数据采集与处理技术第3版(上册)课后习题答案--马明建

U-
UOUT
第5章 习题与思考题
第5章 习题与思考题
5-6. 设在某数据采集系统中，采样／保持器 的孔径时间tAP=10ns，A/D 转换器的位 数为12位，求：
⑴
采样精度能达到
1 2
LSB的最高信号频率
fmax是多少？
⑵ 若采样／保持器的孔径不定△tAP=1ns， 则最高信号频率fmax是多少？
解： ⑴ 当tCONV较短时，宜用查询方式。 ⑵ 当tCONV较长时，宜用中断方式。
第6章 习题与思考题
6-9. 在A／D转换器中，最重要的技术指标是 哪两个？
解： ⑴ 精度
⑵ 转换速率
第6章 习题与思考题
6-10. 一般用什么信号来表征 A／D转换器芯 片是否被选中？
解： 若A/D转换器芯片为AD574A，则以 CS=0 表征A/D转换器芯片被选中。
∴切换速率 v 1 1 100000 (Hz) 100 (kHz )
Td 0.00001
第3章 习题与思考题
⑵ 选择多路开关
∵ 由表3.5可知，CD4051的ton和toff 都为0.8μs
则 CD4051开关的切换时间为1.6μs
开关的切换速率

1.6
1 10
6
625000 625kHz
99.981011 （V）
第5章 习题与思考题
由①有
tAP

99.98 10 11 31.4 103

3.184
10 14
3.184105 (ns)
tAP tA P
∴ 所选的采样／保持器不满足要求。
第5章 习题与思考题
⑵ 捕捉时间能否满足要求？
∵ t AC tST tCONV TS
END SUB
第8章 习题与思考题
8-6. 用PC-6319接口板卡来采集温室大棚的 温度数据，要求在24小时内以每10分钟 的间隔采集数据一次。设定PC-6319接 口板基地址为0100H，程控放大器增益
为1，试用QUICK BASIC语言编写单端 输入、程序查询方式取数的数据采集程 序，并将采集到的数据以“℃”为单位 显示在屏幕上。
解： ∵ 保持电压下降率为 U I D T CH
∴
U T
10 109 CH

0.1% 10 109
第5章 习题与思考题
CH

1010 11018 0.1%

1 1013
11013 F
由于 1F＝106μF ＝1012pF
则
CH > 0.1pF
第6章 习题与思考题
解： 3 个通道巡回采集是指在每个采样时刻， 对3 个通道各采集一次数据。
第8章 习题与思考题
CLS N = 10 DIM 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)
∴ 多路开关选择 CD4051。
第4章 习题与思考题
4-2. 设一数据采集系统有测量放大器，已知 R1=R2=5kΩ，RG=100Ω，R4=10kΩ ， R5=20kΩ，若R4和R5的精度为0.1%， 试求此放大器的增益及CMRR。
解： ∵ 放大器的增益
其次 R3 = R4
K (1 2R1 ) R5 RG R3
第5章 习题与思考题
解：
⑴ 采样精度能达到 1 LSB的最高信号频率
2
1
f m ax 2 n1t AP
1

3.887 kHz
2121 3.14 10 10 9
第5章 习题与思考题
⑵ 若采样／保持器的孔径不定△tAP=1ns
则最高信号频率
f max

1
2n1 (t AP
CLS ADDER%=&H100 A=INP(ADDER%+3) CH=0 J%=1 OUT ADDER%, CH FOR I=1 TO 300 : NEXT I
1 2
t AP )

1
3.702kHz
2121 3.14 (10 1 ) 109
2
第5章 习题与思考题
5-7. 一个数据采集系统的孔径时间tAP=2ns， 试问一个10kHz信号在其变化率最大点
被采样时所能达到的分辨率是多少？
解：∵
f max

1
2 n t AP
∴ 2n 1 f maxt AP
201.798
第4章 习题与思考题
4-3. 设AD521测量放大器的增益为100，试画 出其接线原理图，算出外接电阻值的大小。
解：
∵ 放大器的增益
G RS RG
∴
当
G RS RG
100 时，
RG

RS 100
又∵ RS = 100±15%
第4章 习题与思考题
➢ 当 RS = 100+15%时，
第8章 习题与思考题
解： ∵ 24小时= 1440 min = 86400 s ∴ 24小时内一共采集 144个数据。 另外，设温度传感变送器的测量范围为
-5～55℃，输出0～5V 直流电信号 。 则Quick Basic 程序如下。
第8章 习题与思考题
DIM WD(144) DIM SHARED SUM%, J%
解：
1. 采样周期与信号x(t) 的截止频率fC 有关。
2. 根据采样定理
TS
≤
，1确定采样周期。
2 fC
第2章 习题与思考题
2-6. 对采样信号进行量化的最小数量单位是 多少？它与FSR 和量化器的位数n 之间 有何关系？
解：
1. 最小数量单位是量化单位 q，q =
FSR 2n
。
2. q 与FSR成正比，与2n 成反比。
解：
⑴ ∵ fC = 5 kHz，
采样频率 fS 2 fC 2 5 10 3 110 4 (Hz)
第3章 习题与思考题
采样周期
TS

1 fS
1 110 4
110 4 (s) 0.0001(s)
每个采样点的采样周期
Td

TS 10

0.0001 10
0.00001(s)
解：由采样定理 f S ≥2，f有C
，fC则
fS 2
当TS=4ms时，fS=250Hz
∴
fC

250 125Hz 2
当TS=8ms时，fS=125Hz
∴
fC

125 2

62.5Hz
当TS=16ms时，fS=62.5Hz
∴
fC

62.5 2

31.25Hz
第2章 习题与思考题
2-4. 采样周期与哪些因素有关？如何选择采 样周期？
则
t AC

10
1 103
tCONV

10
1 103
10 106
9 105 s
而 t AC 5 10 5 9 10 5
∴ 捕捉时间满足要求。
第5章 习题与思考题
5-9. 设一采样／保持器在保持阶段，保持电容 CH的漏电流ID=10nA，保持时间为10ns。 如果希望在保持时间内采样／保持器的输 出电压下降小于0.1%，试选择合适的CH 值。
第8章 习题与思考题
8-3. 现有一BASIC语句为 “U = (H * 256 + L) *10 / 4096”， 试问该语句完成什么任务？语句中的
“H * 256 + L”部分起什么作用，为 什么要“H * 256”？
解：⑴ 将12位二进制码转换成十进制数。
⑵ “H*256+L”是将高四位二进制码与低 八位二进制码组合成12位二进制码；
⑶ 高四位二进制码上移八位，所以H*256。
第8章 习题与思考题
8-4. 用PC-6319接口板卡的0、1、2通道分 别采集1节、2节、3节干电池的电压数 据，要求每个通道各采集10个数据，3 个通道巡回采集。设定PC-6139接口板 基地址为0100H，试用QUICK BASIC 语言编写双端输入、程序查询方式取数 的数据采集程序，并将采集到的数据以 “V”为单位，按通道号显示在屏幕上。
RG

(100
100 15%) 10 3 100
1150
➢ 当 RS = 100-15%时，
RG

(100
100 15%) 10 3 100
850
第4章 习题与思考题
➢其接线原理图
+IN RG
-IN
U+ RS
100wk.baidu.comΩ
18 10
14
13
2
6
4 3 5 10KΩ
12 11 7
第8章 习题与思考题
U2(I) = U CH% = 2 CALL CAIJI (CH%, U) U3(I) = U NEXT I PRINT " U1 " , " U2 " , " U3 " FOR I = 1 TO N PRINT U1(I) , U2(I) , U3(I) NEXT I END
第1章 习题与思考题
1-3. 简述数据采集系统的基本结构形式，并 比较其特点。
解：数据采集系统的基本结构形式有
⑴ 微型计算机数据采集系统 ⑵ 集散型数据采集系统
第2章 习题与思考题
2-2. 试说明为什么在实际采样中，不能完全 满足采样定理所规定的不失真条件？
解： 若模拟信号为 x(t) Asin(2fCt )
第8章 习题与思考题
SUB CAIJI (CH%, U) ADDER% = &H100 A = INP(ADDER%+3) OUT ADDER%, CH% OUT ADDER%+1, 0
10 IF INP(ADDER%+2) >=128 THEN 10 H = INP(ADDER%+2) L = INP(ADDER%+3) U = (H*256+L)*10 / 4096 - 5

1
16025 .641
10 10 3 3.14 2 10 9
第5章 习题与思考题
相对分辨率 1 100% 2n
1 100% 0.00624% 16025.641
则有 n ≈ 14
第5章 习题与思考题
5-8. 设一数据采集系统的输入满量程电压 为+10V，模拟输入信号的最高频率是 1kHz，采样频率为10kHz，A／D转换 器的转换时间为10s，采样／保持器 的tAP=20ns，保持电压的下降率为 100V/s，捕捉时间为50s。问
当
fC

时1，模拟信号的采样值为
2TS
xS (nTS ) A(1)n sin
只有在 时2 ，xS(nTS)与x(t)的幅值才相同。 但在工程上很难做到。
第2章 习题与思考题
2-3. 对某种模拟信号x(t)，采样时间间隔TS分 别为4ms、8ms、16ms，试求出这种模拟
信号的截止频率 fC 分别为多少？
第3章 习题与思考题
3-2. 模拟多路开关输入端一般是几个端子？ 输出端为几个端子的通道选择器？
解： 模拟多路开关输入端一般是8 个端子，
输出端为 1 个端子的通道选择器。
第3章 习题与思考题
3-3. 某数据采集系统具有8个模拟通道。各通 道输入信号的频率可达5kHz，而且至少要 用每个采样周期10个采样点的速度进 行采样。问： ⑴ 多路开关的切换速率应是多少？ ⑵ 可选用什么类型的多路开关？
6-1. A／D转换时间tCONV=25 s，最高采样频
率fS≤
kHz，对应的输入信号最
高频率fmax≤
kHz。
解：
⑴ 最高采样频率fS≤
1 25 106
40kHZ
⑵ 最高频率fmax≤
f S 20kHZ 2
第6章 习题与思考题
6-6. 从A／D转换时间考虑，什么情况下用查 询方式好？什么情况下用中断方式好？
⑴ 如果允许的孔径误差和下降误差都是 0.02%，所选的采样／保持器能否满足 要求？
⑵ 捕捉时间能否满足要求？
第5章 习题与思考题
解： ⑴ 所选的采样／保持器能否满足要求？
① 由于采样/保持器孔径时间应满足
1 LSB
tAP

2 ( dUi
dt
)max
② 保持电压下降率应满足
dU dt
t• CONV
∴ ⑴ 当R4 - 0.05%，R5 + 0.05%时
第4章 习题与思考题
K

(1
2 5103 100
)
(20 20 0.05%)103 (10 10 0.05%)103
202.202
⑵ 当R4 + 0.05%，R5 - 0.05%时
K (1 2 5103 ) (20 20 0.05%)103 100 (10 10 0.05%)103

1 2
LSB
第5章 习题与思考题
③ 输入信号的最大变化率为
dUi dt
max

•
f
•Um
则 由③有
dUi 3.14 1103 10 31.4 103（V）
dt max
由②有
第5章 习题与思考题
1 2
LSB

dU dt
t• CONV
(100 100 0.02%) 10 6 10 10 6