模擬/數字轉換A/D轉換器D/A轉換器采樣和量化數據采集系統調制解調模數轉換器（ADC、DAC）信號選擇、濾波、放大等其它：時鐘、接口電路等模擬/數字轉換連續量采樣（離散化）量化（數字化）A/D轉換包括采樣和量化兩個過程；采樣是將時域上連續變化的信號變為時域上離散的信號；量化是將幅值可連續變化的信號變為離散值。采樣－保持電路原理圖采樣是按一定的時間間隔，周期性的提取信號的幅值。保持電路使輸入電壓在模數轉換期間保持穩定。1，被采樣信號最高頻率有限；2，采樣頻率不小于被采樣信號最高頻率的兩倍。采樣－保持量化、編碼量化是把幅值可連續變化的量轉化為所規定的最小數字量的整數倍，最小數字量即量化單位；編碼是把量化的結果用代碼的形式表示出來，一般為二進制代碼；量化引入的誤差稱為量化誤差，它與具體的量化方法有關。A/D轉換將模擬輸入電壓Ui

轉換為n位二進制數Da，則有：其中，n——A/D轉換器位數；

Uref

——參考電壓，即ai

全部為1時對應的輸入電壓；

ΔU

——單位量化電壓，即最低有效位（LSB）a0

為 1，其它各位為0時對應的輸入電壓;

e——量化誤差。由于采用四舍五入原則，量化誤差e為：量化誤差的大小應與輸入信號的絕對誤差處于同一數量級上；模擬輸入信號的幅值應盡量與A/D轉換器的輸入量范圍相匹配。完成數字化的器件稱為A/D轉換器，它的輸出為n位數，滿量程輸出為Uref，輸入電壓按照四舍五入原則進行量化。A/D轉換器輸出信號最常采用的編碼形式是二進制編碼；

A/D轉換器典型的A/D轉換器包括： 并行比較型A/D轉換器、逐次逼近型A/D轉換器、 積分型A/D轉換器等。

并行A/D轉換器整個電路由分壓、比較、編碼三部分組成。優點是同時確定所有編碼值，轉換速度最快；缺點是分辨率低，如果增加一位編碼，則比較器和有關器件需要加倍。一般用于轉換速度快而精度要求不高的場合。逐次逼近型A/D轉換器主要構成：數碼寄存器、D/A轉換器、電壓比較器、順序脈沖分配器和相應的控制電路。工作原理：控制電路首先把寄存器最高位置1，其它各位置0，D/A轉換器將這個數值轉換為相應的模擬電壓值Ua，然后和輸入電壓Ui相比較，如果Ua>Ui，說明這個值太大了，應該使最高位為0，反之應該保留這個1。然后把次高位置1，并用同樣的方法判斷次高位應該為1還是0。照此方法依次確定寄存器的每一位值，最終寄存器的輸出即為Ui的量化編碼。逐次逼近型A/D轉換器轉換速度較快，由于進行的是瞬時值比較，故抗干擾能力稍差。A/D轉換器的主要技術指標：1，量化單位：即最低有效位（LSB）為1時對應的模擬輸入電壓值。2，分辨率：轉換器能夠分辯輸入信號的最小變化量。或以1LSB表示，經常稱n位A/D轉換器具有n位分辨率；3，量化誤差：由于分辨率有限而造成的轉換誤差，其絕對值不大于量化單位電壓；4，轉換時間：轉換器完成一次A/D轉換所需的時間，在此時間內，模擬輸入電壓通過采樣保持器保持穩定值，否則會造成動態誤差。3，D/A轉換器D/A轉換器位于計算機的輸出通道，是將數字量轉換為模擬量的器件或裝置。將一個n位二進制數N表示的電壓轉換為相應的模擬量為：其中ΔU是D/A轉換器的單位量化電壓，它等于僅a0

為1時的輸出模擬電壓。D/A轉換器的主要類型有：權電阻D/A轉換器、T形電阻網絡D/A轉換器、倒T形電阻網絡D/A轉換器及權電流網絡D/A轉換器。特性參數有：分辨率、轉換時間、輸出量程等；誤差包括零點誤差、增益誤差和非線性誤差等。數據采集系統調制解調模數轉換器（ADC、DAC）信號選擇、濾波、放大等其它：時鐘、接口電路等傳感器信號處理ADCDAC計算機顯示檢測預處理轉換調理界面數字量模擬量信號處理模擬世界數據采集系統和外部模擬世界的關系模擬多路轉換器——AD7501結構、引腳、真值表功能：對多路輸入信號進行分時切換，輸出接A/D轉換器。單端輸入分時多通道采集結構同步多通道采集結構信號的輸出與顯示測試系統輸出信號分類顯示和指示通信和驅動記錄圖視顯示模擬指示數碼顯示打印繪圖模擬記錄數字記錄模擬通信輸出數字并行、串行輸出設備驅動接口數碼顯示：發光二極管（LED）、液晶顯示器（LCD）等。圖視顯示：CRT顯示器、液晶顯示器、等離子體（PDP） 顯示器等。記錄輸出：打印機、繪圖儀、磁帶記錄器、數字存儲設備等。A）空間輻射干擾（電磁干擾）：電氣設備、電子設備、通信設施的高密度使用，使空間電磁波污染越來越來嚴重。空間輻射干擾主要有地球大氣放電（如雷電）、宇宙干擾（如太陽產生的無線電輻射）、靜電放電等自然干擾和高壓輸電線、內燃機、熒光燈、電機等電氣設備產生的放電干擾。這些干擾源產生的輻射波頻率范圍廣，且無規律。空間輻射干擾以電磁感應的方式通過測控系統的殼體、導線、敏感探頭等形成接收電路，造成對系統的的干擾。測試系統抗干擾設計一、干擾因素D）熱干擾：元器件在工作時產生的熱量所引起的溫度波動和環境溫度的變化都會引起電路參數發生變化或產生附加的熱電勢。E）光干擾：許多半導體材料在光的照射下會激發出電子空穴對，產生電勢或引起阻值變化，影響系統正常工作。F）機械干擾：由于機械振動或沖擊使元件發生振動、變形、位移等。G）濕度干擾：由于環境濕度的變化引起電路參數發生改變。H）化學干擾：由于化學物品的腐蝕作用引起儀表損壞或電路參數發生變化，因此儀表和系統需注意密封和清潔。B）電網干擾：工業系統中的某些大設備的啟動、停機等，可能引起電源過壓、欠壓、浪涌、下陷及產生尖峰干擾，這些電壓噪聲均通過電源內阻耦合到測控系統的電路，給系統造成極大的危害。C）小信號長線傳輸干擾：傳感器輸出的信號較弱，傳輸線較長，易受干擾影響，當A/D轉換器在獲取0～50mV小信號時，不恰當的模擬接地方法會給系統造成較大的測量誤差。二、干擾進入系統的基本形式：干擾對儀表或系統產生不良影響，必須滿足下列三個條件：

1，有干擾源存在；

2，有一定的干擾耦合通道；

3，有對干擾敏感的接收電路。干擾進入系統的主要形式有：

1，靜電耦合

2，電磁耦合

3，共阻抗耦合

4，漏電流耦合等上式表明：1）只要電路中有尖峰信號和脈沖信號等頻率高的信號存在，靜電耦合干擾就比較嚴重；2）降低阻抗Zi可以減小靜電耦合干擾；3）應通過合理布線減小噪聲電源和接受電路之間的分布電容Cm；1，靜電耦和：靜電耦和又稱電場耦合或電容性耦合，它是當電路之間有寄生電容時，測控系統內某一電路信號的變化將影響其他電路，形成靜電耦合干擾。2，電磁耦和：電磁耦和又稱互感耦合，它是由于兩個電路之間存在互感，使一個電路的電流變化通過磁交鏈影響到另一電路。上式表明：1）被干擾電路感應的干擾電壓正比于噪聲源角頻率；2）干擾電壓正比于互感系數M；3）干擾電壓正比于噪聲源電流Ia。3，共阻抗耦和：共阻抗耦和是由于兩個電路共有阻抗，當一個電路中有電流通過時，通過共有阻抗在另一電路中產生干擾電壓。如幾個電路共用一個電源的情況。上式表明：被干擾電路感應的干擾電壓正比于噪聲源電流Ia和共有阻抗Za，消除共阻抗耦合干擾的方法是消除電路之間的共阻抗。4，漏電流耦和：漏電流耦和是由于絕緣不良，由流經絕緣電阻的漏電流引起的噪聲干擾。6，輻射電磁場耦和：通常來源于大功率高頻電氣設備、廣播電視發射臺等，處在輻射電場中的導體會產生感應電勢。5，傳導耦和：噪聲經導線耦合到電路中去，最主要的就是經電源線傳播的噪聲。二、共模干擾與串模干擾：根據噪聲進入系統的方式及與有用信號的關系，可以分為串模干擾和共模干擾。A）串模干擾，干擾信號和有用信號以串聯疊加的形式直接作用于測量系統的輸入端。串模干擾直接影響測量系統，造成串模干擾的原因有許多，例如：接觸不良、附加熱電勢、電磁感應電勢等。B）共模干擾：又稱對地干擾，它是相對于公共的電位基準點（接地點），在檢測儀表儀表的兩個輸入端子上同時出現的干擾。它產生的原因有三類： 由被測信號源的特點產生 由電磁場干擾產生 由于不同地電位產生（1）由被測信號源的特點產生：具有雙端輸出的差分放大器和不平衡電橋等產生的共模干擾。（2）電磁場干擾：當高壓設備產生的電場同時通過分布電容耦合到無屏蔽的雙輸入線，而使之具有對地電位時；或者交流大電流設備的磁場通過雙輸入線的互感在雙輸入線中感應出相同大小的電動勢時，都可能產生共模電壓施加到儀器的兩輸入端。當U1=U2時，它們是共模干擾電壓，當二者不相等時，既有共模干擾電壓又有差模干擾電壓。大電流導體的電磁場在雙輸入線中感生的干擾電動勢有相似的分析方法。（3）由于不同電位引起的干擾：當被測信號源與測量儀器相隔較遠而不能實現在共同的“大地點”上接地時，造成兩接地點的電位差Uce即產生共模干擾電壓。共模抑制比——表示儀器抗共模干擾的能力。三、抗干擾方法

干擾的抑制主要是切斷產生干擾的耦合通道或用一定的方法濾除進入系統的干擾，主要方法包括：接地、屏蔽、濾波、隔離等。1，接地電氣設備中的“地”有兩種含義，一是指“大地”，二是指“工作基準地”。“大地”指設備的金屬外殼、線路等通過接地線與地球連接，可以保證設備和人身安全、提供靜電屏蔽通路、降低電磁感應噪聲。“工作基準地”是指系統內部各部分電路的基準電位，又稱電源地。要求盡量減小接地回路中的公共阻抗壓降，以減小公共阻抗耦合干擾。接地分為：工作接地——為各電路的工作提供基準電位點。安全接地——電氣設備的金屬外殼必須接地，目的是防止外殼出現過高的對地電壓和漏電流，減小對設備、人身的危害。屏蔽接地——為抑制電磁干擾。2，屏蔽屏蔽技術是用金屬隔離的原理把通過空間進行電場、磁場耦合的部分隔離開來，切斷其空間場的耦合通道。可以屏蔽干擾源，也可以屏蔽易受干擾的設備。分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和磁場屏蔽三類。靜電屏蔽——在處于靜電場中的導體之間插入接地的金屬屏蔽導體，切斷電容耦合通道。

電磁場屏蔽——當導體中通以高頻交變電流時，周圍空間便產生相應變化的電磁場，這些變化的電磁場會在鄰近的電路中引起電磁感應，或者向外輻射，從而干擾周圍電路。如果在導體外環繞導體加一個接地的屏蔽罩，由于屏蔽罩內會產生渦流，其磁場方向與原磁場方向相反，因而可以屏蔽高頻磁場。又由于屏蔽罩接地，故可以實現電場屏蔽。屏蔽罩應采用低電阻金屬材料，如鋁、鋼等良導體材料；屏蔽罩越密，屏蔽效果越好。磁場屏蔽——對于低頻磁場的干擾，用感生渦流所形成的屏蔽不是很有效，故一般采用導磁率高的材料，利用其磁阻小的特點，使干擾源產生的磁通限值在一個低磁阻回路里，即屏蔽體內，從而實現磁場屏蔽。屏蔽體越厚，屏蔽效果越好，可采用雙層或多層屏蔽，以滿足屏蔽效果要求。變壓器隔離：由初級電流產生磁通，再由磁通產生次級電壓，從而使初級回路與次級回路在電氣上隔離。一般交流信號可以采用普通變壓器隔離，脈沖信號采用脈沖變壓器隔離。3，濾波——低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。4，隔離——從電路上把干擾源和易受干擾的測試系統隔離開來，從而使測試系統僅與現場保持信號聯系，而不直接發生電的聯系。常見的隔離方法有：變壓器隔離、繼電器隔離、光電隔離等。繼電器隔離：利用繼電器的線圈接受電氣信號，利用觸點輸出信號，從而實現強電和弱電信號之間的電信號隔離。光電隔離——由光電耦合器件完成，以光為媒介傳輸信號。其輸入端配置發光源，輸出端配置受光器。常見的光電耦合器由發光二極管與光敏三極管等組成。光電耦合器的特點：