樣間隔。一般可編程控制。如最高采樣頻率可編程控制。如最高采樣頻率333KHz333KHz，則，則A/DCA/DC最小采樣間隔最小采樣間隔為為3

28、 s3 s，可在，可在3s-500ms3s-500ms之間可控之間可控 l量程（輸入范圍）量程（輸入范圍）：A/DA/D轉(zhuǎn)換器所能轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)的電壓范轉(zhuǎn)換器所能轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)的電壓范圍。一般有圍。一般有 5V5V、10 V10 Vl精度精度: :反映輸出數(shù)碼的實(shí)際模擬輸入電壓與理想模擬輸入電反映輸出數(shù)碼的實(shí)際模擬輸入電壓與理想模擬輸入電壓之差，定義滿(mǎn)量程下包含增益誤差、偏移誤差、非線性誤壓之差，定義滿(mǎn)量程下包含增益誤差、偏移誤差、非線性誤差，量化誤差等在內(nèi)的相對(duì)精度。如小于差，量化誤差等在內(nèi)的相對(duì)精度。如小于0.050.052 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡/ /器器F指標(biāo)

29、指標(biāo)模入通道模入通道：能巡回或并行進(jìn)行采集的輸入通道數(shù)。對(duì)于巡回：能巡回或并行進(jìn)行采集的輸入通道數(shù)。對(duì)于巡回采集：采集：8 8、1616、3232；對(duì)于并行采集：；對(duì)于并行采集：2 2、4 4、8 8輸入阻抗輸入阻抗: :反映隔離信號(hào)源的能力。一般大于反映隔離信號(hào)源的能力。一般大于100M100M程控增益：程控增益：1 1、2 2、4 4、8 8、1616倍等（選項(xiàng)）倍等（選項(xiàng)）任意設(shè)定采樣通道數(shù)任意設(shè)定采樣通道數(shù), , 可通道自動(dòng)掃描采集可通道自動(dòng)掃描采集先進(jìn)先出先進(jìn)先出(FIFO)(FIFO)緩存緩存, , 可自動(dòng)可自動(dòng)數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊采集采集 觸發(fā)方式觸發(fā)方式: : 定時(shí)器觸發(fā)定時(shí)器觸發(fā),

30、, 可外啟動(dòng)采集可外啟動(dòng)采集ch1ch2ch3ch32模擬開(kāi)關(guān)振動(dòng)慢變加速度2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡/ /器器F產(chǎn)品產(chǎn)品。PC/PCIPC/PCI總線數(shù)據(jù)采集板總線數(shù)據(jù)采集板。PC/PCMCIAPC/PCMCIA總線數(shù)據(jù)采集板總線數(shù)據(jù)采集板。USB USB 總線數(shù)據(jù)采集模塊總線數(shù)據(jù)采集模塊NI PCI-6221 16Bit, 250kS/s, 16通道通道2通道通道DA（833kS/s) NI USB-9215高速串行總線：高速串行總線：USB2.0USB2.0只要有只要有USBUSB口，即插即用口，即插即用總線供電總線供電采樣速率可達(dá)采樣速率可達(dá)500kHz/

31、s500kHz/sNI PCMCIA-51022通道并行采集通道并行采集采樣頻率采樣頻率20MS/s帶寬帶寬15 MHz輸入輸入50 mV5 V2 2、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù) 數(shù)據(jù)采集技術(shù)數(shù)據(jù)采集技術(shù)p模擬信號(hào)數(shù)字化：連續(xù)模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字化：連續(xù)模擬信號(hào)離散數(shù)字信號(hào)離散數(shù)字信號(hào)采樣：采樣間隔、采樣長(zhǎng)度采樣：采樣間隔、采樣長(zhǎng)度量化：取采樣時(shí)間上的信號(hào)幅值量化：取采樣時(shí)間上的信號(hào)幅值幅值量化幅值量化編碼：二進(jìn)制編碼編碼：二進(jìn)制編碼p采樣頻率及頻率混疊采樣頻率及頻率混疊采樣定理：樣本、最高分析頻率、采樣頻率采樣定理：樣本、最高分析頻率、采樣頻率頻率混淆：折疊頻率、抗混疊措施（抗混疊濾波器、提

32、高采樣頻率）頻率混淆：折疊頻率、抗混疊措施（抗混疊濾波器、提高采樣頻率）p數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集采樣保持：動(dòng)態(tài)跟蹤采樣保持：動(dòng)態(tài)跟蹤采集；固定取值采集；固定取值保持；保持；4 4個(gè)指標(biāo)個(gè)指標(biāo)ADAD轉(zhuǎn)換：將模擬量轉(zhuǎn)換為一定碼制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換：將模擬量轉(zhuǎn)換為一定碼制的數(shù)字量分類(lèi)（分類(lèi)（跟蹤、跟蹤、逐次、并行比較，雙積分）逐次、并行比較，雙積分）基本指標(biāo)：位數(shù)、分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、精度基本指標(biāo)：位數(shù)、分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、精度pAD通道方案通道方案無(wú)采保的無(wú)采保的A/DA/D通道：輸入信號(hào)的最大變化率通道：輸入信號(hào)的最大變化率帶采保的帶采保的A/DA/D通道：多通道巡回采集、并行采集通道：多通道巡回采集、并行采

33、集ADAD采集間隔、每通道采樣頻率、采集卡指標(biāo)采集間隔、每通道采樣頻率、采集卡指標(biāo)回顧回顧)(.)()(0txktnxNk 采樣間隔采樣間隔t 采樣間隔采樣間隔t m a x./sqd Ufttqd定義定義含有微計(jì)算機(jī)或微處理器的測(cè)量?jī)x器含有微計(jì)算機(jī)或微處理器的測(cè)量?jī)x器具有采集、存儲(chǔ)、分析、自動(dòng)化操作等功能具有采集、存儲(chǔ)、分析、自動(dòng)化操作等功能 精度、速度、測(cè)試能力和工作效率精度、速度、測(cè)試能力和工作效率3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)數(shù)字式測(cè)溫計(jì)數(shù)字式測(cè)溫計(jì)數(shù)字式超聲波探傷儀數(shù)字式超聲波探傷儀 振動(dòng)采集分析儀振動(dòng)采集分析儀 模擬式萬(wàn)用表模擬式萬(wàn)用表 基本特征基本特征測(cè)量過(guò)程軟件控制測(cè)量過(guò)程

34、軟件控制測(cè)量過(guò)程測(cè)量過(guò)程量程切換量程切換極性判別極性判別調(diào)零放大調(diào)零放大過(guò)載保護(hù)過(guò)載保護(hù)結(jié)果輸出結(jié)果輸出狀態(tài)檢測(cè)狀態(tài)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)：硬件實(shí)現(xiàn)：結(jié)構(gòu)、體積、成本結(jié)構(gòu)、體積、成本軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)：流程控制：流程控制轉(zhuǎn)換、邏輯、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換、邏輯、驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化自動(dòng)化 智能、靈活智能、靈活模擬式萬(wàn)用表模擬式萬(wàn)用表 數(shù)字式測(cè)溫計(jì)數(shù)字式測(cè)溫計(jì)3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)基本特征基本特征數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)處理器的存儲(chǔ)、運(yùn)算能力處理器的存儲(chǔ)、運(yùn)算能力測(cè)量精度測(cè)量精度傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器手工事后數(shù)據(jù)處理、方法有限手工事后數(shù)據(jù)處理、方法有限主觀因素影響成分大主觀因素影響成分大智能儀器智能儀器軟件實(shí)現(xiàn)算

35、法軟件實(shí)現(xiàn)算法標(biāo)準(zhǔn)偏差、曲線擬合標(biāo)準(zhǔn)偏差、曲線擬合在線修正在線修正自動(dòng)補(bǔ)償自動(dòng)補(bǔ)償結(jié)果直接結(jié)果直接存儲(chǔ)處理存儲(chǔ)處理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、回放數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、回放數(shù)據(jù)再處理數(shù)據(jù)再處理深加工、多用途深加工、多用途數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)采集和振動(dòng)分析振動(dòng)分析 3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)基本特征基本特征友好的人機(jī)交互方式友好的人機(jī)交互方式鍵盤(pán)鍵盤(pán)方便方便 輸入?yún)?shù)，實(shí)現(xiàn)柔性測(cè)量輸入?yún)?shù)，實(shí)現(xiàn)柔性測(cè)量輸入命令，選擇不同功能輸入命令，選擇不同功能顯示屏顯示屏直觀直觀運(yùn)行情況、工作狀態(tài)、處理結(jié)果運(yùn)行情況、工作狀態(tài)、處理結(jié)果 定時(shí)測(cè)量、設(shè)限報(bào)警、自動(dòng)打印定時(shí)測(cè)量、設(shè)限報(bào)警、自動(dòng)打印標(biāo)準(zhǔn)化接口標(biāo)準(zhǔn)化接口通信接口通信接口GPI

36、B、RS232C、RS485 等等+PC機(jī)機(jī)自動(dòng)遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng) 多相功率分析儀多相功率分析儀3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)儀器功能實(shí)現(xiàn)儀器功能信號(hào)輸入單元信號(hào)輸入單元信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 信號(hào)輸出單元信號(hào)輸出單元時(shí)序控制器時(shí)序控制器數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器功率放大功率放大人機(jī)交互設(shè)備人機(jī)交互設(shè)備輸入鍵盤(pán)輸入鍵盤(pán)輸出顯示輸出顯示通信接口通信接口3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)軟件功能軟件功能自檢模塊自檢模塊初始化模塊初始化模塊時(shí)鐘模塊時(shí)鐘模塊 監(jiān)控模塊監(jiān)控模塊人機(jī)交互模塊人機(jī)交互模塊 數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)處理

37、模塊數(shù)據(jù)處理模塊 控制決策模塊控制決策模塊信號(hào)輸出模塊信號(hào)輸出模塊通信模塊通信模塊3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量功能自動(dòng)測(cè)量功能體現(xiàn)智能化，支持儀器穩(wěn)定、可靠、高精度測(cè)量體現(xiàn)智能化，支持儀器穩(wěn)定、可靠、高精度測(cè)量p量程自動(dòng)切換量程自動(dòng)切換基本功能基本功能衰減器衰減器+放大器放大器+程控程控根據(jù)輸入信號(hào)的大小，合理確定衰減器的衰減系數(shù)和放大器根據(jù)輸入信號(hào)的大小，合理確定衰減器的衰減系數(shù)和放大器的放大倍數(shù)，使的放大倍數(shù)，使A/D轉(zhuǎn)換器得到盡可能大而又不超出其輸入轉(zhuǎn)換器得到盡可能大而又不超出其輸入范圍的信號(hào)范圍的信號(hào) 3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量功能自動(dòng)測(cè)量功能體現(xiàn)智能化，

38、支持儀器穩(wěn)定、可靠、高精度測(cè)量體現(xiàn)智能化，支持儀器穩(wěn)定、可靠、高精度測(cè)量p量程自動(dòng)切換量程自動(dòng)切換基本功能基本功能衰減器衰減器+放大器放大器+程控程控n衰減器衰減器K1控制切換前置衰減控制切換前置衰減K3控制切換放大器輸出衰減控制切換放大器輸出衰減n放大器放大器K2控制放大器倍數(shù)控制放大器倍數(shù)n接口及開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)接口及開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)編碼：測(cè)量值和量程分檔比較編碼：測(cè)量值和量程分檔比較 控制驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)K A + + 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng) 電電 路路 k1 R k2 R k3 P1.2 P1.1 P1.0 R +Vcc Vo 9.9M 100K 100K 9K 1K K2 K3 Vi K1 A B C D E F

39、3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)p零位誤差與增益誤差校正零位誤差與增益誤差校正自校零自校零 輸入短路，測(cè)量零位值輸入短路，測(cè)量零位值自校準(zhǔn)自校準(zhǔn) 輸入接入基準(zhǔn)電壓，建立輸入接入基準(zhǔn)電壓，建立誤差校準(zhǔn)模型誤差校準(zhǔn)模型Vx放大放大電路電路A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換主機(jī)主機(jī)電路電路Vc短路短路輸入電壓輸入電壓基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)p非線性校正非線性校正解決電路的非線性問(wèn)題解決電路的非線性問(wèn)題傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器校正電路校正電路 輸入信號(hào)特性輸入信號(hào)特性 補(bǔ)償電路特性補(bǔ)償電路特性 輸出信號(hào)特性輸出信號(hào)特性智能儀器智能儀器a、插值法：、插值法：分段插值，多個(gè)靈敏度分段插值，多個(gè)靈敏度Sb、

40、查表法：、查表法：特性曲線數(shù)值化特性曲線數(shù)值化c、曲線擬合：最小二乘法曲線擬合：最小二乘法 數(shù)表數(shù)表3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)p溫度誤差的補(bǔ)償溫度誤差的補(bǔ)償硬件補(bǔ)償：線路復(fù)雜，成本高硬件補(bǔ)償：線路復(fù)雜，成本高軟件補(bǔ)償軟件補(bǔ)償：靈活多變：靈活多變?cè)黾訙囟仍?，測(cè)溫增加溫度元件，測(cè)溫溫度誤差模型：理論溫度誤差模型：理論/ /實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)獲取校正方程和校正值校正方程和校正值3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng) 特性曲線特性曲線 靈敏度：靈敏度： 輸出電壓輸出電壓 V p設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例F目的目的/功能功能以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)溫度、壓力實(shí)時(shí)采集監(jiān)視系統(tǒng)以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)溫度、壓力實(shí)時(shí)采

41、集監(jiān)視系統(tǒng)F性能指標(biāo)性能指標(biāo)F溫度溫度1測(cè)試范圍：測(cè)試范圍：0 C 120 C，超范圍聲光報(bào)警，超范圍聲光報(bào)警1檢測(cè)精度：檢測(cè)精度：0.5 C F壓力壓力1測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：0Pa3.92x105 Pa , 超范圍聲光報(bào)警超范圍聲光報(bào)警1檢測(cè)精度：檢測(cè)精度：1.96x103 Pa1顯示：顯示：9位位LED（顯示測(cè)量值：溫度顯示測(cè)量值：溫度41；壓力壓力31）F檢測(cè)檢測(cè)速度：速度：每分鐘一次每分鐘一次3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)F設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 傳感器傳感器溫度溫度測(cè)試范圍：測(cè)試范圍：0 C 120 C、精度：、精度：0.5 C 熱敏電阻熱敏電阻變換變換/放大器：輸出放大器：輸出05V、對(duì)應(yīng)滿(mǎn)

42、量程、對(duì)應(yīng)滿(mǎn)量程125 C壓力壓力測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：03.92x105Pa 、精度：、精度：1.96x103Pa電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片橋路放大器：輸出橋路放大器：輸出05V、對(duì)應(yīng)滿(mǎn)量程、對(duì)應(yīng)滿(mǎn)量程4.90 x105Pa3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器溫度溫度M125 C 、分辨率、分辨率q0.5 C ：壓力壓力M 4.90 x105Pa 、 1.96x103Pa ： 應(yīng)選擇應(yīng)選擇10位位A/D轉(zhuǎn)換器，可以滿(mǎn)足精度要求轉(zhuǎn)換器，可以滿(mǎn)足精度要求1lg192lg 2MqLMqL1lg192lg 2MqLMqL3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng) A/D通道方案通道方案檢測(cè)檢測(cè)速度

43、：速度：每分鐘一次每分鐘一次逐次逼近型逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器：10us100us溫度、壓力變化小溫度、壓力變化小不要保持電路不要保持電路8路模擬開(kāi)關(guān)：切換速率要大于路模擬開(kāi)關(guān)：切換速率要大于A/D轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 輸出通道輸出通道顯示：選用顯示：選用9位位LED、分段溫度、壓力、分段溫度、壓力報(bào)警輸出：開(kāi)關(guān)量報(bào)警輸出：開(kāi)關(guān)量共用一路聲光報(bào)警共用一路聲光報(bào)警 系統(tǒng)控制機(jī)系統(tǒng)控制機(jī) 單片機(jī)單片機(jī)8031：2個(gè)定時(shí)器個(gè)定時(shí)器長(zhǎng)達(dá)長(zhǎng)達(dá)1min的硬件定時(shí)的硬件定時(shí) 4KB ROM程序程序3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng) 軟件編程軟件編程每每1分鐘調(diào)用一次監(jiān)測(cè)子程序分鐘調(diào)用一次監(jiān)測(cè)子程序監(jiān)測(cè)子程

44、序監(jiān)測(cè)子程序8個(gè)通道均分個(gè)通道均分1分鐘分鐘依次完成依次完成8通道的監(jiān)測(cè)任務(wù)通道的監(jiān)測(cè)任務(wù)每次監(jiān)測(cè)具體內(nèi)容：每次監(jiān)測(cè)具體內(nèi)容：選通模擬開(kāi)關(guān)選通模擬開(kāi)關(guān)AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換中值濾波中值濾波工程變換工程變換超限檢查超限檢查報(bào)警報(bào)警/顯示顯示3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng)3 3、智能儀器系統(tǒng)、智能儀器系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輸入、調(diào)理輸入、調(diào)理輸出顯示輸出顯示控制、分析控制、分析量化量化測(cè)試領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)：測(cè)試領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)：成本增加、使用復(fù)雜成本增加、使用復(fù)雜o產(chǎn)品功能劇增，測(cè)試儀器不斷擴(kuò)增產(chǎn)品功能劇增，測(cè)試儀器不斷擴(kuò)增o不同階段使用不同精度、不同功能的模擬儀器不同階段使用不同精度、不同功能的模

45、擬儀器o項(xiàng)目、產(chǎn)品轉(zhuǎn)向，造成投資浪費(fèi)項(xiàng)目、產(chǎn)品轉(zhuǎn)向，造成投資浪費(fèi)o儀器互聯(lián)和綜合處理日益復(fù)雜儀器互聯(lián)和綜合處理日益復(fù)雜接口開(kāi)發(fā)接口開(kāi)發(fā)解決辦法：開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)解決辦法：開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)o硬件的標(biāo)準(zhǔn)化硬件的標(biāo)準(zhǔn)化資源共享資源共享o軟件的模塊化軟件的模塊化避免重復(fù)開(kāi)發(fā)避免重復(fù)開(kāi)發(fā)o系統(tǒng)的開(kāi)放化系統(tǒng)的開(kāi)放化儀器間的資源共享儀器間的資源共享o編程平臺(tái)的圖形化編程平臺(tái)的圖形化o硬件模塊的即插即用化硬件模塊的即插即用化4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 用戶(hù)定義功能用戶(hù)定義功能 4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器廠商定義功能廠商定義功能虛擬儀器虛擬儀器用戶(hù)定義功能用戶(hù)定義功能Control PanelFlowPr

46、essure Alarm ConditionsSTOPTemperature傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器 o廠商定義儀器功能廠商定義儀器功能o關(guān)鍵是硬件關(guān)鍵是硬件o開(kāi)發(fā)與維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)高開(kāi)發(fā)與維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)高o技術(shù)更新周期長(zhǎng)（技術(shù)更新周期長(zhǎng)（5 51010年）年）o價(jià)格昂貴價(jià)格昂貴o封閉、固定封閉、固定o功能單一、互聯(lián)有限功能單一、互聯(lián)有限o獨(dú)立設(shè)備獨(dú)立設(shè)備4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 虛擬儀器：虛擬儀器： Virtual Instrumentation 在開(kāi)放架構(gòu)基礎(chǔ)上創(chuàng)建用戶(hù)定義的測(cè)試系統(tǒng)在開(kāi)放架構(gòu)基礎(chǔ)上創(chuàng)建用戶(hù)定義的測(cè)試系統(tǒng) o用戶(hù)定義功能用戶(hù)定義功能o關(guān)鍵是軟件關(guān)鍵是軟件軟件即儀器軟件即儀器o開(kāi)發(fā)與維護(hù)費(fèi)用低（

47、軟件）開(kāi)發(fā)與維護(hù)費(fèi)用低（軟件）o技術(shù)更新周期短（技術(shù)更新周期短（1 12 2年）年）o價(jià)格低、可復(fù)用與可重配置性強(qiáng)價(jià)格低、可復(fù)用與可重配置性強(qiáng)o開(kāi)放、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展開(kāi)放、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展o與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備方便互聯(lián)與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備方便互聯(lián)o面向應(yīng)用的儀器系統(tǒng)面向應(yīng)用的儀器系統(tǒng)4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 “虛擬虛擬” 含義含義o虛擬的虛擬的儀器面板儀器面板o由軟件實(shí)現(xiàn)儀器的由軟件實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)量功能測(cè)量功能（軟件就是儀器）（軟件就是儀器）4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 以軟件代替硬件、以圖形代替代碼、以組態(tài)代替編程、以虛擬代替固定以軟件代替硬件、以圖形代替代碼、

48、以組態(tài)代替編程、以虛擬代替固定二者比較二者比較4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器虛擬儀器虛擬儀器儀器定義儀器定義廠家廠家用戶(hù)用戶(hù)功能設(shè)定功能設(shè)定功能特定，與其它功能特定，與其它設(shè)備連接受到限制。設(shè)備連接受到限制。面向應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可方便地與面向應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可方便地與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、外設(shè)和其它設(shè)備連接。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、外設(shè)和其它設(shè)備連接。關(guān)鍵環(huán)節(jié)關(guān)鍵環(huán)節(jié)硬件硬件軟件軟件開(kāi)放性開(kāi)放性封閉式系統(tǒng)，功能封閉式系統(tǒng)，功能固定，不能改變。固定，不能改變。基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)放式系統(tǒng)，靈基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)放式系統(tǒng)，靈活的軟件功能模塊。活的軟件功能模塊。性能價(jià)格比性能價(jià)格比低低高，可重復(fù)使用。高，可重復(fù)使用

49、。技術(shù)更新速度技術(shù)更新速度慢（周期慢（周期510510年）年）快（周期快（周期1212年）年）開(kāi)發(fā)維護(hù)開(kāi)發(fā)維護(hù)開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用高開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用高軟件結(jié)構(gòu)，節(jié)省費(fèi)用軟件結(jié)構(gòu)，節(jié)省費(fèi)用組成組成4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 硬件（電子線路）硬件（電子線路）硬件（電子線路）硬件（電子線路）硬件硬件（顯示器與旋鈕）（顯示器與旋鈕）硬件（電子線路）硬件（電子線路）計(jì)算機(jī)軟件（算法）計(jì)算機(jī)軟件（算法）計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件（顯示器與虛擬旋鈕）（顯示器與虛擬旋鈕）傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器虛擬儀器虛擬儀器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源結(jié)果表達(dá)結(jié)果表達(dá)與儀器控制與儀器控制數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集信號(hào)處理信號(hào)處理功能功能4 4、虛擬儀器、虛擬

50、儀器 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)總線I/O模塊模塊儀器硬件：儀器硬件：僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出 p標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)總線：協(xié)調(diào)各個(gè)模塊測(cè)試工作，如：協(xié)調(diào)各個(gè)模塊測(cè)試工作，如GBIP、VXIp模塊化模塊化I/O硬件硬件數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集信號(hào)條理信號(hào)條理聲音和振動(dòng)測(cè)量聲音和振動(dòng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制分布式分布式I/OI/O4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 pDAQ（Data Acquisition）數(shù)據(jù)采集板數(shù)據(jù)采集板定時(shí)與控制能力：無(wú)定時(shí)與控制能力：無(wú)有大量支持板卡有大量支持板卡 直接利用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)總線、接口，沒(méi)有儀器所需的總線性能直接利用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)總線、接口，

51、沒(méi)有儀器所需的總線性能4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 pSCXI信號(hào)調(diào)理板、信號(hào)調(diào)理板、提高測(cè)試系統(tǒng)的質(zhì)量提高測(cè)試系統(tǒng)的質(zhì)量 Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation放大放大小信號(hào)、熱電偶（小信號(hào)、熱電偶（v v），提高系統(tǒng)信噪比），提高系統(tǒng)信噪比濾波濾波動(dòng)態(tài)信號(hào)，消除噪聲、抗混疊動(dòng)態(tài)信號(hào)，消除噪聲、抗混疊模擬模擬/ /數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器隔離隔離避免接地不當(dāng)（造成測(cè)量不準(zhǔn)、損壞避免接地不當(dāng)（造成測(cè)量不準(zhǔn)、損壞DAQDAQ板卡及板卡及VIVI統(tǒng)）統(tǒng)）o光隔離（光隔離（opticaloptical）o磁隔離（磁隔離（magneticmagn

52、etic）o電容隔離（電容隔離（capacitivecapacitive）o差分輸入、單點(diǎn)接地、專(zhuān)用隔離器件差分輸入、單點(diǎn)接地、專(zhuān)用隔離器件4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 信號(hào)調(diào)理?xiàng)Ｐ盘?hào)調(diào)理?xiàng)便攜、低成本便攜、低成本o多路調(diào)理多路調(diào)理:20:20o適合各種類(lèi)型信號(hào)適合各種類(lèi)型信號(hào)o每路調(diào)理可選每路調(diào)理可選o輸出可直接連輸出可直接連DAQDAQpGPIB（General Purpose Interface Bus） 通用接口總線（通用接口總線（IEEE488IEEE488儀器控制標(biāo)準(zhǔn)儀器控制標(biāo)準(zhǔn)）多臺(tái)協(xié)調(diào)工作 一種用于實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)的數(shù)據(jù)采集和控制的標(biāo)準(zhǔn)總線一種用于實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)的數(shù)據(jù)采集和控制的標(biāo)準(zhǔn)

53、總線8 8位的位的并行并行協(xié)議、傳輸率低于協(xié)議、傳輸率低于1 Mbytes/s1 Mbytes/s標(biāo)準(zhǔn)電纜標(biāo)準(zhǔn)電纜最多控制最多控制1414臺(tái)儀器臺(tái)儀器有大量支持其標(biāo)準(zhǔn)的儀器有大量支持其標(biāo)準(zhǔn)的儀器通過(guò)計(jì)算機(jī)，對(duì)傳統(tǒng)儀器功能的擴(kuò)展和延伸通過(guò)計(jì)算機(jī)，對(duì)傳統(tǒng)儀器功能的擴(kuò)展和延伸 4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 GPIB 電纜電纜pVXI（VMEbus eXtensiona for InstrumentationVMEbus eXtensiona for Instrumentation ） 計(jì)算機(jī)控制的模塊化自動(dòng)儀器系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制的模塊化自動(dòng)儀器系統(tǒng)oVMEVMEVersatile BachVersatil

54、e Bachplane Busplane Bus、萬(wàn)用背板總線萬(wàn)用背板總線 ( (可靠性極高，散熱性能好，易于安裝和移動(dòng)可靠性極高，散熱性能好，易于安裝和移動(dòng)) )o吞吐率：吞吐率：40MB/s40MB/s（VME80MB/sVME80MB/s）o8TTL8TTL觸發(fā)線、觸發(fā)線、8ECL8ECL邏輯信號(hào)邏輯信號(hào)o即插即用即插即用o有大量支持其標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品有大量支持其標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品政府、軍事、研究政府、軍事、研究o第一次構(gòu)建尚需較大的投資強(qiáng)度第一次構(gòu)建尚需較大的投資強(qiáng)度4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 pVXI（VMEbus eXtensiona for InstrumentationVMEbus eXte

55、nsiona for Instrumentation ） 計(jì)算機(jī)控制的模塊化自動(dòng)儀器系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制的模塊化自動(dòng)儀器系統(tǒng)4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 主機(jī)箱主機(jī)箱背板總線背板總線oVME總線總線o時(shí)鐘和同步總線時(shí)鐘和同步總線o模塊識(shí)別總線模塊識(shí)別總線o觸發(fā)總線觸發(fā)總線o局部總線局部總線機(jī)械規(guī)范機(jī)械規(guī)范oEurocardo主動(dòng)冷卻主動(dòng)冷卻嵌入模塊嵌入模塊o0槽控制器槽控制器oA/D模塊模塊oD/A模塊模塊oI/O模塊模塊o.pPXI（PCI eXtensions for InstrumentationPCI eXtensions for Instrumentation） 4 4、虛擬儀器、虛擬儀器

56、buspPXI（PCI eXtensions for InstrumentationPCI eXtensions for Instrumentation） 4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 主機(jī)箱主機(jī)箱接口連接器接口連接器:2組組o32-bit PCIo64-bit PXI特性特性機(jī)械規(guī)范機(jī)械規(guī)范主動(dòng)冷卻主動(dòng)冷卻嵌入模塊嵌入模塊o系統(tǒng)槽模塊系統(tǒng)槽模塊oA/D模塊模塊oD/A模塊模塊oI/O模塊模塊o.總線上增加信號(hào)（總線上增加信號(hào)（PXI特性）特性）參考時(shí)鐘參考時(shí)鐘模塊同步模塊同步觸發(fā)總線觸發(fā)總線8 8根（根（TTLTTL）事件、星形觸發(fā)線事件、星形觸發(fā)線觸發(fā)精確控制觸發(fā)精確控制局部總線局部總線13

57、13根根高速高速TTLTTL或或0 024V24V模擬信號(hào)的相鄰模塊內(nèi)部傳遞模擬信號(hào)的相鄰模塊內(nèi)部傳遞pLXI（LAN eXtension for Instrumentation LAN eXtension for Instrumentation ）網(wǎng)絡(luò)變遷：網(wǎng)絡(luò)變遷：以太網(wǎng)接口：一方面在不斷發(fā)展，以太網(wǎng)接口：一方面在不斷發(fā)展， 10/100/100010/100/1000 ，另一方面是，另一方面是100%100%向后兼容向后兼容 4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 pLXI（LAN eXtension for Instrumentation LAN eXtension for Instrumenta

58、tion ）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量模塊的協(xié)調(diào)工作通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量模塊的協(xié)調(diào)工作網(wǎng)絡(luò)接口的價(jià)值：網(wǎng)絡(luò)接口的價(jià)值：用戶(hù)已認(rèn)可，互聯(lián)和共享用戶(hù)已認(rèn)可，互聯(lián)和共享定時(shí)同步：定時(shí)同步：IEEE 1588 IEEE 1588 引入引入 LANLAN，納秒級(jí)定時(shí)能力，納秒級(jí)定時(shí)能力LXI儀器等級(jí)儀器等級(jí) 等級(jí)等級(jí)C C：具有通過(guò)：具有通過(guò)LANLAN的編程控制能力，可以與其他廠家的編程控制能力，可以與其他廠家的儀器很好地協(xié)同工作的儀器很好地協(xié)同工作等級(jí)等級(jí)B B：擁有等級(jí)：擁有等級(jí)C C的一切能力，并且加上了的一切能力，并且加上了IEEE1588IEEE1588網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)同步標(biāo)準(zhǔn)絡(luò)實(shí)時(shí)同步標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)等級(jí)A A：

59、擁有等級(jí)：擁有等級(jí)B B的一切能力，同時(shí)具備硬件觸發(fā)能力的一切能力，同時(shí)具備硬件觸發(fā)能力4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 pLXI（LAN eXtension for Instrumentation LAN eXtension for Instrumentation ）寬度為寬度為482.6mm（19英寸）的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱英寸）的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱高度分高度分1U、2U、3U和和4U（單位（單位U44.45mm）LXI器件的最小單元是器件的最小單元是1U半寬度半寬度機(jī)箱機(jī)箱4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 前面板前面板 輸入信號(hào)連接器輸入信號(hào)連接器后面板后面板 LAN接口、電源及開(kāi)關(guān)、觸發(fā)接口、電源及開(kāi)關(guān)、觸發(fā)p儀器硬件

60、：儀器硬件：通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)各種各種PCPC機(jī)、便攜機(jī)機(jī)、便攜機(jī)o運(yùn)算運(yùn)算/ /處理能力處理能力o顯示顯示/ /表現(xiàn)能力表現(xiàn)能力o存貯能力存貯能力o促進(jìn)促進(jìn)VIVI發(fā)展的動(dòng)力發(fā)展的動(dòng)力4 4、虛擬儀器、虛擬儀器 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件就是儀器軟件就是儀器 The software is the Instrument 就是利用計(jì)算機(jī)的硬就是利用計(jì)算機(jī)的硬/軟件資源，使本來(lái)需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟軟件資源，使本來(lái)需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的功件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能與靈活性。能與靈活性。虛擬儀器的軟件框架從低層到頂層，包