數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)1-8章課后習(xí)題答案馬明建 第三版第一章 緒論1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)：答：數(shù)據(jù)采集的任務(wù)就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需數(shù)據(jù)。同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其總一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。（P15）1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)哪些基本功能?.答：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下個(gè)方面的基本功能：數(shù)據(jù)采集；模擬信號處理；數(shù)字信號處理；開關(guān)信號處理；二次數(shù)據(jù)計(jì)算；屏幕顯示；數(shù)據(jù)存儲；打印輸出；人機(jī)聯(lián)系。（P15）1

2、.3簡述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式，并比較其特點(diǎn)。答：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：一種是微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一種是集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)，滿足中小規(guī)模數(shù)據(jù)采集要求；對環(huán)境要求不高；價(jià)格低廉，系統(tǒng)成本低；可座位集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個(gè)基本組成部分；其相關(guān)模板和軟件都比較齊全，容易構(gòu)成西歐它能夠，便于使用與維修。集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng)；系統(tǒng)可靠性高；系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)性好；對系統(tǒng)硬件要求不高；特別適合在惡劣環(huán)境下工作。（P16）1.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件功能模塊是如何劃分的？各部分都完成哪些功能？答：數(shù)據(jù)采集系

3、統(tǒng)軟件功能模塊一般由以下部分組成：（1）模擬信號采集與處理程序。其主要功能是對模擬輸入信號進(jìn)行采集、標(biāo)度變換、濾波處理以及二次數(shù)據(jù)計(jì)算，并將數(shù)據(jù)存入磁盤。（2）數(shù)字信號采集與處理程序。其功能是對數(shù)字輸入信號進(jìn)行采集及碼制之間的轉(zhuǎn)換。（3）脈沖信號處理程序。其功能是對輸入的脈沖信號進(jìn)行電平高低判斷和計(jì)數(shù)。（4）開關(guān)信號處理程序。其功能是判斷開關(guān)信號輸入狀態(tài)變化情況，若發(fā)生變化，則執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。（5）運(yùn)行參數(shù)設(shè)置程序。其功能是對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。（6）系統(tǒng)管理（主控）程序。其功能是將各個(gè)模塊程序組織成一個(gè)程序系統(tǒng)，并管理和調(diào)用各個(gè)功能模塊程序，其次是用來管理數(shù)據(jù)文件的存儲和輸出

4、。（7）通信程序。其功能是設(shè)置數(shù)據(jù)傳送的波特率（速率），上位機(jī)向數(shù)據(jù)采集站群發(fā)送機(jī)號，上位機(jī)接收和判斷數(shù)據(jù)采集站發(fā)揮的機(jī)號，命令相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集站傳送數(shù)據(jù)，上位機(jī)接受數(shù)據(jù)采集站傳送來的數(shù)據(jù)。（P20）1.5模擬信號處理程序的主要任務(wù)是什么？答：模擬信號處理程序的主要任務(wù)是對模擬輸入信號進(jìn)行采集、標(biāo)度變換、濾波處理以及二次數(shù)據(jù)計(jì)算，并將數(shù)據(jù)存入磁盤。（P20）1.6數(shù)據(jù)處理的類型有哪些？答：數(shù)據(jù)處理的類型一般按一下方式分類：按處理方式劃分，數(shù)據(jù)處理可分為實(shí)時(shí)（在線）處理和事后（脫機(jī)）處理。按處理的性質(zhì)劃分，數(shù)據(jù)處理可分為預(yù)處理和二次處理兩種。（P21）1.7數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)是什么？答：數(shù)據(jù)處理的

5、主要任務(wù)有以下幾點(diǎn)：（1）對采集到的電信號做物理量解釋（2）消除數(shù)據(jù)中的干擾信號（3）分析計(jì)算數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征（P22）第二章 模擬信號的數(shù)字化處理2.1什么叫采樣？（P24）采樣頻率如何確定？（P26）2.2試說明，為什么在實(shí)際采樣中，不能完全滿足采樣定理一所規(guī)定的不失真條件？ 解：若模擬信號為當(dāng) 模擬信號的采樣值為只有在時(shí)，xS(nTS)與x(t)的幅值才相同。但在工程上很難做到。（P29）2.3對某種模擬信號x(t)，采樣時(shí)間間隔TS分別為4ms、8ms、16ms，試求出這種模擬信號的截止頻率 fC 分別為多少？解：由采樣定理，有，則當(dāng)TS=4ms時(shí)，fS=250Hz當(dāng)TS=8ms時(shí)，fS

6、=125Hz當(dāng)TS=16ms時(shí)，fS=62.5Hz2.4采樣周期與哪些因素有關(guān)？如何選擇采樣周期？解：（1）采樣周期與信號x(t) 的截止頻率fC 有關(guān)。 （2）根據(jù)采樣定理，確定采樣周期。2.5什么叫做量化？答：量化是指把采樣信號的幅值與某個(gè)最小數(shù)量單位的一些列整倍數(shù)比較，以最接近于采樣信號幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來代替該幅值。這一過程稱為“量化過程”，簡稱“量化”。（P41）2.6對采樣信號進(jìn)行量化的最小數(shù)量單位是多少？它與FSR 和量化器的位數(shù)n 之間有何關(guān)系？答：最小數(shù)量單位是量化單位 q，q =。 q 與FSR成正比，與2n 成反比。2.7絕對誤差0LSB是否絕對無誤差，其意義如何？絕

7、對誤差為1/8LSB，其意義如何？答：不是無誤差，LSB表示數(shù)碼的最右端的位即最低有效位；LSB=q=，根據(jù)量化單位q的定義知：LSB代表n位二進(jìn)制分?jǐn)?shù)碼所能分辨的最小模擬量。2.8什么叫做編碼？答：編碼是指把量化信號的電平用數(shù)字代碼表示。（P47）2.9把十進(jìn)制256轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的BCD碼。答：（256）=（10 0101 0110）2.10用2的補(bǔ)碼計(jì)算表達(dá)式“16-5”的值。答：16-5=16+(-5)=(10000)B+(11011)B=(01011)B(不考慮進(jìn)位)第三章 模擬多路開關(guān)3.1模擬多路開關(guān)的接通電阻RON比一般的電子開關(guān)更大還是更??？答：模擬多路開關(guān)的導(dǎo)通電阻一般比較大,

8、理論數(shù)值為小于100歐姆。（而且該導(dǎo)通電阻隨溫度的變化而變化）。而電子開關(guān)（比如干簧管）的導(dǎo)通電阻比較小，其導(dǎo)通電阻趨向于，可看作理想的開關(guān)。模擬開關(guān)是通過數(shù)字量來控制傳輸門（TG）的接通和斷開以傳輸數(shù)字信號或模擬信號的開關(guān)。它具有功耗低、速度快、體積小、無機(jī)械觸點(diǎn)及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此在一定程度上可以用來代替繼電器。它的缺點(diǎn)是導(dǎo)通電阻不夠?。◣资翈装贇W），斷開時(shí)仍有泄露電流（約0.1），且通過的電流一般為毫安級。3.2 模擬多路開關(guān)輸入端一般是幾個(gè)端子？輸出端為幾個(gè)端子的通道選擇器？答：模擬多路開關(guān)輸入端一般是8 個(gè)端子，輸出端為 1 個(gè)端子的通道選擇器。3.3 某數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有8個(gè)模

9、擬通道，各通道輸入信號頻率可達(dá)5kHz,而且至少要用每個(gè)采樣周期10個(gè)采樣點(diǎn)的速度進(jìn)行采樣，問：（1）多路開關(guān)的切換速率應(yīng)是多少？（2）可選用什么類型的多路開關(guān)？解： fC = 5 kHz，采樣頻率 采樣周期 每個(gè)采樣點(diǎn)的采樣周期 切換速率 由表3.5可知，CD4051的ton和toff 都為0.8s則 CD4051開關(guān)的切換時(shí)間為1.6s ,開關(guān)的切換速率 多路開關(guān)選擇 CD4051。3.4 某數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求有20個(gè)模擬通道，信號電平范圍為100mv，并要求開關(guān)的導(dǎo)通電阻不到1歐，各通道信號的頻率為2.5kHz,要求每個(gè)采樣周期至少采5個(gè)采樣點(diǎn)，問：（1）開關(guān)的切換率應(yīng)是多少？（2）采用什

10、么樣的多路開關(guān)式合適的？答：（1）fc=2.5Hz，fs 切換頻率為 （2）可選用CD4501的多路開關(guān)，將3片CD4501加以組合，用門電路組成地址譯碼器3個(gè)選址信號，分別接各片的禁止端，擴(kuò)展通道數(shù)為24 個(gè)，選用其中20個(gè)。第四章 測量放大器4.1為什么要在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用測量放大器？答：在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，來自傳感器的模擬信號通常很微弱，遠(yuǎn)小于一般運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓和溫漂電壓。因此這些信號不能用一般運(yùn)放進(jìn)行放大，而必須用低溫漂，低失調(diào)電壓高穩(wěn)定增益且抗共模干擾能力強(qiáng)的測量放大器進(jìn)行放大。4.2 設(shè)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有測量放大器，已知R1=R2=5k，Rg=100k，R4=10k，R5=

11、20k，若R4和R5的精度為0.1%，試求次放大器的增益及CMRR.解：R3=R4=10000CMRR=4.3 設(shè)AD521測量放大器的增益為100，試畫出其接線原理圖，算出外接電阻值的大小。解： 當(dāng)放大器的增益時(shí) 當(dāng)又RS = 10015%當(dāng) RS = 100+15%時(shí)，當(dāng) RS = 100-15%時(shí)，其接線原理圖4.4 試分析圖4-2測量放大器輸入級兩運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓大小對測量放大器性能指標(biāo)的影響。要提高測量放大器的性能，對其三個(gè)運(yùn)放的性能有什么特殊要求？答：輸入級A1 A2的失調(diào)電壓互相抵消，A1 A2的特性不完全對稱時(shí)其失調(diào)電壓的參值。經(jīng)過放大后被送往A3，要提高測量放大器的性能應(yīng)盡

12、量使A1 A2的特性互相對稱。4.5 設(shè)計(jì)一個(gè)由8301單片機(jī)程控隔離放大器增益的接口電路。已知輸入信號小于10mV，要求當(dāng)輸入信號小于1mV時(shí)，增益為1000，而輸入信號每增加1mV時(shí)，其增益自動減至原來的1/2.第五章 采樣/保持器5.1 采樣/保持器在模擬信號頻率很低時(shí)，是否有必要使用？在模擬信號頻率很高時(shí)呢，為什么？答：輸入信號頻率很低時(shí)，由于在A/D轉(zhuǎn)換過程中模擬信號的電壓幾乎不變，因而不必使用采樣保持器。當(dāng)模擬信號頻率很高時(shí)，由于信號電平變化很快，必須使用采樣保持器以穩(wěn)定轉(zhuǎn)換電平。5.2 采樣頻率fs高時(shí)，保持電容應(yīng)取大些還是小些？答：采樣保持器的捕捉時(shí)間受保持電容的影響，越大，越

13、長，當(dāng)采樣頻率很高時(shí)，必須使用較小的，以減少，提高。5.3 采樣/保持器是否具有放大功能？其放大值由什么決定？答：采樣保持器具有放大功能，通常其放大倍數(shù)由相關(guān)外接電阻決定。5.4 孔徑時(shí)間影響A/D轉(zhuǎn)換的什么參數(shù)答：孔徑時(shí)間主要影響A/D轉(zhuǎn)換的精度。5.5 捕捉時(shí)間tAC影響A/D轉(zhuǎn)換的什么參數(shù)答：捕捉時(shí)間主要影響A/D轉(zhuǎn)換的采樣速率。5.6設(shè)在某數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，采樣/保持器的孔徑時(shí)間，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為12，求：（1）采樣精度能達(dá)到的最高信號頻率是多少？（2）若采樣/保持器的孔徑不定，則最高信號頻率是多少？解：(1) (2) 5.7一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的孔徑時(shí)間，試問一個(gè)10kHz信號在其變化

14、率最大點(diǎn)被采樣時(shí)所能達(dá)到的分辨率是多少？解： 所以：相對分辨率 則有n 145.8 設(shè)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入滿量程電壓為+10V，模擬輸入信號的最高頻率是1kHz，采樣頻率為10kHz，AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為10ms，采樣保持器的tAP=20ns，保持電壓的下降率為100V/s，捕捉時(shí)間為50s。問： 如果允許的孔徑誤差和下降誤差都是0.02%，所選的采樣保持器能否滿足要求？ 捕捉時(shí)間能否滿足要求？解：(1) 由于采樣/保持器孔徑時(shí)間應(yīng)滿足 保持電壓下降率應(yīng)滿足 輸入信號的最大變化率為則 由有（V）由有（V）由有(ns) 所選的采樣保持器不滿足要求。 (2) 則而 捕捉時(shí)間滿足要求。5.9 設(shè)一

15、采樣保持器在保持階段，保持電容CH的漏電流ID=10nA，保持時(shí)間為10ns。如果希望在保持時(shí)間內(nèi)采樣保持器的輸出電壓下降小于0.1%，試選擇合適的CH值。解： 保持電壓下降率為 由于 1F106F 1012pF 則 CH 0.1pF 第六章 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器6.1 AD轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV=25s，最高采樣頻率fS kHz，對應(yīng)的輸入信號最高頻率fmax kHz。解： 最高采樣頻率fS 最高頻率fmax6.2 A/D轉(zhuǎn)換理想特性最大量化誤差為多少LSB？解： 6.3 AD574A有哪些主要的控制信號？其意義如何？解：12/8 CE （P90）6.4 A/D轉(zhuǎn)換器要能開始轉(zhuǎn)換，必須具備哪幾個(gè)條件（參

16、考AD574A的啟動時(shí)序圖）？轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)STS有何變化？此變化有什么用途？解：在CE上升沿之前，先有=0和=0轉(zhuǎn)換回來時(shí)STS由高變低，使變化可作為查詢狀態(tài)下的單片機(jī)的查詢信號或中斷公式下的中斷觸發(fā)信號。6.5 12位AD轉(zhuǎn)換器AD574A是如何與PC機(jī)ISA總線的數(shù)據(jù)線接口（包括硬件連接、傳輸格式等）？（P121）6.6 從AD轉(zhuǎn)換時(shí)間考慮，什么情況下用查詢方式好？什么情況下用中斷方式好？答：當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間較短（幾十微秒以下）時(shí)，宜采用查詢方式，而轉(zhuǎn)換時(shí)間較長（100微秒以上）時(shí)，宜采用中斷方式，其理由是，采用查詢方式時(shí)，在A/D轉(zhuǎn)換期間，微機(jī)的CPU處于等待狀態(tài)，降低了CPU的效率，而采

17、用中斷方式。A/D轉(zhuǎn)換期間，微機(jī)的CPU可以去做其他工作，不會因A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間而影響CPU的效率，但是程序較復(fù)雜。6.7 設(shè)中斷響應(yīng)時(shí)間為。（需要查詢相關(guān)手冊，肯定不考）6.8 一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。（需要查詢相關(guān)手冊，肯定不考）6.9 在AD轉(zhuǎn)換器中，最重要的技術(shù)指標(biāo)是哪兩個(gè)？答：精度和轉(zhuǎn)換速度6.10 一般用什么信號來表征 AD轉(zhuǎn)換器芯片是否被選中？答：若A/D轉(zhuǎn)換器芯片為AD574A，則以=0表示A/D轉(zhuǎn)換器芯片被選中。6.11 設(shè)計(jì)題6.12 線性誤差是什么意思？線性誤差大于1LSB有何后果（對A/D轉(zhuǎn)換器說明）？答：線性誤差是指在沒有增益誤差和偏移誤差的條件下，實(shí)際傳輸特性曲線和理想特性曲

18、線之差。線性誤差通常不大于，因?yàn)榫€性誤差是由A/D轉(zhuǎn)換器特性隨模擬輸入信號幅值變化而引起的，因此線性誤差是不能進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹?.13 設(shè)計(jì)題第七章 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器7.1 DAC0832芯片有哪幾種工作方式，各有什么特點(diǎn)？解：三種工作方式：直通、單緩沖、雙緩沖1)單緩沖工作方式 : 一個(gè)寄存器工作于直通狀態(tài)， 一個(gè)工作于受控鎖存器狀態(tài)在不要求多相D/A同時(shí)輸出時(shí)，可以采用單緩沖方式，此時(shí)只需一次寫操作，就開始轉(zhuǎn)換，可以提高D/A的數(shù)據(jù)吞吐量。2) 雙緩沖工作方式: 兩個(gè)寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)當(dāng)要求多個(gè)模擬量同時(shí)輸出時(shí)，可采用雙重緩沖方式。7.2 D/A轉(zhuǎn)換器的線性誤差是什么意思？線性誤差大于1

19、LSB有何后果？解：線性誤差是指D/A轉(zhuǎn)換器芯片的轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差7.3 12位D/A轉(zhuǎn)換器中，R=1K,R0=2K,問=?解：當(dāng)D=111時(shí)， 7.4 DAC1210 12位D/A轉(zhuǎn)換器與8301單片機(jī)接口,。（不會）7.5 一般用什么信號來表征D/A轉(zhuǎn)換器芯片是否被選中？一般用( =0)信號來表征/轉(zhuǎn)換器芯片是否被選中。7.6 多于8位的D/A轉(zhuǎn)換器在和8位微機(jī)接口時(shí)，如何解決數(shù)據(jù)傳送問題？ （P150）第八章 數(shù)據(jù)的接口板卡采集8.1 什么是數(shù)據(jù)采集接口板卡？（P153）8.2 采用數(shù)據(jù)采集接口板卡有什么好處？一般在什么情況下采用？(P153)8.3 現(xiàn)有一BAS

20、IC語句為“U = (H * 256 + L) *10 / 4096”，試問該語句完成什么任務(wù)？語句中的“H * 256 + L”部分起什么作用，為什么要“H * 256”？解： 將12位二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。 “H*256+L”是將高四位二進(jìn)制碼與低八位二進(jìn)制碼組合成12位二進(jìn)制碼； 高四位二進(jìn)制碼上移八位，所以H*256。8.4 用PC-6319接口板卡的0、1、2通道分別采集1節(jié)、2節(jié)、3節(jié)干電池的電壓數(shù)據(jù)，要求每個(gè)通道各采集10個(gè)數(shù)據(jù)，3個(gè)通道巡回采集。設(shè)定PC-6139接口板基地址為0100H，試用QUICK BASIC語言編寫雙端輸入、程序查詢方式取數(shù)的數(shù)據(jù)采集程序，并將采集到的

21、數(shù)據(jù)以“V”為單位，按通道號顯示在屏幕上。解：3 個(gè)通道巡回采集是指在每個(gè)采樣時(shí)刻，對3 個(gè)通道各采集一次數(shù)據(jù)。CLSN = 10DIM U1(N) , U2(N) , U3(N)FOR I = 1 TO N CH% = 0 CALL CAIJI (CH%, U) U1(I) = U CH% = 1 CALL CAIJI (CH%, U) U2(I) = U CH% = 2 CALL CAIJI (CH%, U) U3(I) = UNEXT IPRINT U1 , U2 , U3 FOR I = 1 TO N PRINT U1(I) , U2(I) , U3(I)NEXT IENDSUB CAIJI (CH%, U)ADDER% = &H100A = INP(ADDER%+3)OUT ADDER%, CH%OUT ADDER%+1, 010IF INP(ADDER%+2) =128 THEN 10H = INP(ADDER%+2)L = INP(ADDER%+3)U = (H*256+L