數(shù)據(jù)采集卡技術(shù)原理

1、核心提示：一、數(shù)據(jù)采集卡定義:數(shù)據(jù)采集卡就是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號設(shè)備，其核心就是 A/D芯片。二、數(shù)據(jù)采集簡介： 在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用今天，數(shù)據(jù)采集重要性是十分顯著。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接橋梁。各種類型信號采集難易程度差別很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來一些麻煩。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多實(shí)際問題要解決。假設(shè)現(xiàn)在對一個(gè)模擬信號 x(t)每隔厶t時(shí)間采樣一次。時(shí)一、數(shù)據(jù)采集卡定義：數(shù)據(jù)采集卡就是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號設(shè)備，其核心就是A/D芯片。二、數(shù)據(jù)采集簡介：在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用今天， 數(shù)據(jù)采集重要性是十分顯著。 它是計(jì)算機(jī)與外部物 理世 界連接橋梁。各種類型信號采集難易程

2、度差別很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來一些麻煩。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多實(shí)際問題要解決。假設(shè)現(xiàn)在對一個(gè)模擬信號x(t)每隔 t時(shí)間采樣一次。時(shí)間間隔 t被稱為采樣間 隔或者采樣周期。它倒數(shù)1/ t被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。t=0, t ,2 t ,3 A t等等，x(t)數(shù)值就被稱為采樣值。所有x(0),x( t),x(2 t )都是采 樣值。這樣信號x(t)可以用一組分散采樣值來表示：下圖顯示了一個(gè)模擬信號和它采樣后采樣值。采樣間隔是 A t ,注意，采樣點(diǎn)在時(shí)域上是分散圖1模擬信號和采樣顯示如果對信號x(t)采集N個(gè)采樣點(diǎn)，那么x(t)就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示:

3、這個(gè)數(shù)列被稱為信號x(t)數(shù)字化顯示或者采樣顯示。注意這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制索引，而不含有任何關(guān)于采樣率(或 t)o信息。所以如果只知道該信號采樣值，并不能知道它采樣率，缺少了時(shí)間尺度，也不可能知道信號x(t)頻率。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號頻率兩倍。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號而不發(fā)生畸變最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率一半。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率成分，信號將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。圖2顯示了一個(gè)信號分別用合適采樣率和過低采樣率進(jìn)行采樣結(jié)果。采樣率過低結(jié)果是還原信號頻率看上去與原始信號不同。這種信號畸變叫做混疊(alias )。出

4、現(xiàn)混頻偏差(alias frequency)是輸入信號頻率和最靠近采樣率整數(shù)倍差絕對值A(chǔ)dequately sampled sigralAliased sig nal due to un dersampli ng圖2不同采樣率采樣結(jié)果圖3給出了一個(gè)例子。假設(shè)采樣頻率fs是100HZ,信號中含有25、70、160和510 Hz成分。FfP HZ702 HE iF IGO d3MZLF510：4 tl £Ij t_<T呂葉rrAuHKy"15W圖3說明混疊例子采樣結(jié)果將會是低于奈奎斯特頻率(fs/2=50 Hz )6信號可以被正確采樣。而頻率高于50HZ信號成分采樣時(shí)會發(fā)

5、生畸變。分別產(chǎn)生了30、40和10 Hz畸變頻率F2、 F3和F4。計(jì)算混頻偏差公式是:混頻偏差 = ABS ( 采樣頻率最近整數(shù)倍輸入頻率 )其中 ABS 表示“絕對值”，例如：混頻偏差 F2 =|100-70|= 30 Hz混頻偏差 F3 = 1(2)100T60| =40 Hz混頻偏差 F4 = 1(5)100-510| =10 Hz為了避免這種情況發(fā)生，通常在信號被采集(A/D ) 之前，經(jīng)過一個(gè)低通濾波器，將信號中高于奈奎斯特頻率信號成分濾去。在圖3。例子中，這個(gè)濾波器截止頻率自然是25HZ 。這個(gè)濾波器稱為抗混疊濾波器采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置呢？也許你可能會首先考慮用采集卡支持最大頻率。但是，較長時(shí)間使用很高采樣率可能會導(dǎo)致沒有足夠內(nèi)存或者硬盤存儲數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號最高頻率成分2倍就夠了，實(shí)際上工程中選用 5? 10 倍，有時(shí)為了較好地還原波形，甚至更高一些。通常，信號采集后都要去做適當(dāng)信號處理，例如FFT等。這里對樣本數(shù)又有一個(gè)要求，一般不能只提供一個(gè)信號周期數(shù)據(jù)樣本，希望有5? 10個(gè)周期，甚至更多樣本。并且希望所提供樣本總數(shù)是整周期個(gè)數(shù)。這里又發(fā)生一個(gè)困難，有時(shí)我們并不知道，或不確切知道被采信號頻率， 因此不但采樣率不一定是信號頻率整倍數(shù)，也不能保證提供整周期數(shù)樣本。我們 所有僅僅