信号的采集与处理PPT课件
第三章 光电信号的采集
(2)匹配偏置电路 匹配偏置指的是偏置电阻RB等于探测器内阻Rd 。
图为一匹配偏置电路。由于光敏电阻的阻值对温度变化特别敏 感，偏置电路中的RB通常不采用一个固定电阻，而是用一个与所 用探测器相同规格的光敏电阻代替，使RB与Rd随温度产生相同的 变化，以减小由于环境温度变化对输出信号的影响，从而保持输 出端A点电位的稳定。
(2) 孔径误差 由于模拟量转换成数字量有一个过程，对于一 个动态模拟信号，在模/数转换器接通的孔径时 间里，输入的模拟信号值是不确定的，从而引 起输出的不确定误差。 可见，孔径误差与信号的最高频率f和系统的 孔径时间有关
。
假设输入信号为一频率为ƒ的正弦信号V=Vmsin2 π ƒt，如图所示。
它基本上是一个电流-电压变换器，在环路增益很大的情况 下，输出电压与与输入电流之间的关系为： Vo = -ZFIi； 式中，ZF是从放大器的输出到输入的有效反馈阻抗。
2. 低噪声放大 第一级低噪声前置放大器多采用分立元件，因为集成运算放大 器的噪声一般比低噪声分立元件的噪声大。晶体管的选择是设计 前置放大器的重要环节，通常根据光电探测器的阻抗来选择合适 的晶体管。对于低噪声放大器，源电阻的大小是选择第一级放大 元件的重要依据。如果源电阻RS在1kΩ~1M Ω之间，选用运算放 大器； RS在1MΩ~1G Ω之间，多采用结型场效应管(JFET)；当RS 超过1G Ω，可采用MOSFEF。 要得到低噪声前置放大器，必须选用噪声系数小的晶体管，同 时还要使光电探测器的源电阻与晶体管的最佳源电阻相等，以得 到最小的噪声系数。但在实际使用中，这二者不会刚好相等，可 以采用变压器匹配和并联来达到阻抗匹配的目的。 此外，还要减少背景光、杂散光以及外界电磁场对光电探测器 和前置放大器的影响。
数据采集应用案例PPT课件
第四阶段
以虚拟仪器为核心的自动测试 系统阶段。
数据采集系统组成要素
传感器
一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将 感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其 他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处 理、存储、显示、记录和控制等要求。
数据采集设备
将经过信号调理器处理后的模拟信号转换为数字 信号，并进行相应的处理，如数字滤波、数据压 缩等。
采集性能问题
安全性和隐私问题
大规模数据采集可能面临性能瓶颈，如网 络带宽限制、存储资源不足等。
数据采集涉及敏感信息和隐私保护，需要 加强安全性和隐私保护措施。
发展趋势预测
自动化和智能化
未来数据采集将更加自动化 和智能化，通过机器学习和 人工智能技术实现自适应的 数据采集和清洗。
实时化和流式处理
随着实时数据需求的增加， 数据采集将更加注重实时性 和流式处理能力，以满足实 时分析和决策的需求。
数据采集应用案例 ppt课件
目录
• 数据采集概述 • 数据采集技术原理及方法 • 数据采集在各领域应用案例
目录
• 数据采集系统设计与实现 • 数据采集技术应用挑战及发展趋势 • 总结与展望
01
数据采集概述
数据采集定义与意义
数据采集定义
数据采集是指从传感器和其它待 测设备等模拟和数字被测单元中 自动采集非电量或者电量信号,送 到上位机中进行分析，处理。
远程医疗
通过数据采集技术，实现患者生 理参数的远程监测和诊断，提高
医疗服务的可及性和效率。
医疗大数据分析
对海量医疗数据进行分析和挖掘， 发现疾病规律和治疗方案，提高医 疗水平和治愈率。
个性化医疗
基于患者个体特征和历史数据，制 定个性化治疗方案和健康管理计划， 提高治疗效果和患者生活质量。
信号的采集与处理PPT课件
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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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28
单片机
2.模数转换器与单片机的接口的编程
查询方式：
.
29
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
心率信号的采集与处理
心率信号的采集与处理技术分类：医疗电子 | 2009-04-081 概述SoC 技术是一项很重要的电子应用技术，十分适合将其用于生物工程领域。
为了满足低电压、低功耗的需要，本次系统设计选择SoC 技术用于生物信号处理。
心率是一项重要的生理指标。
它是指单位时间内心脏搏动的次数，是临床常规诊断的生理指标。
为了测量心率信号，有许多技术可以应用，例如：血液测量，心声测量，ECG测量等等。
在混合信号SoC 的设计中，电路可以被分成两部分，模拟电路部分和数字电路部分。
其中模拟电路很容易被数字电路干扰，这是因为数字电路部分本身就是一个高频的噪声源。
作为一个混合信号的SoC，怎样处理模拟模块和数字模块的连接问题是一个挑战。
所以文中对噪声处理技术也进行了讨论。
在这篇文章里，第二部分给出了系统的设计框图，第三部分对心率信号处理中的问题进行了讨论，第四部分设计了一个心率信号处理的滤波器，第五部分是对其功能和指标的准确性进行了测试，第六部分是总结。
2 心率检测的SoC 系统框图用混合信号SoC 设计心率信号的处理系统，就需要低功耗和低电压的供给，所以电源电压为3.3V。
系统框图如图一所示。
图1 系统框图在图一中，传感器采用的是红外光电式传感器，用于把原始的心率信号转变为微电压信号。
信号调理电路包括放大器、滤波器和比较器。
调理电路的输入信号是传感器采集进来的原始心率信号，它的输出信号则是有一定电压幅度的脉冲信号。
C51 处理部分是数字信号中央处理单元，它的输入信号是上面提到的脉冲信号，输出的是心率数据，最后通过CPU 核把信号显示出来。
CPU 核是EZL-8051。
3 心率信号的采集将一对红外线发射与接收探头置于动脉一侧，当指尖的血流量随心脏跳动而改变时，红外线接收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号。
图2 是单光束直射取样式光电传感器。
这类槽型光耦由高功率的红外光电二极管和红外光匹配性能强、透镜敏感度高、集电极电流范围大的光敏三极管组成。
数据采集与处理技术
*t * **
此时： fS > 2× 100 Hz, 但是： fS < 2× 900 Hz,
fS < 2× 400 Hz,
x ( t)
**
f 1 = 100Hz
f S = 500Hz
Ts
0.002s
*t **
1／100 s=0.01s
图2-5 高频与低频的混淆
数据采集与处理技术
28
2.4 频率混淆与消除频混的措施
输出一串在时间上离散的脉冲 信号xs(nTs )。
采样过程如图2-2所示。
数据采集与处理技术
11
2.2 采样过程
xt
xS nTS
δTs t
xt
xS nTS
t
K
τ
TS 2TS 3TS …
t
TS
图2-2 采样过程
图2-2中：
xs nTs — 采样信号; 0, TS , 2TS — 采样时刻
τ — 采样时间； TS — 采样周期。
数据采集与处理技术
37
2.6 模拟信号的采样控制方式
⑶ 直接存储器存取（DMA）方式 特点：由硬件完成数据的传送操作。
内存
CPU I／O
DMA控制器
外设
图2-10 DMA传送方式
数据采集与处理技术
38
2.6 模拟信号的采样控制方式
采样控制方式的分类归纳如下：
无条件采样
定时采样 变步长采样
采样
条件采样
量化器的位数n↑,量化单位q↓。
数据采集与处理技术
46
2.7 量化与量化误差
2. 量化方法
日常生活中,在计算某个货物的价值时， 对不到一分钱的剩余部分，
信号与系统ppt课件
02
时不变：系统的特性不随时间变 化。
系统的数学模型为非线性微分方 程或差分方程。
03
频域分析方法不适用，需采用其 他方法如几何法、状态空间法等
。
04
时变系统
系统的特性随时间变 化，即系统在不同时 刻的响应具有不同的 特性。
时域分析方法：积分 方程、微分方程等。
系统的数学模型为时 变微分方程或差分方 程。
信号与系统PPT课件
目录
CONTENTS
• 信号与系统概述 • 信号的基本特性 • 系统分析方法 • 系统分类与特性 • 系统应用实例
01
CHAPTER
信号与系统概述
信号的定义与分类
总结词
信号是传输信息的一种媒介，具有时间和幅度的变化特性。
详细描述
信号是表示数据、文字、图像、声音等的电脉冲或电磁波，它可以被传输、处理和记录。根据不同的特性，信号 可以分为模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变化的物理量，如声音、光线等；数字信号则是离散的二进制数 据，如计算机中的数据传输。
04
CHAPTER
系统分类与特性
线性时不变系统
线性
系统的响应与输入信号的 线性组合成正比，即输出 =K*输入+常数。
时不变
系统的特性不随时间变化 ，即系统在不同时刻的响 应具有相同的特性。
频域分析方法
傅里叶变换、拉普拉斯变 换等。
非线性时不变系统
01
系统的响应与输入信号的非线性 关系，即输出不等于K*输入+常 数。
系统的定义与分类
总结词
系统是由相互关联的元素组成的整体，具有输入、输出和转 换功能。
详细描述
系统可以是一个物理装置、生物体、组织或抽象的概念，它 能够接收输入、进行转换并产生输出。根据不同的分类标准 ，系统可以分为线性系统和非线性系统、时不变系统和时变 系统等频域分析方法将信号和系统从时间域转换到频率域，通过分析系统的频率响应 来了解系统的性能，如系统的幅频特性和相频特性，这种方法特别适用于分析 周期信号和非周期信号。
脑电PPT课件
注意事项
强调采集过程中的注意事项，如 避免干扰、保持安静等。
01
02
采集设备
介绍用于采集脑电信号的设备， 如电极帽、放大器等。
03
采集过程
详细描述脑电信号采集的过程， 包括准备工作、电极放置、信号 采集等步骤。
04
脑电信号预处理
1 滤波处理
介绍如何对采集到的脑电信号进行滤波处理，去除噪声 和其他干扰。
脑电的生理基础
大脑神经元
脑电的产生与大脑神经元的电生理活动密切相关。神经元在兴奋状态下会产生电位变化，这些变化通过头皮上 的电极被记录下来形成脑电信号。
脑波
脑电信号中包含多种脑波，如α波、β波、θ波、δ波等。不同脑波代表了不同的生理状态和认知功能，如α波主 要出现在放松状态，β波则出现在集中注意力或紧张状态。
2 基线校正
介绍如何对采集到的脑电信号进行滤波处理，去除噪声 和其他干扰。
3 伪迹去除
介绍如何对采集到的脑电信号进行滤波处理，去除噪声 和其他干扰。
4 数据压缩与降噪
介绍如何对采集到的脑电信号进行滤波处理，去除噪声 和其他干扰。
脑电信号特征提取
01
02ห้องสมุดไป่ตู้
03
04
时域特征
介绍如何从脑电信号中提取时 域特征，如幅度、频率和相位
精神疾病诊断
脑电技术在精神疾病诊断中的应用 ，为医生提供辅助诊断的依据。
05
脑电研究展望与挑战
脑电技术的未来发展
脑电信号采集技术
随着传感器技术和生物电信号处理技 术的发展，脑电信号的采集将更加准 确和稳定，能够更好地应用于临床诊 断和科学研究。
脑电信号解读技术
脑电应用领域拓展
脑电技术的应用领域将不断拓展，不 仅局限于神经科学和心理学领域，还 将应用于医学、教育、体育等领域。
基于单片机的脉冲信号采集与处理分析
基于单片机的脉冲信号采集与处理分析单片机应用系统是通过核心CPU设备来显示工业领域各个设备环节的系统。
单片机的应用程序比较复杂，现代经济的发展对单片机的应用提出了更高的要求，特别在当下机械加工、化工和石油工程等多个领域，对单片机的各种性能要求十分高。
而在我省工业自动化控制领域中，缺乏相应的单片机技术体系，难以满足当下工程的数据采集、计算机处理应用、数据通信等方面的需要。
为了确保工业自动化控制模式的正常开展，实现机械应用与计算机应用技术的协调发展，可通过优化单片机内部结构程序或使用内部倍频技术和琐相环技术等，达到提升其运算和内部总线速度的目的。
1单片机脉冲信号采集1.1单片机模拟信号采集单片机系统采集器的信号有模拟电压信号、PWM信号和数字逻辑信号等，其中，应用较广泛的是模拟信号采集。
模拟信号指的是电压和电流，采用的处理技术主要有模拟量的放大和选通、信号滤波等。
因为单片机测控系统有时需要采集和控制多路参数，如果对每条路都单独采用一个较为复杂且成本较高的回路，就会对系统的校准造成较大影响，几乎不能实现。
因此，可以选用多路模拟开关，方便多种情况下共用。
但在选择多路模拟开关时，要注意考虑通道数量、数漏电流设计、切换速度、通导电阻、器件封装、开关参数的漂移性和每路电阻的一致性这几点。
信号滤波是为了减少或消除工作过程中的噪声信号，滤波常用的有模拟滤波电路和数字滤波技术，后者在单片机系统中发展较快。
1.2随机脉冲信号采集卡的设计随机脉冲信号采集卡的硬件组成主要有输入输出接口、单片机运行和控制、复读采集和控制、信号重放和主机接口控制这五个电路模块。
该系统的主要硬件电路包括单片机主系统中的随机脉冲放大和限幅电路、脉冲幅度、脉冲宽度测量电路、高速信号采集、存储电路以及由EPLD等构成的控制信号电路等。
单片机除了负责随机脉冲信号的采集以外，还要将相关的数据与随机脉冲数据组织成一个完整的信号数据结构。
1.3单片机脉冲信号采集优化模式单片机脉冲信号的采集应用必须要做好相关软硬件的应用、采集模式等的剖析准备工作。
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数字信号
数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量 用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。现代技术的信号处理中 ，数字信号发挥的作用越来越大，几乎复杂的信号处理都离不开数字信号；或 者说，只要能把解决问题的方法用数学公式表示，就能用计算机来处理代表物 理量的数字信号。
3)的串联
.
13
调理通道
3.隔离（屏蔽 ） 隔离也是信号调理中的一种。从安全的角度把传感器信号同计算机隔离开
，因为被监测系统可能产生瞬时高电压。另一个原因是隔离可使从数据采集板 出来的数据不受地电位和输入模式的响。当输入DAQ1板的信号与得到的信号不 共地时，可能产生较大误差甚至损坏系统，而用隔离办法就能保证信号的准确 。
1.采样保持
采样保持是利用切断电容器的输入 后，电容器能保持其原有电压值的原理 实现的(图3—33)。
信号的采集与处理
主讲人：王坚
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1
引言
随着数字信号处理理论和计算机的不断发展，现代工业和科学技术 研究全都需要借助数字处理方法，而进行数字处理方法的先决条件是将 所有的研究对象进行数字化，也就是所谓的数据采集与处理。
数据采集技术是以前段的模拟信号处理、数字化、数字信号处理和 计算机等高科技为技术形成的一门综合技术。它现在被广泛应用于图像 处理、振动测试、语音信号分析和瞬态信号分析等多个领域。所以它也 成为研究领域中必不可少的一门技术。
.
8
调理通道
1.放大电路
1.1直流放大电路
1) 同向放大器
同相放大器也是最基本的电路 ，其闭 环电压增益Av为:
Av
1
RF R1
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置 放大级。
.
9
调理通道
1.放大电路
1.2交流放大电路
若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电压同相放大器。其 中电容C1、C2及C3为隔直电容。
4.激励
信号调理也能够为某些传感器提供工作电流。RTDS(温度／电阻)需要电流 将电阻变化反映出来，而应变片需要一个完备的桥式电路及电源。很多设备都 提供电流源以便使用这些传感器。
5.线性化
多传感器对被测量的量都有非线性响应，因而需要对输出信号进行线性化 。
备注: 1:数据采集
.
14
采样保持器
A/D转换器完成一次转换需要一定的时间，而在转换期间希望A/D转换器输 入端的模拟信号电压保持不变，才能保证正确的转换。当输入信号的频率较高时 ，就会产生较大的误差，为了防止这种误差的产生，必须在A/D转换器开始转换 之前将信号的电平保持，转换之后又能跟踪输入信号的变化，保证较高的转换精 度。为此，需要利用采样保持器来实现。
.
6
调理通道
1.放大电路
微弱信号都要进行放大以提高分辨率和降低噪声，也就是使调理后信号的最大电 压值和ADC1的最大输入值相等，这样可以提高精度。同时，高分辨率可以降低高放 大倍数要求并可以提高较宽的动态范围。仪器信号调理的前端系统有几种放大模式， 靠近传感器的微弱信号经过放大增益，最后只把大信号送给计算机，以使噪声影响减 到最小。
备注: 1:晶体管-晶体管逻辑电平；2：一种串行物理接口标准
.
5
传感器
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息， 按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、 处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要 环节。
传感器的主要功能是接受物理信号然后转变为电信号。
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
两者区别
①模拟信号是用模拟量的电压或电流来表示的信号，时间上是连续的，幅度变
化也是连续的。
②数字信号是通过0和1的数字串所构成的数字流来传输的，幅度变化是跳变的
。
.
3
数据采集系统的构成
一个典型的数据采集系统的处理步骤如下：
对 象
物传 理感 信器
电 信 号
调理 通道
电 信 号
采样 保持 器
电 信 号
.
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。
放大器
直流放大器 （介绍
）
交流放大器 电荷放大器
（介绍 ）
时间域
频率域
幅度增大 低频保留,高频截止
幅度增大 高频保留,低频截止
电荷增大
电桥
△Z V
备注: 1:数模转换
.
7
调理通道
1.放大电路
1.1直流放大电路
1) 反相放大器
反相放大器是最基本的电路，其闭环 电压增益Av为:
Av
RF R1
反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千 欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源Ui的内阻。
AD 转换 器
数 字 信
单片 机
号
号
电平 转换 电路
计算 机
.
4
数据采集系统的构成
• 传感器：将非电量转换成电信号输出。 • 调理通道：完成模拟信号的衰减、放大、隔离、滤波
、传感器激励和线性化等功能。 • 采样保持器：保证A/D转换过程中信号的稳定。 • A/D转换器：将模拟量转换成数子量。 • 单片机：进行数据采集。 • 电平转换电路：将TTL电平1转换成RS232C 2电平。 • 计算机：接收数据并进行处理。
Av
1
RF R1
R1一般取几十千欧。耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来 确定。
C 1 C 3 (3 ~ 1)/0 2 (R L fL )
.
10
调理通道
2.滤波电路
滤波可以消除噪声和不必要的干扰，噪声滤波器通常用于输入的信号是直流信号 。许多仪器信号调理模块都有合适的低通滤波器。交流信号通常需要抗失真的低通滤 波器，因为这样的滤波器有一个陡峭的截止频率，因而几乎能够完全消除高频干扰信 号。