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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率和記錄容量

來源：m.yinyue371.com 發(fā)布時(shí)間：2023年06月13日

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率和記錄容量。在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，單片機(jī)直接控制A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)采集一般要經(jīng)過啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、讀取A/D轉(zhuǎn)換值、將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器、修改存儲(chǔ)器地址指針、判斷數(shù)據(jù)采集是否完成等過程。由于數(shù)據(jù)采集的功能主要通過軟件來實(shí)現(xiàn)，因此，其采樣速率一般在1MHz以下。在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，單片機(jī)不再承擔(dān)A/D轉(zhuǎn)換的控制、數(shù)據(jù)的讀出與存儲(chǔ)工作，這些操作由專門的高速數(shù)字電路完成。通過高速數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)器之間的直接傳輸。
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已在雷達(dá)、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號(hào)測(cè)試等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。它的關(guān)鍵技術(shù)是高速ADC技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸技術(shù)和抗干擾技術(shù)。
系統(tǒng)組成
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩部分。在數(shù)據(jù)采集時(shí)，必須以很高的速度采集數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理時(shí)并不需要與數(shù)據(jù)采集同樣高的速率進(jìn)行。因此，高速數(shù)據(jù)采集需要有一個(gè)數(shù)據(jù)緩存單元，先將采集的數(shù)據(jù)有效的存儲(chǔ)，然后根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由單片機(jī)、高速緩存、高速A/D轉(zhuǎn)換器組成。
單片機(jī)
單片機(jī)，也稱單片微型計(jì)算機(jī)。它是把ZY處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出端口（I/O）等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。
高速緩存是關(guān)鍵部件，其構(gòu)成方案有三種：
（1）高速SRAM切換方式。高速SRAM只有一套數(shù)據(jù)、地址和控制總線，可通過三態(tài)緩沖門分別接到A/D轉(zhuǎn)換器和DSP上。當(dāng)A/D采樣時(shí)，SRAM由三態(tài)門切換到A/D轉(zhuǎn)換器一側(cè)，以使采樣數(shù)據(jù)寫入其中。當(dāng)A/D采樣結(jié)束后，SRAM再由三態(tài)門切換到DSP一側(cè)以便DSP進(jìn)行讀寫。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是SRAM可隨機(jī)存取，同時(shí)較大容量的高速SRAM容易得到且價(jià)格適中，缺點(diǎn)是切換控制電路比較復(fù)雜，且只能由A/D轉(zhuǎn)換器和DSP分時(shí)讀寫。
（2）前面先出（FIFO）方式。 FIFO存儲(chǔ)器就象數(shù)據(jù)管道一樣，數(shù)據(jù)從管道的一頭流入、從另一頭流出，前面入的數(shù)據(jù)先流出。FIFO具有兩套數(shù)據(jù)線而無地址線，可在其一端寫操作而在另一端讀操作，數(shù)據(jù)在其中順序移動(dòng)，因而能夠達(dá)到很高的傳輸速度和效率，且由于省去了地址線而有利于PCB板布線。缺點(diǎn)是只能順序讀寫數(shù)據(jù)，因而顯得比較呆板，而且大容量的高速FIFO非常昂貴；
（3）雙口RAM。雙口RAM具有兩套獨(dú)立的數(shù)據(jù)、地址和控制總線，因而可從兩個(gè)端口同時(shí)讀寫而互不干擾，并可將采樣數(shù)據(jù)從一個(gè)端口寫入而由DSP從另一個(gè)端口讀出。雙口RAM也能達(dá)到很高的傳輸速度，并且具有隨機(jī)存取的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是大容量的高速雙口RAM很難得且價(jià)格昂貴。
高速A/D轉(zhuǎn)換器
高速A/D轉(zhuǎn)換器常采用并行A/D轉(zhuǎn)換器或并/串行A/D轉(zhuǎn)換器，由電阻分壓器、比較器、緩沖寄存器和編碼器組成。
基本功能
一般來說，高速采集系統(tǒng)的任務(wù)是采集各種類型傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸入計(jì)算機(jī)處理，得到特定的數(shù)據(jù)結(jié)果。同時(shí)將計(jì)算得到波形和數(shù)值進(jìn)行顯示，對(duì)各種物理量狀態(tài)監(jiān)控。
基本原理

是基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般包括：AD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、SDRAM動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件、Flash靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件、HPI主機(jī)接口、USB接口、PCI接口等。典型的數(shù)字信號(hào)處理過程。輸入信號(hào)可以是語音信號(hào)、調(diào)制后的電話信號(hào)、編碼的數(shù)字信號(hào)、壓縮的圖像信號(hào)，也可以是各種傳感器輸?出的信號(hào)。如果輸人信號(hào)的幅度較小或者過大，一般都需要經(jīng)過放大器單元將輸入信號(hào)幅度放大或者縮小后，送到AD進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；如果輸入信號(hào)帶有較大的噪聲，一般需要經(jīng)過一個(gè)硬件的模擬濾波單元，將信號(hào)濾波整形后，送到AD進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。AD能將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，但必須滿足奈奎斯特采樣定理，也就是為了保證不丟失信息的所有信息，采樣頻率必須高于輸入信號(hào)很高頻率的2倍，一般為5倍以上。AD變換后得到的數(shù)字信號(hào)輸人到DSP芯片；再由DSP芯片對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種數(shù)字信號(hào)算法的處理。

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