數據采集系統揭秘數據采集的意義是什么？數據采集就是將被測對象的各種參數通過各種傳感器元件做適當轉換后，再經信號調理、采樣、量化、編碼、傳輸等步驟，最后送到控制器進行數據處理或存儲，記錄的過程。你能根據這個描述，畫出數據采集系統的框圖嗎？圖1數據采集系統的基本組成傳感器模擬信號調理A/D器微機系統采樣/保持器數據采集的意義是什么？傳感器模擬信號調理A/D器微機系統采樣/保持器數據采集系統數據處理單路數據采集系統的基本組成案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計1.溫室環境參數有哪些？

數據采集之傳感器的選擇溫度、濕度、光照、CO2

濃度。2.自動檢測儀要實現的功能有哪些？

單片機對各個傳感器的檢測信號進行數據采集與處理，同時進行聲光報警判斷與控制，并利用USB接口將測量數據存儲于U盤中。D／A轉換將單片機的環境檢測數字量變換為模擬電壓，經由V/I變換輸出標準的4～20mA電流信號。案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計設計要求：

傳感器應該如何選擇？數據采集之傳感器的選擇單片機對各個傳感器的檢測信號進行數據采集與處理，同時進行聲光報警判斷與控制，并利用USB接口將測量數據存儲于U盤中。D／A轉換將單片機的環境檢測數字量變換為模擬電壓，經由V/I變換輸出標準的4～20mA電流信號。下列關于傳感器的說法正確的是（）傳感器的輸出有模擬量和數字量兩種傳感器可以按被測量、按工作原理、按能量關系等進行分類傳感器是能夠感受規定的被測量并按照一定規律轉換成可輸出信號的器件或裝置傳感器通常有敏感元件和轉換元件構成ABCD提交多選題1分數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計具有將被測量轉換為后續電路可用電量的功能，轉換范圍與被測量實際變化范圍相一致。

轉換精度符合整個測試系統根據總精度要求而分配給傳感器的精度指標，轉換速度應符合整機要求。能滿足被測介質和使用環境的特殊要求，如耐高溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干擾、體積小、質量輕和不耗電或耗電少等。

能滿足用戶對可靠性和可維護性的要求。一、對傳感器的主要技術要求數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計類型選擇根據被測量的特點和傳感器的使用條件考慮，具體包括：量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方式是有線還是非接觸測量；傳感器的來源是國產、進口還是自行研制；價格能否承受等。二、傳感器的選用

精度的選擇

精度只要滿足整個測量系統的精度要求即可，不必選得過高。如果測量的目的是為了進行定性分析，則選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的傳感器；如果測量的目的是為了進行定量分析，則必須獲得精確的測量值，因此需選用精度等級能滿足要求的傳感器。某標稱精度等級為1.5級的傳感器，在測量范圍內，最大誤差絕對值與滿量程輸出的百分比為1.8%，因此，此傳感器合格?！痢藺B提交單選題1分數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計二、傳感器的選用靈敏度的選擇

在傳感器的線性范圍內，傳感器的靈敏度越高越好。

傳感器的靈敏度高，外界噪聲也容易混入，影響測量精度。因此，同時要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。

線性范圍的確定

當傳感器的種類確定以后，首先要看其量程是否滿足要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求的測量精度比較低時，在一定的范圍內，可將非線性誤差較小的傳感器近似看做線性的，這會給測量帶來極大的方便。傳感器的靈敏度是指達到穩定工作狀態的時候，輸出量和輸入量之比。×√AB提交單選題1分對于非線性傳感器，其靈敏度會隨著輸入量的變化而變化?！痢藺B提交單選題1分數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計二、傳感器的選用穩定性的選擇

影響傳感器穩定性的因素除了傳感器本身的結構外，主要是傳感器的使用環境。分辨率的選擇

傳感器能檢測到的最小的輸入增量。頻率響應特性的選擇

傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許的頻率范圍內保持不失真地測量。實際傳感器的響應總有一定的延遲，希望延遲時間越短越好。

在動態測量中，應保證傳感器對被測信號的動態響應特性滿足要求，以免產生過大的誤差。分辨力是指傳感器能夠檢測到的最低極限量。√×AB提交單選題1分傳感器的漂移包括[填空1]漂移和靈敏度漂移。作答填空題1分數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計三、現代傳感器大信號輸出傳感器傳感器傳感器傳感器小信號放大信號修正與變換濾波A/D微機微機I/V轉換V/F光電耦合小電流小電壓大電壓大電流數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計三、現代傳感器數字信號輸出傳感器數字量傳感器一般都是輸出頻率參量，具有測量精度高、抗干擾能力強、便于遠距離傳送等優點。傳感器放大整形光電隔離計算機傳感器整形光電隔離計算機頻率量輸出開關量輸出數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計三、現代傳感器集成傳感器集成傳感器是將傳感器與信號調理電路做成一體。

例如，將應變片、應變電橋、線性化處理、電橋放大等做成一體，構成集成壓力傳感器。光纖傳感器信號拾取、變換、傳輸都是通過光導纖維實現的，避免了電路系統的電磁干擾。在信號輸入通道中采用光纖傳感器可以從根本上解決由現場通過傳感器引入的干擾。優點：簡化通道結構。

數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計智能傳感器智能傳感器（intelligent

sensor）是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理器，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機相結合的產物?！岸饶镎f”數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計以溫度傳感器為例，常用的檢測溫度的傳感器有哪些？

熱電阻溫度傳感器

熱電偶溫度傳感器

半導體PN結溫度傳感器

集成溫度傳感器（AD590、DS18B20）

紅外溫度傳感器

這么多類型，該怎么選？數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強傳感器芯片。它將光強轉換成數字信號輸出，具有直接I2C接口或者SMBus接口。溫度傳感器：DS18B20

數字集成式

光照強度傳感器：TSL2561對比文獻“多點大棚環境參數檢測系統的設計—周德樂”中溫度傳感器和光照強度傳感器的選擇。數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器DQ：數字信號輸入/輸出端;VDD：供電電壓3.3V~5V。數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器DS18B20的特性：采用單總線的接口方式與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。屬于哪種通信制式？單總線具有經濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環境的現場溫度測量，使用方便等優點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡。又如DHT11溫濕度傳感器等也屬于單總線傳感器。數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器DS18B20的特性：測量溫度范圍寬，測量精度高DS18B20的測量范圍為-55℃~+125℃;在-10~+85℃范圍內，精度為±0.5℃。在使用中不需要任何外圍元件。內部寄生電路供電方式外接電源供電方式數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器DS18B20的特性：持多點組網功能多個DS18B20可以并聯在惟一的單線上，實現多點測溫。在使用中不需要任何外圍元件。數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器DS18B20的特性：測量參數可配置DS18B20的測量分辨率可通過程序設定9~12位。掉電保護功能DS18B20內部含有EEPROM，在系統掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設定值。數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器用于內部計算和數據存儲。第0、1個字節是溫度轉換后的數據值（溫度寄存器）第2、3個字節是用戶EEPROM（溫度報警值TH、TL儲存）的鏡像。在上電復位時其值將被刷新第4個字節則是用戶第3個EEPROM的鏡像（配置寄存器）第5~7個字節為計數寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內部溫度轉換、計算的暫存單元第8個字節為前8個字節的CRC碼。數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器第0、1個字節是溫度轉換后的數據值溫度寄存器的格式：1101000000000111假設：LSByteMSByte**注：測得的溫度值以二進制補碼的形式存放于溫度寄存器中。S為符號位，S=0時，表示溫度值為正；S=1時表示溫度值為負。數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器DS18B20FunctionCommandsWriteScratchpad（向RAM中寫數據）[4EH]ReadScratchpad（從RAM中讀數據）[BEH]CopyScratchpad（將RAM數據復制到EEPROM中）[48H]ConvertT（溫度轉換）[44H]RecallEEPROM（將EEPROM中的報警值復制到RAM）[B8H]ReadPowerSupply（工作方式切換）[B4H]數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫室shi'e環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器ReadScratchpad（從RAM中讀數據）[BEH]此指令從RAM中讀數據，讀地址從地址0開始，一直可以讀到地址9，完成整個RAM數據的讀出。芯片允許在讀過程中用復位信號中止讀取，即可以不讀后面不需要的字節以減少讀取時間。

單片機DS18B20Ds18b20_Write_Cmd(0xbe)valueLow=Ds18b20_Read_Data();valueHigh=Ds18b20_Read_Data();Ds18b20_Write_Cmd(0xbe);//readscratchpadvalueLow=Ds18b20_Read_Data();//readbyte0valueHigh=Ds18b20_Read_Data();//readbyte1數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器Ds18b20_Init();Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skipromDs18b20_Write_Cmd(0xbe);//readscratchpadvalueLow=Ds18b20_Read_Data();//readbyte0valueHigh=Ds18b20_Read_Data();//readbyte1默認狀態為idlestate;此時讀出的溫度值為85℃，為默認溫度。如果測量周圍溫度，需要事先發送CONVERTT控制指令。數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器Ds18b20_Init();Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skipromDs18b20_Write_Cmd(0xbe);//readscratchpadvalueLow=Ds18b20_Read_Data();//readbyte0valueHigh=Ds18b20_Read_Data();//readbyte1Ds18b20_Init();Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skipromDs18b20_Write_Cmd(0x44);//convertT讀溫度值開始測量+延時等待+數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

單線數字傳感器Ds18b20_Init();Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skipromDs18b20_Write_Cmd(0xbe);//readscratchpadvalueLow=Ds18b20_Read_Data();//readbyte0valueHigh=Ds18b20_Read_Data();//readbyte1Ds18b20_Init();Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skipromDs18b20_Write_Cmd(0x44);//convertT+延時等待+R1R0分辨率/bit溫度最大轉換時間/ms00993.750110187.510113751112750分辨率數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

initializtion初始化分析時序圖讀到DS18B20回復的脈沖信號，則表示DS18B20存在。主機釋放總線，4.7k上拉電阻將單總線拉高，延時15~60us，等待18b20應答。主機輸出低電平，保持低電平時間至少480us,產生復位脈沖。18B20拉低總線60~240us,以產生低電平應答信號。數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

寫時序寫0和寫1的時序至少需要60us，且兩次獨立的寫時序之間至少需要1us;兩種寫時序均起始于主機拉低總線，前15us總線需要是被控制器拉置低電平；采樣時間在15~60us,數據“0”或“1”應該在45uS內完成.數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

讀時序讀時間隙時必須先由主機產生至少1uS的低電平，表示讀時間的起始，且兩次獨立的寫時序之間至少需要1us;每一位的讀取之前都由單片機加一個起始信號采樣時間在15~60us,數據“0”或“1”應該在45uS內完成；在讀間隙開始的15uS內讀取數據位才可以保證通信的正確.主機輸出主機輸入數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計溫度傳感器：DS18B20

DS18B20的典型溫度讀取過程：復位（初始化）→發SKIPROM命令（OXCC）→開始轉換命令(OX44)→延時→復位（初始化）→發SKIPROM命令（OXCC）→發讀存儲器命令（OXBE）→連續讀出兩個字節數據（溫度）→結束。作業：結合STM32F103迷你板，完成DS18B20的實驗。數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計多點大棚環境參數檢測系統的設計溫度環境多參數自動檢測儀的設計對比分析一下，兩個設計中傳感器的選擇數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計

多點大棚環境參數檢測系統的設計溫度環境多參數自動檢測儀的設計光強檢測S7686光電二極管數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計濕度—HIH-3610相對濕度傳感器；CO2濃度—AM-4CO2傳感器模擬信號輸出

多點大棚環境參數檢測系統的設計濕度—CHR01系列高分子濕度傳感器數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計濕度—HSH3610相對濕度傳感器；CO2濃度—AM-4CO2傳感器模擬信號輸出A/D轉換器TLC1549數據采集之傳感器的選擇案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計濕度—HSH3610相對濕度傳感器；CO2濃度—AM-4CO2傳感器模擬信號輸出片選端，低電平有效模擬信號輸入端轉換結果輸出端，在時鐘信號作用下，前次轉換結果以串行方式輸出輸入輸出時鐘,下降沿輸出，最大頻率可達2.1MHzA/D轉換器TLC1549多路數據采集的設計案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計AT89S52溫度傳感器光強檢測電平轉換濕度傳感器CO2傳感器信號調理A/D信號調理A/D分布式數據采集結構多路數據采集的設計案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計多路數據采集的設計案例之一：溫度環境多參數自動檢測儀的設計信調信調多路開關集中采集式

集中式數據采集結構和分布式數據采集結構各有什么優缺點？分析本例子中采用集中式數據采集的原因是什么？作答主觀題5分根據上題，分析模擬開關的作用是（）選擇多路數字信號進入多路AD轉換通道選擇多路數字信號進入同一AD轉換通道選擇多路模擬信號進入同一AD轉換通道選擇多路模擬信號進入多路AD轉換通道ABCD提交單選題1分數據采集之多路開關的設計多路開關作用：當系統中有多個變化較為緩慢的模擬量輸入時，用于信號的切換。類型：電磁繼電器型（機電式）開關

電子式模擬多路開關

（晶體管型、場效應管、集成CMOS模擬多路開關）

數據采集之多路開關的設計集成CMOS多路模擬開關（N：1）XK。其中k為芯片獨立的單元個數，N為每個單元的輸入通道數。CD4051、AD7501為（8:1）x1；CD4052為（4:1）x2,即一個芯片上集成了2個獨立的4選1開關。（1：N）xK。多路分配器。

單向多路開關：AD7501、AD7502

雙向多路開關：CD4051、CD4052數據采集之多路開關的設計如何選擇集成的多路開關產品？關注點1：通道數量通道的數量對傳輸信號的精度和開關切換速率有直接影響。泄露電流：在電子式開關中，因芯片內部半導體器件的缺陷，有微小電流自輸入端流出，經信號源產生干擾。通道越多，泄露電流越大。雜散電容：在MOS型開關器件中，各級之間以及相鄰通道之間的雜散電容也是重要參數。通道越多，雜散電容越大，通道間串擾也越嚴重。注意在實際應用中，所選產品的通道數往往大于實際需要，多余通道應模擬接地，或接Vref（等同于交流接地），一方面減少干擾，另外可用于自校準。數據采集之多路開關的設計如何選擇集成的多路開關產品？關注點2：導通電阻Ron導通電阻指開關閉合后，開關兩端的等效電阻值。理想開關的Ron=0Ron導致精度降低，尤其是開關的負載阻抗較低時影響嚴重；Ron隨著輸入電壓Vin的變化會有一些波動，Ron的平坦度ΔRon在限定的Vin范圍內Ron的最大起伏值，ΔRon=Ronmax-Ronmin。越小越好。

Ron的一致性表示各通道Ron的差值。一致性好，系統在采集各路信號由開關引起的誤差也就越小。Ron的值還與電源電壓有直接關系，通常電源電壓越大，Ron越小。數據采集之多路開關的設計如何選擇集成的多路開關產品？關注點3：開關速度

反映了開關接通或斷開的速度。對于需要傳輸高速信號的場合，要求模擬開關的切換速度高，同時還應該考慮與后級采樣保持電路和AD轉換器的速度相適應，科學設定和分配技術指標。

芯片的電源電壓范圍與開關的導通電阻和切換速度等有直接關系。電源電壓越高，切換速度越快，導通電阻越小。反之，導通電阻越大。CMOS模擬開關只能處理電源電壓范圍以內的模擬信號。關注點4：電源電壓范圍數據采集之多路開關的設計多路開關CD4052多路通道數據采集系統的框圖如下，其中（1）~（4）各組成部分為：（

）放大器、AD轉換器、DA轉換器、計算機多路開關、放大器、AD轉換器、計算機多路開關、放大器、DA轉換器、計算機放大器、多路開關、AD轉換器、DA轉換器ABCD提交（1）（2）采樣保持

（3）（4）單選題1分多路數據采集的設計案例之二：基于Atmeg128的電能量測量儀的設計與實現設計要求：采用Atmega128采集電壓及電流數據并傳輸至PC，最終由PC機完成數據處理及顯示。PC機將數據進行處理并將設備電壓、電流及功率隨時間變化情況直觀地顯示出來，并計算制定時間內設備的積累能耗。試著設計該電能測量儀的硬件電路框圖？數據采集之采樣保持器的設計案例之二：基于Atmeg128的電能量測量儀的設計與實現1.采樣保持器的作用是什么？2.為什么溫度、氣體濃度檢測時不需要采樣保持器呢？關于采樣下列說法正確的是（）采樣是對模擬信號周期性的抽取樣值，使模擬信號變成時間上離散的脈沖串采樣過程可以等效把輸入模擬信號與以采樣周期為間隔的沖擊信號進行卷積的過程一個頻率有限的模擬信號所包含頻率若為fmax，則當采樣頻率為fs≥2fmax，采樣信號可以正確反映輸入信號。采樣頻率越高越好ABCD提交多選題1分數據采集之采樣保持器的設計1.采樣的基本原理頻帶不能超過采樣頻率的一半，否則會頻譜混疊

信號可以在主帶頻域和旁帶頻域恢復數據采集之采樣保持器的設計案例之二：基于Atmeg128的電能量測量儀的設計與實現1.采樣保持器的作用是什么？信號經放大后需經采樣保持器保持，這樣做的目的是使電壓及電流的采樣具有同時性，避免了由于對電流及電壓的AD采樣時間間隔帶來的誤差。數據采集之采樣保持器的設計案例之二：基于Atmeg128的電能量測量儀的設計與實現1.采樣保持器的作用是什么？

ADC對模擬量進行量化的過程需要一定的時間，即在轉換時間內只有保持采樣點的數值不變才能保證轉換精度。當有多個傳感器信號時，需要一種電路將各傳感器同一時刻的信號保持住，然后通過共用ADC分時進行轉換并送入內存。采樣保持器是一種根據狀態控制指令截取輸入模擬電壓的瞬時值（采樣過程），并把這一瞬時值保留一段需要的時間（保持過程）的單元。采樣保持器的作用是（）提高系統的采樣速率保證在AD轉換期間AD輸入信號不變保證系統數據穩定使AD輸入信號能跟上模擬信號的變化ABCD提交單選題1分數據采集之采樣保持器的設計案例之二：基于Atmeg128的電能量測量儀的設計與實現VL=1，開關S導通輸入模擬信號Vi對保持電容CH充電,當VL=1的持續時間Tw遠大于電容CH的充電時間常數時，在Tw時間內,CH上的電壓Vc跟隨輸入電壓Vi的變化，使輸出電壓Vo=Vc=Vi，這段時間為采樣時間。數據采集之采樣保持器的設計案例之二：基于Atmeg128的電能量測量儀的設計與實現VL=0，開關S斷開開關S斷開，由于運算放大器的輸入阻抗很高，存儲在CH的電荷不會泄露，CH上的電壓Vc保持不變,使輸出電壓Vo能保持采樣結束瞬時的電壓值，這段時間為保持時間。數據采集之采樣保持器的設計案例之二：基于Atmeg128的電能量測量儀的設計與實現數據采集之采樣保持器的設計非理想狀態下采樣保持器捕捉時間tAC：當由保持狀態轉到采樣狀態時，電容C上的電壓跟隨輸入信號變化，其差值達到規定的捕捉誤差，例如0.01%時所需的最小時間稱為捕捉時間。數據采集之采樣保持器的設計非理想狀態下采樣保持器孔徑時間tAP由采樣電平轉為保持電平時，模擬開關有一定的動作滯后，在保持命令發出直到模擬開關完全斷開時所需的時間為孔徑時間。建立時間ts由采樣狀態轉保持狀態時模擬開關狀態切換具有過度過程，從發出保持命令開始到采樣/保持器輸出達到保持終值所需的時間。數據采集之采樣保持器的設計非理想狀態下采樣保持器泄露趨勢：若保持電壓在整個保持時間內不發生變化，便可獲得高的保持精度。實際上開關的關斷電阻、運算放大器的輸入電阻以及電容本身的介質電阻都是有限的，將引起電容上的泄露而使保持電壓不斷下降。泄露電流可以表示保持電容的下降率。數據采集之采樣保持器的設計非理想狀態下采樣保持器電荷轉移影響(保持階躍):當控制信號產生由采樣到保持的跳變時，驅動線路的瞬變電壓會通過模擬開關的極間電容和驅動線與保持電容的雜散電容耦合，使電荷轉移到保持電容上，從而對保持電壓產生影響。數據采集之采樣保持器的設計非理想狀態下采樣保持器饋送影響(饋通影響):

在保持期間內，由于模擬開關的斷開電阻不為無窮大，以及開關極間電容的影響，輸入信號會耦合到保持電容上引起輸出電壓的微小變化。在S/H保持階段，由于開關S存在著分布電容，輸入電壓Vi的交流分量將通過分布電容加到保持電容引起保持電容的變化，為了減少饋送，可以采用下列哪種方法。（）增大保持電容減小保持電容增大孔徑時間減少孔徑時間ABCD提交單選題1分以下關于捕捉時間敘述正確的是（）捕捉時間不會影響采樣的速度捕捉時間是保持階段的參數捕捉時間的長短可以任意捕捉時間不會影響采樣的精度ABCD提交單選題1分采樣保持器的孔徑時間是指由于模擬開關動作上的延遲而導致輸出延遲保持的時間。正確錯誤AB提交單選題1分采樣保持器的保持電壓下降值與漏電流和保持電容有關（

）正確錯誤AB提交單選題1分數據采集之采樣保持器的設計采樣保持器設置原則假設待轉換信號為這一信號的最大變化率為假設信號的正負峰正好達到A/D的正負滿量程，而A/D的位數（不含符號位）為m,則A/D最低有效位LSB代表的量化電平為

如果A/D的轉換時間，為保證AD轉換器的精度，在轉換時間內，被轉化信號的最大變化量不應超過LSB/2，即數據采集之采樣保持器的設計則不加采樣/保持器時，待轉換信號允許的最高頻率為例如一個12位的ADC，用它來直接轉換一個正弦信號要求精度優于LSB/2，則信號頻率不超過?Hz。為什么直流電壓或變換緩慢的被測對象不需要采樣保持器？

凡是頻率不低于上式確定的頻率最大值的被轉換信號，都必須設置采樣保持器把采樣幅值保持下來，以便ADC在SHA保持期間把保持的采樣幅值轉換成相應的數碼。數據采集之采樣保持器的設計在ADC之前設采樣/保持后，雖然再不會因A/D轉換信號變化而出現誤差。但是因采樣轉到保持狀態需要一段的孔徑時間tAP

,使采樣保持器電路實際保持的信號幅值并不是原來預期要保持的信號幅值（即保持指令到時刻的信號幅值）。兩者只差即孔徑誤差為：

在數據采集系統中，若要求最大孔徑誤差不超過q/2,則由此限定的被轉換信號的最高頻率為數據采集之采樣保持器的設計由于采樣/保持的孔徑時間遠遠小于A/D的轉換時間因此限定的頻率遠遠高于這就說明ADC前加設采樣/保持后大大擴展了被測轉換信號頻率的允許范圍。數據采集之采樣保持器的設計案例之二：基于Atmeg128的電能量測量儀的設計與實現AD781AD582AD582是低成本、單片采樣/保持放大器，該芯片有高性能運算放大器、低漏電的模擬開關和JFET集成放大器組成，外接保持電容后，該器件具有完整的采樣/保持功能。數據采集之采樣保持器的設計案例之二：基于Atmeg128的電能量測量儀的設計與實現AD389AD389是高分辨率、高精度的采樣/保持放大器，由于內含保持電容和補償網絡，所以能使采樣/保持放大器的失調電壓達到最小值。AD389的快速采樣、低孔徑抖動時間和高分辨率的特點，使得它在高速A/D變換器、選通測量系統、同步采樣轉換系統、峰值保持等領域獲得廣泛應用。AD9100AD9100是單片、超高速的采樣/保持放大器，也是高速和高動態范圍應用中頗為新穎的器件。AD9100具有驅動高電容負載的能力，因此特別適合驅動時鐘速度為50X106

次/s的8位和10位快速A/D變換器。特有噪聲密度3.3nVHZ-1/2和饋線抑制83dB性能，使得它在提高8位和16位數據采集動態范圍中備受青睞。數據采集之AD轉換器的設計案例之一：溫室環境多參數自動檢測儀的設計A/D轉換器A/D轉換器的作用是什么？數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計A/D轉換器有哪些性能指標：分辨率、量化誤差、偏移誤差、滿刻度誤差、線性度、絕對精度、相對精度和轉換速率

在系統設計時，選用AD之前，設計者應該考慮的問題是：

模擬輸入電壓的量程是多少？能測量的最小信號是多少？

線性誤差是多少？

每完成一次轉換需要多少時間？

電源的變化對轉換精度有什么影響

對輸入信號有什么要求？是否需要預處理

數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計分辨率：ADC所能分辨的輸入模擬量的最小變化量。其分辨率取決于A/D轉化器的位數，所以習慣上輸出二進制數或BCD碼數的位數來表示。1.AD1674滿量程輸入電壓為5V，輸出12位二進制數，分辨率為

12

位，能夠分辨輸入電壓最小值為5/2^12=1.22mV。

2.雙積分型輸出BCD碼AD轉換器MC14433，滿量程輸入電壓為2V，其輸出最大十進制為1999，分辨率為三位半（BCD），換算成二進制數，分辨率約為11位，其分辨率為2/2^11(mV)某個8位的AD轉換器能識別-10V~10V，若最高位表示正負符號，那么其能夠識別的輸入最小電壓為：39mv78mv156mv19.53mvABCD提交單選題1分數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計轉換時間：A/D轉換器完成一次轉換（從啟動AD到轉換結束）所需的時間。轉換時間與實現轉換所采用的電路技術有關。采用同種電路技術的A/D轉換器的轉換時間與分辨率有關，分辨率越高，轉換時間越長。滿刻度范圍：A/D轉換器所允許的最大的輸入電壓范圍。實際的AD轉換器的最大輸入電壓值比滿刻度值小1/2^n

.12位AD轉換器其滿刻度值為10V，而實際允許的最大輸入電壓值為[填空1]？（保留小數點后四位）作答此題未設置答案，請點擊右側設置按鈕填空題1分數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計量化誤差：量化過程引起的誤差。理論上為一個單位（1LSB），實際轉移曲線在零刻度處偏移1/2單位，量化誤差為-1/2~+1/2LSB。思考：提高AD轉換器的位數有什么好處？數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計轉換精度：一個實際AD轉換器與一個理想AD轉換器在量化值上的差值，用絕對誤差或相對誤差表示。由于理想AD轉換器也存在著量化誤差，因此，實際AD轉換器轉換精度對應的誤差指標不包括量化誤差在內。轉換精度指標通常由以下分項誤差組成：偏移誤差：輸出為零時，輸入不為零的值，也稱零點誤差。偏移誤差可以通過在AD轉換器的外部加調節電位器，將偏移誤差調至最小。數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計

絕對精度：對應于產生一個給定的輸出數字碼，理想模擬輸入電壓與實際模擬輸入電壓的差值。例：一個輸入電壓滿量程為10V的12位ADC，理論上輸入模擬電壓為5V±1.2mV時產生半滿量程，對應輸出碼為100000000000，如果實際上是4.997V到4.999V范圍內的模擬輸入都產生這一輸出碼，則絕對精度為：半滿量程的相對精度為：0.002V/10V=0.02%數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的轉換校正

為了修正增益誤差和失調誤差，提高轉換精度，一般會使用硬件或軟件校正。校準過程根據實測的輸入與輸出進行計算，不依靠器件手冊提供的誤差參考值。實線是理論轉換結果：虛線是實際轉換結果：偏置是斜率是對的修正結果為：在軟件中利用公式完成修正。數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計電源靈敏度：當電源電壓變化時，將使AD的輸出發生變化，這種變化的實際作用相當于ADC輸入量的變化，從而產生誤差。通常ADC對電源變化的靈敏度相當于同樣變化的模擬輸入值的百分數來表示。例如：電源靈敏度為0.05%/ΔVs%時，其含義是電源電壓變化為電源電壓Vs的1%，相當于引入0.05%的模擬輸入值的變化。數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計

與單片機接口的考慮，需要考慮：電源要求、邏輯兼容性、定時參數、外圍硬件及數據格式。邏輯兼容性：電源電壓為+5V，其數字輸入與TTL電平兼容；當電源電壓為+10V~+15V時，其數字輸入與CMOS電平兼容。因此在進行系統設計時，應將邏輯兼容作為一個因素加以考慮。

定時參數：設計ADC與微機接口電路時，特別要注意器件定時參數的極限值。系統控制信號的脈沖寬度、建立時間、保持時間應滿足器件的定時要求?？紤]到溫漂以及電源電壓的波動對定時的影響。

數據格式：8位數據寬度的微機的數據總線為8位，可與8位ADC直接接口，當與更高分辨率的器件接口，欲轉換的數據須分兩次傳送。

串行數據采集器件均需要一個時鐘，用以選通數據輸入輸出。數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計

1.A/D轉換位數的確定

A/D轉換器的位數不僅決定采集電路所能轉換的模擬電壓動態范圍，也在很大程度上影響采集電路的轉換精度。因此，應根據對采集電路轉換范圍與轉換精度兩方面的要求選擇A/D轉換器的位數。

(1)轉換范圍

若需要轉換成有效數碼（除0以外）的模擬輸入電壓的最大值和最小值分別為Ui,max和Ui,min，A/D轉換器前放大器增益為Kg，m位A/D轉換器滿量程為E，則應使數據采集之AD轉換器的設計（小信號不被量化噪聲淹沒）（大信號不使A／D轉換器溢出）所以，須使通常稱量程范圍上限與下限之比的分貝數為動態范圍，即若已知被測模擬電壓動態范圍為L1，則可按下式確定A/D轉換器的位數m，即數據采集之AD轉換器的設計選擇元器件精度的一般規則是：每個元器件的精度指標應優于系統精度的10倍左右。例如，要構成一個誤差為0.1％的數據采集系統，所用的A/D轉換器、S/H和MUX組件的線性誤差都應小于0.01％，A/D轉換器的量化誤差也應小于0.01％。

若A/D轉換器的量化誤差為±(1/2)LSB，即滿度值的1/2m+1，因此可根據系統精度指標δ，按下式估算所需A/D轉換器的位數m:

例如，要求系統誤差不大于0.2%滿度值（即δ=0.2%），則需要采用N為12位的ADC。在一個溫度檢測系統中，被測量溫度范圍為0~400℃，要分辨出0.1℃的溫度變化，采用K型熱電偶做敏感元件，當溫度在0-400℃變化時，可測的傳感器的輸出在0~200mV之間變化，ADC芯片滿刻度為10V，求ADC位數為[填空1]

作答填空題1分數據采集之AD轉換器的設計

2.ADC的速率選擇

A/D轉換器不僅從啟動轉換到轉換結束需要一段時間(即轉換時間，記為tc），而且從轉換結束到下一次再啟動轉換也需要一段休止時間（或稱復位時間、恢復時間、準備時間等，記為to）。這段時間除了使A/D轉換器內部電路復原到轉換前的狀態外，最主要的是等待CPU讀取A/D轉換結果和再次發出啟動轉換的指令。

因此，A/D轉換器的轉換速率n（單位時間內所能完成的轉換次數）應由轉換時間tc和休止時間to二者共同決定，即AD轉換器的設計數據采集之AD轉換器的設計AD轉換器的設計轉換速率的倒數稱為轉換周期，記為TA/D，即

若A/D轉換器在一個采樣周期Ts內依次完成N路模擬信號采樣值的A/D轉換，則對于集中采集式測試系統，N即為模擬輸入通道數；對于單路測試系統或分散采集測試系統，則