数据采集与处理技术实验一
《数据采集与处理》仿真实验教学.doc
《数据采集与处理》仿真实验教学一、引言数据采集与处理是电子信息科学的一个重要分支，是以传感器、信号的测量与处理、计算机等先进技术为基础而形成的一门综合应用技术。
作为获取信息的工具，数据采集在科学研究和国民经济的各个领域，如通信、雷达、核电、冶金、航空航天等方面有着非常重要的地位。
掌握数据采集与处理相关理论与技术对学生综合运用多学科知识和从事相关领域工作的能力培养具有重要意义。
《数据采集与处理》是西安电子科技大学生命科学技术学院(以下简称“学院”)针对生物医学工程专业大四学生开设的一门选修课程，该课程主要讲解数据采集系统构成，数据采集系统器件工作原理，简单的数据采集系统设计以及数据处理与分析。
为提高教学质量，本文开展数据采集与处理仿真实验，以期通过具体的实例，让学生对数据采集技术有一个完整系统的认识;同时，使学生综合运用所学理论知识，解决实际问题，能够根据实际需求，设计合适的数据采集系统，并对采集到的数据进行分析和处理。
二、《数据采集与处理》仿真实验教学1.实验内容结合数据采集与处理课程的课堂内容，针对学生的专业背景，考虑该领域当前研究进展，以及实验开展的可行性，我们选取4个实验，分别为数据采集系统设计、Nyquist 采样与压缩采样、微弱信号采集与特征提取和中等强度信号采集与参数估计。
这4个实验既涉及理论，又包括工程实践，既涉及硬件，又包括软件，既涉及基础，又涵盖当前研究热点。
通过这4个实验，学生对该课程有一个系统的了解，并且能够运用所学理论知识，去分析和解决实际问题。
《数据采集与处理》课程共48学时，其中，课堂讲解学习32学时，仿真实验16学时，开设4个实验，每次4学时。
具体实验如下。
实验1：数据采集系统设计。
《数据采集与处理》课程围绕数据采集系统展开，并介绍常规的数据处理方法。
为了使学生对数据采集系统有一个清晰的认识，本实验设计语音信号采集系统。
系统通过压电传感器录入语音数据，经过滤波电路、采样保持电路、A/D转换器后将模拟信号转换为数字信号。
数据采集与处理实验报告
大连海事大学实验报告专业班级：环境工程2011-1学号：2220113199 姓名：陈凡课程名称：数据采集与处理技术实验时间：6月18号指导教师：刘明（电航101）实验名称：实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、实验原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：R／R＝Kε式中：ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。
电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压U o1= EKε/4。
1三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、42位数显万用表（自备）。
图1应变传感器实验模板说明：实验模板中的R1、R2、R 、R4为应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。
四、实验步骤：1、根据图1〔应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。
传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R和加热器上。
传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。
当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。
常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。
〕安装接线。
2、放大器输出调零：将图1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接(V i＝0)；调节放大器的增益电位器R W3大约到中间位置(先逆时针旋转到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器R W4，使电压表显示为零。
X射线衍射仪原理及数据采集与处理
实验一：X射线衍射仪原理及数据采集与处理一．实验类别：综合性二．实验目的：1．了解X射线衍射仪的基本构造、原理与实验技术方法；2．了解实验条件的选择，熟悉衍射仪法制样方法；3．掌握衍射仪法所得粉末衍射花样的基本特征。
三．实验要求：观察X射线衍射仪的结构、工作原理、操作规程，实验条件的选择与衍射数据的处理。
四.实验设备：日本理学D/max-ⅢC型X射线衍射仪X射线衍射仪的基本构造主要分为：X射线发生装置、X射线测角仪、辐射探测器、电脑。
主要部件构成及工作原理简述如下：1．X射线管X射线管是由玻璃外罩将发射X射线的阴极与阳极密封在高真空(10-5-10-7mmHg)之中的管状装置。
阴极是由绕成螺线形的钨丝组成，用高压电缆接负高压，并加到灯丝电流，灯丝电流发射热电子。
管壳做成U形，目的是加长阴极与阳极间放电的距离。
阳极又称靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方，靶材为特定的金属材料（例如铜靶，铁靶等）。
靶安装在靶基上（多为铜质），靶基底部通冷却水管，在工作过程中不断喷水冷却，并与衍射仪的管座相接并一起接地。
操作时由高压电缆接预高压，并加以灯丝电流，管壳应经常保持干燥清洁。
X射线管示意图2．测角仪测角仪安装在衍射仪前部，用于安置试样，各类附件及各种计数器，其构造如图1-3所示。
测角仪的工作原理是入射线从X射线管焦点S出发,经过入射光阑系统DS投射到试样P表面产生衍射，衍射线经过接收光阑系统RS进入计数器C。
试样台H、计数器C可以分别独立地沿测角仪轴心转动，工作时试样与计数管以1:2的角速度同时扫描（θ-2θ连动），试样与计数管的转角度数可在测角仪圆盘上读出。
测角仪构造示意图五．实验过程：1．试样的制备衍射仪法一般采用块状平面试样，它可以是整块的晶体，也可用多种晶体的粉末压制。
金属样品可从大块中切割合适的尺寸，经砂轮、砂纸磨平即可。
粉末样品应有一定的粒度要求，颗粒大小约在1~10μm数量级，粉末要过200~325目筛子。
哈工大 选修课—C语言在测试与控制中的应用 数据采集与处理实验报告
C语言测控系统程序设计数据采集与处理实验报告学生姓名：xx 学号：xxxxx实验的目的:1.掌握定时器/计数器8254的工作原理与编程。
2.熟悉中断控制器8259A的工作原理与使用方法。
3.掌握硬件中断程序设计的原理与编程方法。
4.掌握数/模、模/数转换器的使用与数据采集的方法。
5.掌握建立磁盘数据文件的方法。
6.掌握绘制曲线的方法。
7.学习频谱分析的方法。
实验用设备：1.具有ISA总线插槽和USB接口的PC系列微型计算机，操作系统使用DOS或Windows98。
2.超低频信号发生器。
3.超低频示波器。
4.HY1232模入/模出接口板。
实验设备连接如图所示。
超低频信号发生器产生正弦信号，信号的频率在1.0Hz左右，振幅为6～7V。
实验要求：（1）每12ms中断一次，每中断一次从A/D的0通道采集一个数据，放入整型数组，并从D/A通道输出相同的（如果不可能相同，则输出最接近的）电压。
256次之后恢复系统原有功能，显示数组中的内容，并显示对应的电压值。
示波器上显示的波形应是一个削波的正弦信号。
（2）将存放到整型数组中的数据，用二进制文件的形式建立磁盘数据文件。
然后读出磁盘数据文件中的数据，在CRT上显示。
注意对比是否与采集时的数据相同。
（3）将采集的数据绘制成曲线。
（4）实时在线整流，D/A输出的电压U DA>0V 。
（选作）（5）实时在线整流，D/A输出的电压U DA<0V 。
（选作）（6）将采集的数据进行FFT变换，画出幅频特性。
（选作）设计和计算：程序框图：程序清单和注释：#include <dos.h>#include <stdio.h>#include <math.h>#include <graphics.h>#define SIZE 400int i=0;int data1[SIZE],data2[SIZE];float v[SIZE];void interrupt ad(void);int change(int x);void wdisk(int *pw,int n);void main(void){int j;FILE *fp;int driver=DETECT,mode,x00,x11,y00,y11,m; int data2[256],x1,x2,xstep,ystep,k;char stt[10];double value;disable();outportb(0x43,0x36);outportb(0x40,0x9d);outportb(0x40,0x2e);/*10ms*/setvect(0x08,ad);enable();while(i<256){;}for (j=0;j<256;j++){printf ("%5d",data2[j]);printf ("%.5f\n",v[j]);}fp=fopen("f1.dat","wb");if((fp=fopen("f1.dat","r"))==NULL){printf("Can not open this file.\n");exit();}wdisk(data2,256);fclose(fp);initgraph(&driver,&mode," ");x00=100,y00=210,x11=x00+512,y11=y00+128;rectangle(x00,y00,x11,y11);m=(y00+y11)/2;line(x00,m,x11,m);xstep=(x11-x00)/16;ystep=(y11-y00)/8;for(k=0;k<=16;k++){line(x00+xstep*k,y11,x00+xstep*k,y11+5); value=xstep*k/2;gcvt(value,3,stt);outtextxy(x00+xstep*k-8,y11+8,stt);}for(k=0;k<=8;k++){line(x00-5,y00+ystep*k,x00,y00+ystep*k); value=5-1.25*k;gcvt(value,3,stt);outtextxy(x00-45,y00+ystep*k,stt);}for(k=0;k<=16;k++){line(x00+xstep*k,y11,x00+xstep*k,y11+5);value=xstep*k/2;gcvt(value,3,stt);outtextxy(x00+xstep*k-8,y11+8,stt);}for(k=0;k<=8;k++)line(x00-5,y00+ystep*k,x00,y00+ystep*k);x1=x00;setcolor(5);for(k=0;k<254;k++){x2=x1+2;line(x1,m-12.8*v[k],x2,m-12.8*v[k+1]); x1=x2;}getch();closegraph();printf("That's all\n\t...");getch();}void interrupt ad(void){outportb(0x280,0x00);do;while(!(inportb(0x285)&0x80));data1[i]=inportb(0x281)|((inportb(0x282)&0x0f)<<8); data2[i]=!data1[i]+1;v[i]=0.00244*(data1[i]-2047);outportb(0x283,(data1[i]&0x00ff));outportb(0x284,((data1[i]>>8)&0x0f));i++;outportb(0x20,0x20);}void wdisk(int *pw,int n){FILE *fp;if((fp=fopen("f1.dat","wb"))==NULL){ printf("Can not open the file !\n");exit();}fwrite(pw,sizeof(int),n,fp);fclose(fp);printf("\n Data write to f1.dat.");}调试中出现的错误及分析：。
第42届国际物理奥林匹克竞赛实验试题简介
第42届国际物理奥林匹克竞赛实验试题简介第42届国际物理奥林匹克竞赛实验试题简介：
I．介绍
1、介绍：第42届国际物理奥林匹克竞赛（IPHO）比赛于2020年6月22日到26日在瑞典瑞典历史文化之旅的斯德哥尔摩举行，共有60多个国家的中学生参加。
2、竞赛形式：本次比赛分为团体组和个人组，团体组比赛包括一个理论环节和一个实验环节，个人组则仅为实验环节。
II．实验内容
1、理论环节：本次比赛的理论环节共有10道试题，覆盖物理学的多个分支，主要包括力学、热学、光学、电磁学、相对论和量子物理。
2、实验环节：本届比赛的实验环节包括两个实验部分，主要考察学生在物理实验中的操作能力和数据分析的能力。
（1）第一部分
实验一：电子干涉测量技术：学生需要使用电子干涉测量技术对微小长度进行测量，记录数据和分析结果。
实验二：数据采集与处理技术：学生需要熟悉基本的数据采集和处理技术，掌握仪器和仪器操作，并能从测量结果中提出一定结论。
（2）第二部分
实验一：冲击振动测试：学生需要使用冲击振动测试仪，对包括水泥、石头等材料进行测试，研究不同材料受到动力载荷作用时的振动性能。
实验二：测试结果分析：学生将获得的原始测试数据转换为具有强可
靠性的测试结果，分析不同材料的振动性能指标，并得出相应的结论。
实验一 数据采集与控制输出实验
四、实验主要设备
1.工控机
工业控制机也称为工业计算机IPC，主要用于工业工程测量、控制、数据处理等工作。
常用的是PC总线工控机（X86 CPU）
工业控制机的特点：
(1)可靠性高和可维护性好。可靠性和可维修性是两个非常重要的因素，它们决定着系统在控制上的可用程度。可靠性的简单含义是指设备在规定的时间内运行不发生故障，为此采用可靠性技术来解决；可维修性是指工业控制机发生故障时，维修快速、简单、方便。
ActiveDAQ Pro是一系列进行输入输出操作的ActiveX控件，是一套高效数据采集开发组件，可以方便的应用于Visual C++、Visual Basic以及支持Active控件的组态软件中，通过控件的属性、事件、方法可以很方便的对控件进行编程，用来开发数据采集的各种功能，包括模拟量输入输出（软件/中断/DMA）、数字量输入输出、脉冲量输入输出等。并且能够以ActiveDAQ Pro的各种操作来控制ADVANTECH设备。ActiveDAQ Pro安装包中包括以下内容：
从Windows3.1始，对于硬件设备的访问便采取了一种设备驱动程序的方法，用户通过设备驱动程序来获得硬件的参数或者设置，但是由于16位的操作系统基于原来的DOS，所以用户程序仍然可以通过一些BIOS或者DOS的DPMI中断调用来实现对硬件的操作。
32位的操作系统如Windows 95＆NT不再基于16位DOS，所以用户如果需要实现对硬件中断、DMA、I/O或者是绝对存储访问，都不可避免地必须通过设备驱动程序。
（1）研华PCI-1713U是一种32路隔离模拟量输入卡，可支持32路单端或16路差分输入，包含12位A/D转换器，采样频率可达100KHZ，并提供直流2500V隔离保护功能，本实验中利用PCI1713U板卡进行实时温度变送电压信号采集。研华PCI-1720U是一种4路隔离模拟量输入卡，多输出范围可选，包含12位D/A转换器，吞吐频率可达500KHZ，精度±0.024%，也具有直流2500V隔离保护功能，本实验中利用PCI-1720U板卡进行实时模拟电压信号输出。
基于FPGA的数据采集与处理技术的研究
3、FPGA-based Data Acquisition and Processing System：该系统将数 据采集、处理和传输等功能集成到FPGA中，实现了数据的快速处理和传输。但 系统复杂度高，开发难度较大。
结论与展望
本次演示对基于FPGA的数据采集与处理技术的研究进行了详细探讨。目前，该 领域已取得了显著的成果，但仍存在一些不足和挑战。例如，如何优化算法以 降低硬件资源消耗、提高数据处理速度和精度等问题仍需进一步研究。
文献综述
目前，ARM和FPGA已经在数据采集领域得到了广泛的应用。ARM是一种32位的 微处理器，具有高速的计算能力和丰富的外设接口，可以方便地应用于数据采 集系统中。而FPGA则是一种可编程逻辑器件，具有高度的灵活性和并行计算能 力，可以大大提高数据采集的速度。
然而，现有的ARM与FPGA相结合的数据采集技术还存在一些不足之处。首先， 由于ARM和FPGA的时钟频率不同，容易导致数据传输的同步问题。其次，现有 的技术往往没有充分挖掘ARM和FPGA的潜力，导致数据采集速度和精度还有待 提高。
系统设计
基于FPGA的数据采集与处理系统设计需要结合数据采集和处理的过程，将两者 有机地结合起来。具体步骤如下：
1、确定系统需求：明确系统需要实现的功能和性能指标，如采样频率、分辨 率、数据处理速度等。
2、选择合适的硬件：根据需求，选择合适的FPGA芯片、ADC、传感器等硬件 组件。
3、设计数据采集电路：根据传感器类型和性能指标，设计数据采集电路，包 括信号的放大、滤波、A/D转换等。
研究现状
自20世纪80年代FPGA问世以来，数据采集与处理技术取得了长足的进步。目 前，基于FPGA的数据采集与处理技术主要分为两大类：直接数据采集和间接数 据采集。直接数据采集通过FPGA内部的逻辑资源实现数据采集和处理的同步进 行，具有实时性强的优点，但逻辑资源消耗较大；间接数据采集先将数据传输 到FPGA外部的存储器，再通过软件对数据进行处理，具有数据处理能力强的优 点，但实时性较差。
数据采集与处理实验报告
数据采集与处理实验报告本次实验主要涉及数据采集和处理领域，旨在通过实验练习，学习并掌握数据采集和处理的基本原理、方法和技巧。
一、实验过程1. 数据采集本次实验使用的是Python编程语言进行数据采集。
首先，我们需要了解一下Python中的一些库和工具。
在本次实验中，我们使用的是requests、BeautifulSoup以及pandas 库。
requests库用于发送网络请求，BeautifulSoup库用于解析网页内容，pandas库用于数据分析和处理。
我们选取的数据源是某网站的文章内容，通过requests库发起网络请求，获取到HTML文件，然后使用BeautifulSoup库解析HTML文件，获取我们需要的信息，最终将数据保存为CSV文件。
2. 数据处理数据处理采用了pandas库。
首先，我们读取CSV文件，并将其转换为DataFrame对象。
然后，根据我们的需求对数据进行处理和统计。
本次实验主要运用了一些常用的数据处理方法，如数据清洗、数据筛选、数据排序等方法。
二、实验结果最终，我们成功地采集了指定网站的文章内容，将其保存为CSV文件，并且使用pandas库对数据进行了处理和分析。
下面是我们得到的一些结果：1. 文章数量统计我们对采集到的数据进行统计，获得了文章的数量和发布时间分布。
通过分析，我们发现文章数量最多的月份是3月，共有89篇文章。
2. 词频统计为了更好地分析文章内容，我们对文章进行词频统计。
我们选取了频率较高的10个词汇，分别为：好看、漂亮、特别、好吃、好评、推荐、喜欢、值得、性价比、优惠。
其中，好看是出现最频繁的词汇，共出现了111次。
3. 价格筛选我们对文章中的价格信息进行筛选，并计算其平均值、最大值和最小值。
结果表明，文章中价格的平均值为105元，最大值为199元，最小值为12元。
通过本次实验，我们对数据采集和处理有了更深入的了解。
在数据采集方面，我们学会了如何使用Python编程语言和相关库进行数据爬取和解析。
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电子科技大学
实验报告
学生姓名：学号：指导教师：
实验地点：主楼C2 -103 实验时间：
一、实验室名称：测控技术实验室
二、实验项目名称：基于AD9481的高速数据采集系统实验
三、实验学时： 3
四．实验目的
1 了解数据采集的基本结构原理，包括模拟信号调理电路、模数转换电路、数据缓冲与存储电路、数据处理与显示、通信接口等；
2 学习基本的数据采集平台搭建、熟悉测试实验平台的操作；
3学习触发通道基本原理，加深对数据采集系统中触发功能的理解。
4理解信号调理电路的工作原理，包括衰减电路、放大电路、偏移调节电路。
五．实验任务
1．在测控技术及嵌入式系统平台上，按照信号链路，学习了解实验系统各个模块的功能，包括模拟信号调理模块，ADC采集模块、处理及显示模块、电源模块、数字万用表模块等。
2 搭建电路模块并确认采集平台正常工作，实现波形的正确采集及显示。
3. 信号调理功能实验，掌握模拟通道对信号衰减、放大作用的原理；设置信号源发出频率、幅度固定的交流电压信号，并输入到模拟通道，分别调节采集系统的幅度档位，观察并记录测量结果表。
六．实验设备
1．信号源普源精电 DG4162一台/EE1462；
2. 测控技术及嵌入式实验平台PG1000一台；
七．实验内容
1信号调理通道无源衰减/放大实验
信号调理通道幅度档位（垂直灵敏度）分为两类：衰减档/放大档,在衰减档模式下（对应垂直灵敏度500mV/div~5V/div），首先是对信号做20倍的衰减，然后在送入后级电路。
对于相同幅度的信号，由于衰减档位进行了较大衰减，送至ADC后信号幅度小于放大档位时候对应的幅度，在显示屏中可以明显看到。
输入800mVpp，1KHz的方波信号，在不同幅度档位下，观察显示的波形幅度（格数），显示的波形格数代表了输入到ADC的信号大小（显示格数与ADC量化成正比关系），并完成下表。
2 压控可变增益放大器实验
由于垂直灵敏度档位较多，不同档位对应不同的增益，这里就需要可变增益
放大器来调节实现，这里采用了压控增益放大器AD8337来实现。
简单的说，不同的灵敏度档位，对应的压控电压不同。
其中增益控制电压可以通过DMM测量图7中所示的测试点（红圈1所示的贴片电阻焊盘）。
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图7 信号调理电路实物照片
输入800mVpp，1KHz的方波信号，在不同幅度档位下，显示的相对幅度不同，记录下表。
3 偏移调节电路实验
为了实现对波形的上下移位，需要给输入信号调节叠加直流偏置电压，这里用软件控制数模转换器产生直流可调电压，送至缓冲电路，如图8所示。
图8 偏置调节电路原理
调节位移旋钮，用数字万用表测量偏置调节电压（图7红圈2）可观察电压变换情况。
答：基线向上移动，电压增大；基线向下移动，电压减小。
即随着直流偏置电压的增大可观测电压线性变大，电压变化范围约为620mV—1020mV。
八.思考题
1.通常模数转换器ADC为单电源供电器件，只能对单极性信号进行量化，如何用ADC进行双极性（正负）信号的量化？
答：可以采用二进制篇移码来进行编码，具体实现就是：二进制代码序列的中点为符号数，对应模拟输入电压的零电压；二进制代码全为零代表负数最大值（绝对值），对应模拟输入的负满度电压；二进制代码全为1代表正数最大值（绝对值），对应模拟输入的正满度电压。
2.下图中Vi为输入信号，Vadj为直流偏置调节输入电压，请给出V o与Vi、Vadj的关系式？
R3
答：根据理想运放的特性，有V+=V-，I+=I-。
运放正端有I+=0，V+=Vadj；
运放负端有V-=Vi-{(Vi-Vo)*R/(R+R)};
运放末端有vo=Vo*{R/(R+R)};
综上所述得：
vo=Vadj-Vi/2。