模拟信号采集.pptx
图 3.2 单片机最小系统
3.1.3 引脚功能说明
（1）VCC:电源电压。
4
书山有 路
2 GND:地。 3P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，即地址/数据总线复用口。作 为输 出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可 使其 成为高阻抗输入端。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分别被 地址 （低 8 位）和数据总线使用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 flash 编程时， P0 口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 4 P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动 （吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把 端口拉到高电平，此时可作输入口，做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某 个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash 编程和程序校验期间，P1 接受低 8 位地址。 5P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可 驱动 （吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电 阻 把端口拉到高电平，此时可作输入口，做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻 ，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或 16 位地址 的外部数据存储器（例如执行 MOVX@DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在 访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX@RI 指令）时，P2 口线上的内容（也 即特殊功能寄存器（SFR）区中 R2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程时，P2 亦接受高位地址和其他控制信号。 6P3 口：P3 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P3 的输出缓冲级可 驱动 （吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写“1”，它们被内部的上拉 电 阻拉高，此时可作输入口，做输入口使用时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出 电流。 7RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将 使 单片机复位。 8ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出 脉 冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率
5
书山有路 的 1/6 输出拱顶的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时。要注意的是： 每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 flash 存储器编程期间，该引 脚还用于输入编程脉冲（PROG）如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。禁止后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令可激 活 ALE。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。 （ 9 ） EA/VPP: 外 部 访 问 允 许 。 欲 使 CPU 仅 访 问 外 部 程 序 存 储 器 （ 地 址 为 0000H-FFFFH）。EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 IB1 被编 程，复位时内部会锁存 E 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端），CPU 则执行内部 程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚要加上+12V 的编程允许电源Vpp， 当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 10 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 11 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
2. 设计要求
1）采集至少两路模拟信号，用数码管显示出来。 2）用键盘选择多路模拟信号的任意一路来进行数据的采集、显示与切换。
3）使用 PROTUES 仿真软件，完成上述题目要求。
二、系统总体设计方案 2.1 主控芯片设计
方案一：选用专用电压转换芯片 INC7107 实现电压的测量和现实。缺点是精度 比较低，且内部电压转换和控制部分不可控制，优点是价格低廉。
图 3.2 电源电路图
3.3 模拟与数字信号采集模块设计
模拟信号采集主要采用逐次逼近型 A/D 转换器，它属于直接型 A/D 转换器，它 能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码，而不需要经过中间变量。主要由 比较器、环形分配器、控制门、寄存器与 D/A 转换器组成。在数字信号方面我们采 用的是光电耦合的方式使采集的信号与我们的系统互不影响。
书山有 路
吉林建筑大学 电气与电子信息工程学院
单片机原理与应用课程设计报告
设计题目： 模拟信号采集器设计
专业班级：
信工
121
学生姓名：
乔向洋师： 许亮 张玉红 设计时间
： 2015.03.09－2015.03.20
教师评语：
成绩
评阅教师
1
日期
书山有路
摘要
本次设计是建立一个多路模拟信号采集系统，能处理模拟信号，同时对信号进 行循环采样并通过键盘控制输出。它主要由 A/D 转换模块、单片机、显示模块、键 盘控制器模块组成。其中最主要的部分是单片机和 A/D 转换器，首先被测模拟信号 通过 A/D 转换器转换成数字信号，然后通过单片机的处理，在显示器上不停的显示 所采样的数据，通过键盘给一个控制信号，可以选择的任意一路信号在 1602 上面输 出显示。
3.1.2 功能特性
AT89S52 提供一下标准功能：8k 字节 Flash 闪速存储器，256 字节内部 RAM,32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断机构，一个全双工串行 通信口，片内振荡及时钟电路。同时，AT89S52 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支 持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，只允许 RAM，定时/计 数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停 止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
PCF8951 模数转换芯片简介： PCF8591 是一种具有 I2C 总线接口的 8 位 A/D D/A 转换芯片，在与 CPU 的信息 传输过程中仅靠时钟线 SCL 和数据线 SDA 就可以实现。I2C 总线是 Philips （飞 利浦）公司推出的串行总线，它与传统的通信方式相比具有读写方便，结构简单， 可维护性好，易实现系统扩展，易实现模块化标准化设计，可靠性高等优点。PCF8591 为单一电源供电（2.5-6 V）典型值为 5 V，CMOS 工艺 PCF8591 有 4 路 8 位 A/D 输入，属逐次比较型，内含采样保持电路； 1 路 8 位 D/A 输出，内含有 DAC 的
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书山有 路
图 3.1 单片机引脚图
1. 单片机控制模块设计
对于整个数据采集系统而言，起到控制和枢纽作用的单片机模块无疑是其中最 为重要的部分。AT89S52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机， 片内含 8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 256bytes 的随机存取 数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失存储技术生产，兼容标 准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能 强大 AT89S52 是此系统的最佳选择。单片机控制模块的作用是控制各单元电路的运 行并完成数据的换算或处理，主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。
A/D 转 换模块
显示模块
单
片
机
控制器
图 2.1 系统方案图
2.2 显示方案设计
方案一：选用 4 个单体的共阴数码管，将 a—h 全部连接起来，然后接到单片机 口的 I/O 上进行控制。缺点是焊接时比较麻烦，容易出错，优点是价格比较便宜。
方案二：选用一个 1602 液晶显示器。LCD1602 液晶显示容量:16×2 个字符，芯 片工作电压:4.5—5.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺 寸:2.95×4.35(W×H)mm。1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过 指令编程来实现的。这个电路几乎没有缺点，优点是便于控制，且价格低廉，焊接 简单。
终上所述：由于两个方案都可以实现同样的功能，但方案二设计简单、系统开 销小、反应速度较快，因此选择此方案。
三、系统硬件设计
这个设计的核心我们采用的是 STC89C52 芯片，P0 口作为数据总线和地址总线， 首先，当模拟信号输入时，P0 口作为数据总线对数据进行输入，其后在把数据传给 8255 时此时 P0 口作为一个地址总线。P2 作为 ADC0809 的控制端口。P1 作为流水灯 控制口。如图 3.1 所示：
关键词：PCF8591 AT89C51 LCD1602 显示屏
1
书山有 路
目录
1
书山有 路
模拟信号采集器设计
一、设计内容及要求 1. 设计内容
本课题要求以单片机为控制器，对多通道模拟信号作数据采集并进行 8 位转换， 采集到的数据以中断方式接入内存加以显示，并送到显示模块进行处理。由于信号 比较多，单片机不可能把这些信号同时接收，因此需要由多路开关进行通道转换， 分时地把信号送到采样/保持器（S/H）、A/D 转换器，把模拟量转换成数字量，然后 通过显示器显示所选择的通道以及所采集的数据。
本设计将介绍一种以单片机为核心的数据采集系统，它能测量直流电压及光敏 阻值，并且测量结果能通过 1602 显示器显示出来，从而具有一定的智能性。本设计 将对硬件电路部分和软件程序部分分别作介绍。在硬件部分，本文就系统的各个组 成模块的原理做了详细的介绍。在软件部分，详细阐述了各个模块电路的软件设计 方法和设计中的细节。随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领 域有着广泛的应用。本次的课程设计研究对以后生活及工业应用将会有主要的意义。
3.1.4 AT89S51 复位模式
3.1.3 引脚功能说明
（1）VCC:电源电压。
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书山有 路
2 GND:地。 3P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，即地址/数据总线复用口。作 为输 出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可 使其 成为高阻抗输入端。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分别被 地址 （低 8 位）和数据总线使用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 flash 编程时， P0 口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 4 P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动 （吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把 端口拉到高电平，此时可作输入口，做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某 个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash 编程和程序校验期间，P1 接受低 8 位地址。 5P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可 驱动 （吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电 阻 把端口拉到高电平，此时可作输入口，做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻 ，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或 16 位地址 的外部数据存储器（例如执行 MOVX@DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在 访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX@RI 指令）时，P2 口线上的内容（也 即特殊功能寄存器（SFR）区中 R2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程时，P2 亦接受高位地址和其他控制信号。 6P3 口：P3 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P3 的输出缓冲级可 驱动 （吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写“1”，它们被内部的上拉 电 阻拉高，此时可作输入口，做输入口使用时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出 电流。 7RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将 使 单片机复位。 8ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出 脉 冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率
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书山有路 的 1/6 输出拱顶的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时。要注意的是： 每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 flash 存储器编程期间，该引 脚还用于输入编程脉冲（PROG）如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。禁止后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令可激 活 ALE。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。 （ 9 ） EA/VPP: 外 部 访 问 允 许 。 欲 使 CPU 仅 访 问 外 部 程 序 存 储 器 （ 地 址 为 0000H-FFFFH）。EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 IB1 被编 程，复位时内部会锁存 E 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端），CPU 则执行内部 程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚要加上+12V 的编程允许电源Vpp， 当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 10 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 11 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
2. 设计要求
1）采集至少两路模拟信号，用数码管显示出来。 2）用键盘选择多路模拟信号的任意一路来进行数据的采集、显示与切换。
3）使用 PROTUES 仿真软件，完成上述题目要求。
二、系统总体设计方案 2.1 主控芯片设计
方案一：选用专用电压转换芯片 INC7107 实现电压的测量和现实。缺点是精度 比较低，且内部电压转换和控制部分不可控制，优点是价格低廉。
图 3.2 电源电路图
3.3 模拟与数字信号采集模块设计
模拟信号采集主要采用逐次逼近型 A/D 转换器，它属于直接型 A/D 转换器，它 能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码，而不需要经过中间变量。主要由 比较器、环形分配器、控制门、寄存器与 D/A 转换器组成。在数字信号方面我们采 用的是光电耦合的方式使采集的信号与我们的系统互不影响。
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吉林建筑大学 电气与电子信息工程学院
单片机原理与应用课程设计报告
设计题目： 模拟信号采集器设计
专业班级：
信工
121
学生姓名：
乔向洋师： 许亮 张玉红 设计时间
： 2015.03.09－2015.03.20
教师评语：
成绩
评阅教师
1
日期
书山有路
摘要
本次设计是建立一个多路模拟信号采集系统，能处理模拟信号，同时对信号进 行循环采样并通过键盘控制输出。它主要由 A/D 转换模块、单片机、显示模块、键 盘控制器模块组成。其中最主要的部分是单片机和 A/D 转换器，首先被测模拟信号 通过 A/D 转换器转换成数字信号，然后通过单片机的处理，在显示器上不停的显示 所采样的数据，通过键盘给一个控制信号，可以选择的任意一路信号在 1602 上面输 出显示。
3.1.2 功能特性
AT89S52 提供一下标准功能：8k 字节 Flash 闪速存储器，256 字节内部 RAM,32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断机构，一个全双工串行 通信口，片内振荡及时钟电路。同时，AT89S52 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支 持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，只允许 RAM，定时/计 数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停 止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
PCF8951 模数转换芯片简介： PCF8591 是一种具有 I2C 总线接口的 8 位 A/D D/A 转换芯片，在与 CPU 的信息 传输过程中仅靠时钟线 SCL 和数据线 SDA 就可以实现。I2C 总线是 Philips （飞 利浦）公司推出的串行总线，它与传统的通信方式相比具有读写方便，结构简单， 可维护性好，易实现系统扩展，易实现模块化标准化设计，可靠性高等优点。PCF8591 为单一电源供电（2.5-6 V）典型值为 5 V，CMOS 工艺 PCF8591 有 4 路 8 位 A/D 输入，属逐次比较型，内含采样保持电路； 1 路 8 位 D/A 输出，内含有 DAC 的
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图 3.1 单片机引脚图
1. 单片机控制模块设计
对于整个数据采集系统而言，起到控制和枢纽作用的单片机模块无疑是其中最 为重要的部分。AT89S52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机， 片内含 8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 256bytes 的随机存取 数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失存储技术生产，兼容标 准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能 强大 AT89S52 是此系统的最佳选择。单片机控制模块的作用是控制各单元电路的运 行并完成数据的换算或处理，主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。
A/D 转 换模块
显示模块
单
片
机
控制器
图 2.1 系统方案图
2.2 显示方案设计
方案一：选用 4 个单体的共阴数码管，将 a—h 全部连接起来，然后接到单片机 口的 I/O 上进行控制。缺点是焊接时比较麻烦，容易出错，优点是价格比较便宜。
方案二：选用一个 1602 液晶显示器。LCD1602 液晶显示容量:16×2 个字符，芯 片工作电压:4.5—5.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺 寸:2.95×4.35(W×H)mm。1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过 指令编程来实现的。这个电路几乎没有缺点，优点是便于控制，且价格低廉，焊接 简单。
终上所述：由于两个方案都可以实现同样的功能，但方案二设计简单、系统开 销小、反应速度较快，因此选择此方案。
三、系统硬件设计
这个设计的核心我们采用的是 STC89C52 芯片，P0 口作为数据总线和地址总线， 首先，当模拟信号输入时，P0 口作为数据总线对数据进行输入，其后在把数据传给 8255 时此时 P0 口作为一个地址总线。P2 作为 ADC0809 的控制端口。P1 作为流水灯 控制口。如图 3.1 所示：
关键词：PCF8591 AT89C51 LCD1602 显示屏
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模拟信号采集器设计
一、设计内容及要求 1. 设计内容
本课题要求以单片机为控制器，对多通道模拟信号作数据采集并进行 8 位转换， 采集到的数据以中断方式接入内存加以显示，并送到显示模块进行处理。由于信号 比较多，单片机不可能把这些信号同时接收，因此需要由多路开关进行通道转换， 分时地把信号送到采样/保持器（S/H）、A/D 转换器，把模拟量转换成数字量，然后 通过显示器显示所选择的通道以及所采集的数据。
本设计将介绍一种以单片机为核心的数据采集系统，它能测量直流电压及光敏 阻值，并且测量结果能通过 1602 显示器显示出来，从而具有一定的智能性。本设计 将对硬件电路部分和软件程序部分分别作介绍。在硬件部分，本文就系统的各个组 成模块的原理做了详细的介绍。在软件部分，详细阐述了各个模块电路的软件设计 方法和设计中的细节。随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领 域有着广泛的应用。本次的课程设计研究对以后生活及工业应用将会有主要的意义。
3.1.4 AT89S51 复位模式
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模拟信号采集方法及原理
模拟信号采集方法及原理
模拟信号采集方法及原理
模拟信号采集是指从被测物体采集模拟信号，经过采集系统后再变换为数据的过程。
模拟信号采集分为系统采集和外界采集两种。
一、系统采集信号
系统采集的信号是指系统内部各部件所发出的模拟信号，这类信号经过采集系统传递到电脑上。
1. 系统采集信号的原理
系统采集的信号是通过采集系统将信号从系统内部发出的电流
或电压，转换成电脑可识别的数字信号的过程，从而实现信号采集。
2.采集系统组成
采集系统的主要部分包括：电源、处理器、输入模块、输出模块、通讯模块和计算机接口。
二、外界采集信号
外界采集信号是指采集系统从外界采集的模拟信号，从外界采集的模拟信号是各种传感器对外界环境变化，将其变化量模拟输出，以电流或电压的形式表示。
1.外界采集信号的原理
外界采集信号是通过传感器对外界事物的模拟变化，将变化量转换为计算机可以识别的数字信号进行采集，从而实现信号采集。
2.传感器类型
传感器的类型主要有：温度传感器、光照传感器、电位传感器、
电流传感器、传动器等。
每种传感器都有自己的工作原理，可以满足不同的应用需求。
信号的采集与处理PPT课件
.
2
信号
模拟信号
模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。 或在一段连续的 时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。模 拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化。电学上的模拟信号主要 是指幅度和相位都连续的电信号，此信号可以被模拟电路进行各种运算，如放 大，相加，相乘等。
• 转换时间，指从发出启动命令到转换结束获得整个数字信号为止所 需要的时间间隔。
.
24
A/D转换器
2. A/D转换器的主要参数
例1：S3C2410中的A/D转换器 • 8路10位，并支持触摸屏功能。 • 精度位1.5位，量程为0~3.3V，最
大转换速率为500K。
例1
例2： 8位模数(A/D) 转换器 ADC0809
1.模数转换器与单片机的接口
.
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单片机
2.模数转换器与单片机的接口的编程
查询方式：
.
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单片机
2.模数转换器与单片机的接口的编程
定时采样方式 向A／D发出启动脉冲信号后，先进行软件延时．延时时间取决于转换时间(
滤波器
低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器
低通
带通
高通
.
带阻 11
调理通道
2.滤波电路
2.1 RC无源滤波器
在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领域中信号频率相对来说不高。 而RC滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容 元件 。
1) 一阶RC低通滤波器
.
12
2.1 RC无源滤波器 2) 一阶RC高通滤波器
.
8
调理通道
1.放大电路
1.1直流放大电路
模拟信号数据采集
系统采样率
根据采样时间和传输速度决定了系统的采样率 转换时间由器件的特性决定 传输速度由接口的特性决定 普通接口 1启动 2转换 3传输 4存储 高速接口 1启动 2采样 3缓存 4块传输 （2 3反复多次）
线性度和测量误差
测量误差： 系统误差 系统固有的误差，可消除的误差 粗大误差 偶然误差，大干扰或误码 随机误差 噪声 系统噪声，环境噪声，输入噪声 线性度用线性误差的大小来衡量，是系统固 有的，可以通过刻度进行校正。
模拟信号数据采集实验要求模拟信号数据采集的主要指标1分辨率转换精度2动态范围3转换时间4线性度及测量误差模拟采集系统设计adc的测量范围和测量精度测量范围adc参考电压分辨率vvref设系统增益位k则系统参数范围adc测量范围k系统分辨率adc分辨率kk越大分辨率越高测量范围越小采用程控放大可以扩大测量范围兼顾小信号分辨率选择高位数的adc可以提高分辨率系统采样率根据采样定理采样率越高采集数据到波形的可恢复性就越好
实验要求
采用MCP3204设计一个模拟电压测量系统， 测量范围0-5伏，测量精度1mV，显示器显 示值0-5000。 测试在51单片机12M时钟控制下，测量最小采 样间隔是多少？
子程序
1 数据显示子程序 2 数据采集子程序 3 电压转换子程序 4 定时子程序
模拟信号数据采集
实验要求
模拟信号数据采集的主要指标
1、分辨率（转换精度） 2、动态范围 3、转换时间 4、线性度及测量误差
模拟采集系统设计
1 ADC的测量范围和测量精度 测量范围ADC参考电压 分辨率∆V=Vref /（2n-1） 2 设系统增益位K，则系统参数 范围=ADC测量范围/K 系统分辨率=ADC分辨率/K K越大分辨率越高，测量范围越小，采用程控放大可 以扩大测量范围，兼顾小信号分辨率 选择高位数的ADC可以提高分辨率
《信号采集原理》课件
采样：将连续信号 转换为离散信号的 过程
量化：将离散信号 转换为数字信号的 过程
采样频率：每秒钟 采样的次数
量化位数：表示数 字信号的位数，决 定了信号的精度和 动态范围
数据采集：通过传感器、转换器等设备将物理信号转换为电信号 数据传输：通过有线或无线方式将电信号传输到数据处理设备 数据处理：通过计算机或专用设备对数据进行处理和分析 数据存储：将处理后的数据存储到数据库或文件中，便于后续查询和分析
,
汇报人：
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
信号采集是指通过传感器或其他设备将物理量转换为电信号的过程。 信号采集的目的是为了获取被测对象的信息，以便进行后续的处理和分析。 信号采集的方法包括模拟信号采集和数字信号采集。 信号采集的准确性和稳定性对后续的数据处理和分析具有重要影响。
云计算：提供强 大的计算能力， 支持大规模信号 处理和分析
大数据：提供海 量数据存储和处 理能力，支持信 号采集和挖掘
信号采集技术的 发展趋势：从传 统的单机采集到 分布式采集，再 到云计算和大数 据驱动的智能采 集
云计算和大数据在 信号采集中的应用： 提高信号采集的效 率和准确性，实现 信号的实时分析和 处理，为信号采集 提供更广阔的应用 前景。
信号处理：对采集到的电信号 进行放大、滤波、数字化等处 理
PART THREE
信号源可以是模拟信号源或 数字信号源
模拟信号源包括电压源、电 流源等
数字信号源包括脉冲信号源、 方波信号源等
信号源是信号采集系统的核心 部分，负责产生和提供信号
信号源的选择取决于信号采 集系统的需求和应用场合
信号调理器：用于调整信号的频率、幅度和相位 滤波器：用于去除信号中的噪声和干扰 放大器：用于放大信号的幅度 信号调理电路：用于实现信号调理器的功能
2.1 模拟量信号的采样与保持PPT课件
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
课堂练习
1、在模拟量输入通道中，能够实现信号量化的设 备是（ D ）
A、多路开关
B、信号放大器
C、采样/保持器
D、A/D转换器
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
2、在下列采样方式中，采样点之间的时间间隔为 固定值的是（ A ）
A、周期采样
B、多阶采样
C、随机采样
D、固定采样
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
3、Shannon采样定理证明，采样信号能唯一地确定原始连
续信号的条件是（ C
）
A、连续信号最高有效频率至少为采样信号频率的2倍
B、连续信号最高有效频率至少为采样信号频率的4倍
C、采样信号的频率至少为连续信号最高有效频率的2倍
D、采样信号的频率至少为连续信号最高有效频率的4倍
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
4、4位的满量程为10V的A/D转换器，其最大量化误差为 （ B）
A、1/3V
B、 ±1/3V
C、2/3V
D、±2/3V
提问与解答环节
Questions And Answers
谢谢聆听
量化过程是一个数值分层过程;是四舍五入的过程； 最大量化误差为±△/2;
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
例：一个2位的AD，满量程电压为3V，此AD的量化当量是
（ 1V ），产生的最大量化误差为（ ±1/2 ）。
V
解：△
=
满量程电压 2n-
模拟信号数字化基础幻灯片PPT
... -3q -2q -q
xq (nTs )
q 2q 3q ...
xs (nTs )
e q
xs (nTs ) 31
BUPT Information Theory & Technology Center
3.1.1.2 量化
• 截断法
p(e)
1 q
e q
图3- 12截断法量化误差的概率分布图
• 平均误差：
– 缺点：获取相同信息的时间变长
20
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3.1.1.1 采样
采样控制方式
无条件采样 条件采样
查询方式 中断方式 DMA方式
21
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3.1.1.1 采样
• 条件采样
– 需要等到系统满足一定的条件才开始采样 – 查询：
• CPU需不断检查模数转换状态 • 编程简单，要求硬件资源少，但占用较多CPU机时
– 中断：
• 通过响应中断来暂停主程序，以执行中断服务程序 • 占用的CPU机时较少，要求硬件资源多，编程复杂
– DMA：由硬件完成数据的传输操作
23
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3.1.1.2 量化
• 量化信噪比
( FSR )2
2
æ FSR ö
SNR = s 2 = 12èç q ø÷
e
由于 q = FSR
2n
q / 2t
SNR 12 22n SNR (6.02n 10.8)dB ➢ 增加模数转换器的位数可以减小量化器的量化误差。
xq (nTs )
q 2q 3q ...
xs (nTs )
e q
xs (nTs ) 31
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3.1.1.2 量化
• 截断法
p(e)
1 q
e q
图3- 12截断法量化误差的概率分布图
• 平均误差：
– 缺点：获取相同信息的时间变长
20
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3.1.1.1 采样
采样控制方式
无条件采样 条件采样
查询方式 中断方式 DMA方式
21
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3.1.1.1 采样
• 条件采样
– 需要等到系统满足一定的条件才开始采样 – 查询：
• CPU需不断检查模数转换状态 • 编程简单，要求硬件资源少，但占用较多CPU机时
– 中断：
• 通过响应中断来暂停主程序，以执行中断服务程序 • 占用的CPU机时较少，要求硬件资源多，编程复杂
– DMA：由硬件完成数据的传输操作
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3.1.1.2 量化
• 量化信噪比
( FSR )2
2
æ FSR ö
SNR = s 2 = 12èç q ø÷
e
由于 q = FSR
2n
q / 2t
SNR 12 22n SNR (6.02n 10.8)dB ➢ 增加模数转换器的位数可以减小量化器的量化误差。
模拟信号采集方法及原理
模拟信号采集方法及原理模拟信号采集是指将模拟信号转换为数字信号的过程。
在现代电子技术中，数字信号处理已经成为了主流，因此模拟信号采集也变得越来越重要。
本文将介绍模拟信号采集的方法及原理。
一、模拟信号采集的方法1. 采样采样是指将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样的方法有两种：均匀采样和非均匀采样。
均匀采样是指在一定时间间隔内，以相同的时间间隔对模拟信号进行采样。
非均匀采样则是在不同的时间间隔内对模拟信号进行采样。
2. 量化量化是指将采样后的模拟信号转换为数字信号。
量化的方法有两种：线性量化和非线性量化。
线性量化是指将采样后的信号按照一定的比例转换为数字信号。
非线性量化则是按照非线性的方式将采样后的信号转换为数字信号。
3. 编码编码是指将量化后的数字信号转换为二进制码。
编码的方法有两种：单极性编码和双极性编码。
单极性编码是指将正数用0表示，负数用1表示。
双极性编码则是将正数用0表示，负数用1表示，但是负数的最高位为1。
二、模拟信号采集的原理模拟信号采集的原理是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
这个过程可以分为三个步骤：采样、量化和编码。
采样是将连续的模拟信号按照一定的时间间隔进行采样，将其转换为离散的信号。
采样的频率越高，采样后的信号越接近原始信号。
量化是将采样后的信号按照一定的比例转换为数字信号。
量化的精度越高，转换后的数字信号越接近原始信号。
编码是将量化后的数字信号转换为二进制码。
编码的方式有很多种，其中最常用的是脉冲编码调制（PCM）。
模拟信号采集是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。
采样、量化和编码是模拟信号采集的三个基本步骤。
在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的采样频率、量化精度和编码方式，以达到最佳的采集效果。
信号采集原理ppt
有一定得幅度范围,若超过这个幅度范围,数 字输出就会发生变化,这样能分别得电压范 围叫做分辨率。通常用LSB(Least Significant Bit)表示。
AD转换电路与DA转换电路得基础
元件性能得影响与要求
• 模拟开关得性能参数
静态特性:主要指开关导通与断开时输入端与输出 端之间得电阻Ron与Roff,此外还有最大开关电压、最 大开关电流与驱动功耗等。
动态特性:开关动作延迟时间,包括开关导通延迟时 间Ton与开关截止延迟时间Toff, 通常Ton>Toff, 理想模 拟开关时Ton→0,Toff→0
b) Ron1
R1
C1
∞ -
+ + N2
C
uo uo
精度提高得方法(电路)
(2)电容校正方法得矛盾
精度 《》 速度
Ron2
C1
∞
∞
-
-
Ron
+
uo
+
+ N2
ui
+ N1
C
b)
提高速度得方法(电路)
减少反馈回路中得时间常数数目来提高速度
Uc
VD1
VD2
V2
V1
∞
-
ui
+
+ N1
R1
R2
V
∞
-
uo
+
(2)当在比较器后面连接数字电路时,专用集成比较器无需 添加任何元器件,就可以直接连接,但对通用运算放大器 而言,必须对输出电压采取嵌位措施,使它得高,彽输出电 位满足数字电路逻辑电平得要求。
电压比较电路
一 电平比较电路(单阈 值比较器)
(a)差动比较电路
AD转换电路与DA转换电路得基础
元件性能得影响与要求
• 模拟开关得性能参数
静态特性:主要指开关导通与断开时输入端与输出 端之间得电阻Ron与Roff,此外还有最大开关电压、最 大开关电流与驱动功耗等。
动态特性:开关动作延迟时间,包括开关导通延迟时 间Ton与开关截止延迟时间Toff, 通常Ton>Toff, 理想模 拟开关时Ton→0,Toff→0
b) Ron1
R1
C1
∞ -
+ + N2
C
uo uo
精度提高得方法(电路)
(2)电容校正方法得矛盾
精度 《》 速度
Ron2
C1
∞
∞
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-
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+
uo
+
+ N2
ui
+ N1
C
b)
提高速度得方法(电路)
减少反馈回路中得时间常数数目来提高速度
Uc
VD1
VD2
V2
V1
∞
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ui
+
+ N1
R1
R2
V
∞
-
uo
+
(2)当在比较器后面连接数字电路时,专用集成比较器无需 添加任何元器件,就可以直接连接,但对通用运算放大器 而言,必须对输出电压采取嵌位措施,使它得高,彽输出电 位满足数字电路逻辑电平得要求。
电压比较电路
一 电平比较电路(单阈 值比较器)
(a)差动比较电路
嵌入式人工智能技术应用课件：使用串口实现模拟量信号采集实验
USB接口
Universal Serial Bus（通用串行总线) 简称 USB，是如今电脑上应用较广泛的接口规 范。USB接口是电脑主板上的一种四针接 口，其中中间两个针传输数据，两边两个 针给外设供电。
311
2
33
4
光照度变送器
串口和其他接口
Modbus通信协议 数字量和模拟量
Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公 司（现在的施耐德电气 Schneider Electric）于 1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信 而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的 业界标准（De facto），并且现在是工业电子设 备之间常用的连接方式。
夜晚室内灯光：100-200Lux 晴天室内灯光：1000-5000Lux 北方室外正午：60000-120000Lux 南方室外正午：80000-200000Lux 夜里明亮月光下： 0.3～0.03 Lux 夜里没有月光下：0.003～0.0007 Lux
光照度传感器工作原理
光照度传感器利用对弱光性有较高反应的 探测部件，在内部绕线热电堆，在表面涂上 高吸收率的黑色涂层，热接点在感应面上， 冷结点位于机体内产生温差电势；在线性范 围内，输出信号与太阳辐射度成正比，透过 滤光片的可见光照射到进口光敏二极管并转 换成电信号，电信号会进入传感器的处理器 系统，从而输出需要得到的二进制信号。
1
2
3
4
5
导入必要的包和模块 打开光照度变送器 获取当前光照值
获取光照度有效值
关闭串口
返回值以0C开头的值表示所包含的信息就是传感器有效信息。 分割有效信息，获取光照度有效值，将其转换成10进制，即为光照度的值。 故对data字符串进行筛选，选出所需要的信息。光照度有效信息位data[6:14]。
模拟信号采集
单片机系统采集的信号有模拟电压信号、模拟电流信号、PWM信号、数字逻辑信号等。
现在，绝大多数传感器输出的信号都是模拟信号量，电流和电压。
所以模拟信号的采集应用最为广泛，处理过程也相对复杂。
相比于模拟信号，PWM信号和数字逻辑信号的采集比较直接，单片机能够直接处理这类信号，无需额外的器件进行信号转换。
这里的模拟信号是指电压和电流信号，对模拟信号的处理技术主要包括模拟量的选通、模拟量的放大、信号滤波、电流电压的转换、V/F转换、A/D转换等。
1．模拟通道选通单片机测控系统有时需要进行多路和多参数的采集和控制，如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每一路都采用放大、滤波、采样/保持，A/D等环节，不仅成本比单路成倍增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件、阻容元件参数特性不一致，对系统的校准带来很大困难；并且对于多路巡检如128路信号采集情况，每路单独采用一个回路几乎是不可能的。
因此，除特殊情况下采用多路独立的放大、A/D外，通常采用公共的采样／保持及A／D 转换电路(有时甚至可将某些放大电路共用)，利用多路模拟开关，可以方便实现共用。
在选择多路模拟开关时，需要考虑以下几点：（1）通道数量通道数量对切换开关传输被测信号的精度和切换速度有直接的影响，因为通道数目越多，寄生电容和泄漏电流通常也越大。
平常使用的模拟开关，在选通其中一路时，其它各路并没有真正断开，只是处于高阻状态，仍存在漏电流，对导通的信号产生影响；通道越多，漏电流越大，通道间的干扰也越多。
（2）泄漏电流在设计电路时，泄漏电流越小越好。
采集过程中，信号本身就非常微弱，如果信号源内阻很大，泄漏电流对精度的影响会非常大。
（3）切换速度在选择模拟开关时，要综合考虑每路信号的采样速率、A/D的转换速率，因为它们决定了对模拟开关的切换速度的要求。
（4）开关电阻理想状态的多路开关其导通电阻为零，而断开电阻为无穷大，而实际的模拟开关无法到这个要求，因此需考虑其开关电阻，尤其当与开关串联的负载为低阻抗时，应选择导通电阻足够低的多路开关。