高速数据采集原理分析与设计
基于单片机单通道八位高速(10MHz)数据采集系统设计课程设计
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：课程设计I设计题目：基于单片机单通道八位高速（10MHz）数据采集系统设计院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学摘要：利用单片机及一种高速异步FIFO 芯片SN74ACT7808和高速A/D芯片的设计了一个高速不连续采样的数据采集系统，给出了该采集系统的接口电路，并阐述它的实现原理和具体实现流程。
关键词：高速异步FIFO；高速A/D芯片；高速不连续采样；数据采集一. 设计背景及相关知识：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点亮信号，送到上位机中进行分析，处理。
数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。
在数字信号处理领域，数据采集一直是一项关键技术。
随着数字化技术的不断发展,数据采集技术也呈现出速度更快、通道更多、数据量更大的发展趋势。
而为了满足高速采集系统的要求，CPLD,DSP 等高速器件被运用于数据采集。
然而，在许多情况下，数据既不需要进行实时处理，也不需要进行连续采样，只需要分时地进行高速采样，此时可采用FIFO芯片和高速A/D转换器相结合，来实现数据的采集与存储自动的保持同步。
这样就降低了数据处理部分所需单片机的性能要求，降低了其成本。
二.系统的总体设计：该系统采用89C51单片机作为控制系统的核心，应用高速A/D转换芯片TLC5540实现模数转换,并利用FIFO芯片SN74ACT7808实现来实现数据的采集与存储自动的保持同步，单片机与上位机进行通讯,将采样数据存储在上位机中以便数据的查询和分析，从而实现高速地单通道8位数据的数据采集这些系统性能指标。
三．硬件系统设计：硬件电路包括了单片机模块、模数转换模块及数据通信模块。
硬件电路原理图：1.器件的性能介绍和选择原因：(1)高速A/D转换芯片TLC5540：A/D转换器主要是完成对模拟信号的采样、量化、编码，从而实现将模拟信号转变为数字信号。
数据采集的基本原理与完整
数据采集的基本原理与完整
数据采集的基本原理与步骤可以概括如下:
一、确定采集目的
明确这次数据采集要达到的目标,服务于哪些数据分析任务,采集结果需要回答什么问题。
二、设计采集方案
根据数据使用目的,设计采集方案。
确定采集的数据类型、范围、数据量要求、采集频次、采集时间等。
三、选择采集方法
选择合适的采集方法,如问卷调查、实地测试、网络爬虫等。
方法要符合目标并确保数据质量。
四、准备采集工具
根据采集方法选择需要的工具,如设计问卷模板、购买测试设备、开发爬虫程序等。
五、执行采集过程
按计划组织开展数据的采集工作,严格按方案和方法执行,确保采集的准确性和规范性。
六、数据预处理
对采集的原始数据进行预处理,如格式转换、清洗、整合、排序等,将杂乱数据处理为结构化的数据集。
七、质量评估
评估数据的完整性、准确性、一致性等指标,判断质量好坏,过滤掉质量差的数据。
八、数据存储
将预处理后的高质量数据存储在数据库或其他介质中,方便进行后续分析应用。
九、制定更新计划
根据后续需求更新采集方案,定期循环往复上述流程,持续获取新鲜高价值数据。
十、文档与总结
充分记录和总结每次采集的过程与经验,以便持续改进采集工作。
基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现的开题报告
基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现的开题报告一、选题背景与意义在现代工业领域，高速数据采集是必不可少的环节，对于某些应用场景，如医学图像、通信信号和自然界信号的采集等，必须保证采样率高、抗噪性强的特点。
面对如此巨大的数据采集挑战，传统基于PC机的采集系统已经难以满足实时性和高速性的要求，而基于FPGA的高速数据采集系统从其高速、高精度、低功耗、灵活可靠等诸多特点上来看，成为了实现高速数据采集的首选方案。
因此，本文将对基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现开题进行研究。
二、研究内容本课题旨在通过对基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现开题进行深入研究，侧重于以下几个方面：1. 基于FPGA芯片架构的深入研究，尤其是在高速、可靠、低功耗等方面的性能表现。
2. 研究采样率、信噪比、滤波器等方面在数据采集系统中的应用。
3. 设计高速数据采集控制系统，探究其在高速数据采集系统中的作用和设计原理。
4. 进行基于FPGA的高速数据采集系统硬件电路设计、软件编码及实现，并通过实验验证其性能。
三、研究方法本文采用计算机仿真分析和实验研究相结合的方法，首先通过软件工具对系统进行模拟，了解系统设计的基本原理和方法，然后进行硬件电路设计和软件编码，实现实际的高速数据采集系统，最后对实验结果进行分析和总结。
四、预期成果1. 实现一套基于FPGA的高速数据采集系统，该系统具有高速性、稳定性、可靠性、低功耗等优点。
2. 对该系统进行了性能测试，并分析系统在数据采集过程中的表现及优劣。
3. 从系统设计、电路设计、软件编写三个角度，对基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现开题进行了研究，并提出了可供参考的经验和具体指导意见。
五、可能面临的问题及解决方案1. FPGA硬件电路设计难度大。
解决方案：参考多数学者的研究成果，针对不同应用，找出符合实际需要的电路设计。
2. 信号处理算法的开发。
解决方案：充分利用智能算法，设计高效低延迟的算法并进行实际验证。
pcie高速采集卡的采样原理
pcie高速采集卡的采样原理
PCIe高速采集卡（PCIe high-speed acquisition card）是一种用于数据采集和信号处理的硬件设备，它通过PCI Express（PCIe）接口与计算机连接。
采集卡的采样原理可以概括为以下几个步骤：
1. 时钟同步：采集卡首先需要与输入信号进行时钟同步，以确保准确的采样。
一般情况下，采集卡会使用自己的时钟源或者外部的参考时钟来与输入信号进行同步。
2. 信号采样：一旦时钟同步完成，采集卡就开始对输入信号进行采样。
采样过程中，采集卡会按照一定的采样率（即每秒采样的次数）将输入信号离散化为数字信号。
采集卡上的模数转换器（ADC）负责将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
3. 数据传输：采集卡将采样到的数字信号通过PCIe接口传输给计算机。
PCIe接口提供了高速的数据传输通道，能够满足高速数据采集的需求。
传输过程中，采集卡会将采样数据打包成数据包，并通过PCIe总线发送给计算机。
4. 数据处理：计算机接收到采集卡传输的数据后，可以使用相应的软件对数据进行处理和分析。
这些软件可以根据具体的应用需求，对数据进行滤波、频谱分析、数据压缩等操作，以提取所需的信息。
需要注意的是，采集卡的采样原理会因具体的硬件设计而有所差异，不同的采集卡可能会采用不同的ADC芯片、时钟同步方式和数据处理算法等。
因此，在具体应用中，需要根据采集卡的规格和说明书来了解其采样原理和技术特点。
高速公路智能运维管理系统设计与开发
高速公路智能运维管理系统设计与开发摘要:随着交通运输的快速发展，高速公路作为重要的基础设施之一，对其运维管理的要求也越来越高。
高速公路智能运维管理系统的设计与开发旨在提高高速公路的安全性、效率和可持续发展。
本文将介绍高速公路智能运维管理系统的设计原理、功能模块以及开发方案，并探讨其对高速公路管理的影响和未来发展趋势。
一、引言随着经济的发展和城市化进程的加速，高速公路在现代交通体系中扮演着重要角色。
然而，传统的高速公路管理方式已经无法满足日益增长的交通需求和管理要求。
因此，设计和开发一个智能化的高速公路运维管理系统成为当务之急。
二、设计原理1. 数据采集与分析高速公路智能运维管理系统通过各种传感器和设备收集实时的交通数据，并运用大数据分析技术进行深入研究。
这些数据包括车流量、车速、车道占用情况、气象条件等。
通过对这些数据的分析，可以预测交通拥堵、事故发生的可能性，并采取相应的措施。
2. 运维计划与调度系统根据收集到的数据，自动生成高速公路的运维计划和调度方案。
通过分析交通数据，识别出高速公路上的瓶颈区域和风险点，提出相应的管理措施并进行计划安排。
同时，系统还可以根据不同的条件和目标自动调整运维计划，确保高速公路的安全和顺畅运营。
3. 故障监测与维修系统可以通过各种传感器实时监测高速公路设施和设备的状态，并自动生成故障报警。
一旦发现设备出现故障或异常情况，系统将立即通知相关工作人员进行维修或更换，以减少故障对交通运营的影响。
三、功能模块1. 数据管理模块该模块负责收集、存储和管理高速公路的交通数据、设施状态和维修记录等信息。
数据管理模块应具备高效的数据存储和查询能力，并支持数据的导入和导出。
2. 运维计划模块该模块负责生成高速公路的运维计划和调度方案，并能够自动化和动态化地调整计划。
运维计划模块还应提供实时监控和预警功能，以快速响应故障和紧急情况。
3. 故障监测与维修模块该模块负责监测高速公路设施和设备的状态，及时发现故障并通知相关工作人员。
基于PCI和FPGA的高速数据采集系统
新技术·新业务DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2023.08.014基于PCI和FPGA的高速数据采集系统［张四维 王勋志 谭静波］为了准确、实时地采集工业现场快速变化的数据，设计了一种基于外设部件互连标准（Peripheral Component Interconnect，PCI）和FPGA的高速数据采集系统，系统主要包括高线性度模拟光耦模块、高速模数转换模块、同步动态随机存储器控制模块、PCI通信模块、FPGA及其软件系统等。
系统把PCI总线具有的兼容性强，数据传输快等特点和FPGA具有的灵活可编程性结合起来，并引入了高线性度的模拟光耦模块和具有流水线结构的高速模数转换器（THS1206），使系统具有传输速率高、数据处理能力强和抗电磁干扰能力强等特点，仿真和实验结果验证了设计的正确性。
张四维湖南省交通规划勘察设计院有限公司，本科毕业于郑州轻工业大学，主要研究方向为嵌入式系统设计。
王勋志湖南省交通规划勘察设计院有限公司，硕士毕业于中南大学，主要研究方向为嵌入式系统设计。
谭静波湖南省交通规划勘察设计院有限公司，本科毕业于湖南科技大学，主要研究方向为嵌入式系统设计。
关键词：数据采集线性光耦 THS1206 FPGA PCI摘要1 引言在信号处理技术中，数字信号的处理是主流及趋势；而在数字信号处理技术中起关键性作用的就是前期的数据采集工作。
工业现场常常有一些快速变化的数据需要采集，根据香农采样定理，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍，故要求数据采集系统要有高的采集速率。
与此同时，高速采集到的大量数据也需要及时或是实时进行处理，这对采集系统的数据处理器的性能有高的要求。
外设部件互连标准（Peripheral Component Interconnect，PCI）总线是目前最先进的计算机总线之一，具有兼容性强、功能全、传输速率快等特点，它不受限制于具体的处理器，可以为高速的外围设备与中央处理器（CentralProcessing Unit，CPU）之间提供高性能、高吞吐量的数据通路[1]。
基于FPGA的高速数据采集系统设计
基于FPGA的高速数据采集系统设计随着科技的不断进步，数据采集和处理的速度需求也越来越高。
为了满足这种需求，基于FPGA的高速数据采集系统应运而生。
本文将对其进行阐述，包括其原理、结构、应用和未来发展方向。
一、系统原理FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，通过程序设计可以实现不同的逻辑和功能。
基于FPGA的数据采集系统，即是将FPGA作为处理核心，利用其高速的数据处理能力和可编程性，进行数据采集和处理。
这种系统的原理是将信号输入到FPGA中，通过FPGA的逻辑电路分析、处理、交换和传输等一系列操作，将数据利用高速通信接口传输到处理单元，最终实现高速数据采集和处理的功能。
二、系统结构基于FPGA的高速数据采集系统一般由两部分组成：数据采集模块和数据处理模块。
1. 数据采集模块数据采集模块主要由采样模块、数字信号处理模块、时钟模块和控制模块等组成。
其中，采样模块是整个数据采集模块中最为重要的部分，其主要功能是对模拟信号进行采样、变换为数字信号并存储到缓存中。
数字信号处理模块则对采样得到的信号进行滤波、放大等处理操作，使其符合后续处理的要求。
时钟模块负责对采集数据进行时钟同步，确保数据的完整性和准确性。
控制模块负责控制整个系统的运作和协调各模块的工作，保证系统运行的顺畅和稳定。
2. 数据处理模块数据处理模块主要由处理核心、存储模块和通信模块组成。
其中，处理核心是整个数据处理模块中最为重要的部分，其主要通过FPGA中的逻辑电路对采样数据进行处理、分析和计算等操作，使其符合需求并输出结果。
存储模块是处理模块中用于存储数据的部分，如FPGA中集成的RAM、Flash等存储器件。
通信模块则主要实现数据的传输和交换，包括高速串口、以太网接口、USB接口等。
三、应用领域基于FPGA的高速数据采集系统广泛应用于科学研究、医疗领域、通信技术、工业控制等各个领域。
1. 科学研究：FPGA作为高速数据采集系统的处理核心，在科学研究中起到了重要作用。
快速运动实验设计：高速摄影与运动轨迹分析
会议论文
作者3 et al. (年份) 标题3 作者4 et al. (年份) 标题4
专著
作者5 (年份) 书名1 作者6 (年份) 书名2
附录
在第23页，附录将收 录实验中的原始数据、 实验记录和补充材料。 通过提供更多关于研 究的详细信息和数据 支持，读者可以更深 入地了解本研究的内 容和方法，为进一步 研究提供参考依据。
轨迹数据处理工具
01 轨迹数据处理软件选择
选择合适的软件用于导入、处理和分析运动 轨迹数据。
02 轨迹数据分析插件介绍
介绍常用的轨迹数据分析插件，以及它们的 功能和特点。
03 数据可视化工具应用
利用数据可视化工具展示运动轨迹数据的分 析结果，直观地呈现数据变化和趋势。
轨迹分析实例
通过具体实例展示轨迹分析的步骤和计算方法， 以及如何结合图表和数据结果说明轨迹分析在快 速运动实验中的应用和重要性。这些实例有助于 解释轨迹分析的实际操作过程，加深对运动轨迹 分析方法的理解。
激光传感器应用
激光传感器 原理
激光测距原理
激光传感器 在快速运动 实验中的作
用
精准时间测量
激光传感器 与高速摄影 的结合应用
高速运动轨迹测 量
快速摄影数据处理
数据采集
高速摄影数据采集方法包 括高速相机参数设置和实 时观测 数据存储和管理需要考虑 数据量大、实验重复性等 因素
图像处理
图像去噪和增强可以提高 数据处理的准确性 图像配准和轨迹提取是分 析中关键的步骤
03 数据统计分布
对数据进行统计学处理
实验结果比较
不同实验数 据的差异分
析
数据差异性对比
验证实验结 果的准确性
结果准确性验证
数据采集_设计实验报告
一、实验目的1. 理解数据采集系统的基本原理和组成；2. 掌握数据采集系统的设计方法和步骤；3. 学会使用数据采集设备进行数据采集；4. 分析和解读采集到的数据。
二、实验原理数据采集系统是指将各种物理量、化学量、生物量等转换成数字信号，并存储、处理和分析的系统。
它由数据采集器、信号调理电路、数据传输线路和数据处理软件等组成。
三、实验器材1. 数据采集器：采用USB接口的数据采集器，可连接计算机；2. 信号调理电路：包括放大器、滤波器等；3. 计算机及数据处理软件；4. 模拟信号源：提供不同的模拟信号；5. 连接线及电源。
四、实验步骤1. 数据采集器与计算机连接，打开数据处理软件；2. 设计信号调理电路，对模拟信号进行放大、滤波等处理；3. 将信号调理电路与数据采集器连接，并连接模拟信号源；4. 设置数据采集器参数，如采样频率、分辨率等；5. 采集模拟信号，并将数据保存到计算机；6. 对采集到的数据进行处理和分析。
五、实验内容1. 采集不同频率的正弦信号，分析频率与幅值的关系；2. 采集不同带宽的滤波信号，分析带宽与滤波效果的关系；3. 采集不同放大倍数的信号，分析放大倍数与信号幅值的关系；4. 采集不同温度下的热电偶信号，分析温度与电势的关系。
六、实验结果与分析1. 频率与幅值的关系：在信号源频率不变的情况下，采集到的正弦信号的幅值随放大倍数的增大而增大，符合正比关系；2. 带宽与滤波效果的关系：在信号源带宽不变的情况下，滤波器的带宽越大，信号中的噪声成分越少，滤波效果越好；3. 放大倍数与信号幅值的关系：在信号源幅值不变的情况下，采集到的信号幅值随放大倍数的增大而增大，符合正比关系；4. 温度与电势的关系：在热电偶温度不变的情况下，采集到的电势随温度的升高而增大，符合线性关系。
七、实验结论1. 数据采集系统是进行科学实验和工程应用的重要工具，具有广泛的应用前景；2. 在数据采集过程中，信号调理电路的设计对采集结果具有重要影响；3. 通过数据处理软件对采集到的数据进行处理和分析，可以得到有价值的实验结果。
高速数据处理芯片设计与优化
高速数据处理芯片设计与优化近年来，随着物联网、人工智能等技术的快速发展，对高速数据处理的需求不断增加。
而高速数据处理芯片正是应运而生的关键技术之一。
本文将从芯片设计和优化两个方面入手，介绍高速数据处理芯片的设计原理、优化方法及相关应用。
一、芯片设计原理高速数据处理芯片的设计原理可以分为以下几个关键步骤：1. 数据输入与采样：高速数据处理芯片首先需要接收输入信号，并进行采样，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
2. 数据预处理与滤波：在采样完成后，芯片需要对采集到的数据进行预处理和滤波。
常见的预处理方法包括增益控制、信号放大和降噪等，而滤波则可以采用滑动平均、低通滤波等技术。
3. 数据压缩与编码：为了减小数据传输和存储的成本，高速数据处理芯片通常会采用数据压缩和编码的方法。
其中，数据压缩可以通过去除冗余信息、数据差分等方式来实现，编码则可以利用霍夫曼编码、熵编码等技术。
4. 数据计算与处理：在数据经过预处理、滤波、压缩和编码后，芯片需要进行相应的数据计算和处理。
这包括常见的加减乘除、逻辑运算以及快速傅里叶变换等数学运算。
5. 数据输出与反馈：数据处理完成后，芯片需要将结果输出，并根据需要进行反馈，以实现闭环控制。
输出可以是数字信号、模拟信号或者控制指令等形式。
二、芯片设计优化方法为了提高高速数据处理芯片的性能和效率，设计优化是必不可少的环节。
下面介绍几种常见的优化方法：1. 算法优化：针对不同的数据处理算法，可以对其进行优化，以减小计算复杂度和提高执行效率。
例如，利用并行计算、流水线架构等技术可以加快数据处理速度。
2. 电路布局与实现：芯片的电路布局和物理实现也对其性能产生重要影响。
在设计过程中，可以采用合理的电路分区、布线规划和时序优化等策略，以减小信号传输延迟和功耗消耗。
3. 芯片封装与散热设计：高速数据处理芯片在工作过程中会产生大量的热量，因此合理的芯片封装与散热设计是非常重要的。
通过增大散热面积、优化散热结构等措施，可以提高芯片的热管理效果，保证芯片的稳定性和可靠性。
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模拟信号转换成数字信号之后，才能利用微处理系统对其处理。因此A/D转换器是整个数据采集系统的核心，也是影响数据采集系统采样速率和精度的主要因素之一。对于高速模数转换器主要有逐次逼近型、并行比较型(闪烁型)等分级型(半闪烁型)等几种电路结构。高速的模数转换器内部一般都集成了采样保持器和多路数据分配器，以保证采样的精度和降低后续存储器的要求。
图1.4.1.1 分时存储原理图
1.4.2数据降速存储
所谓数据降速存储技术，就是对在数据存储之前将高速数据的速度降低到低速存储器可以及时存储的程度。该方法避免了多个存储器的使用，只需利用一个大容量的存储器就可以实现数据的存储，实现起来相对分时存储简单。设计中可以利用串并转换电路对数据进行降速处理以满足后续的存储器速度较低的要求。串并转换电路的基本原理为数据的串并转换，将数据依次存入串行移位寄存器中，然后并行输出，降低了传输数据的速度，以满足存储器工作速度的要求。这里以一个4位的移位寄存器对其进行说明，如图1.4.2.1。
（2）信号调理通道
信号调理通道主要完成了模拟信号的放大和滤波等功能。理想的传感器能够将被测量转换成高输出电平的电量，但是实际情况下，数据采集时，来自传感器的模拟信号一般都是比较弱的低电平信号，因此需要对信号进行放大。而A/D转换器的分辨率以满量程电压为依据，因此为了充分利用A/D转换器的分辨率，需要把模拟输入信号放大到与其满量程电压相应的电平。而传感器和电路中器件不可避免的会产生噪声，周围各种各样的发射源也会使信号混合上噪声，因此需要利用滤波器衰减噪声以提高输入信号的信噪比。
顺序取样是指在被测信号的周期内取样一次，取样信号每次延迟△t时间，如此下去，就是说第N次采样发生在第一次采样后的（△t一l）N后，取样后的离散数字信号构成的包络反映原信号的波形，但包络的周期比原信号的周期长的多，相当于把被测信号在时间轴拉长了。顺序采样不能采样非周期信号。
随机取样不是在信号的一个周期内完成全部取样过程，而是取样点分别取自若干个信号波形的不同位置，经过多个采集周期的样品积累，最终恢复出被测波形。但是随机取样也存在着弊端，不能观测非周期信号。
2 高速数据采集系统的方案
2.1单片机控制的高速数据采集系统
本系统主要由三部分组成：单片机8751控制部分、计算器和存储器部分、A/D转换模块。其硬件框图如图2.1.1所示。
图2.1.1系统硬件框图
单片机控制部分包括地址和数据选择器,本系统采用内置4KB EPROM的8751单片机。其作用有:
(1)负责 A/D转换过程的启动及完成控制;
图1.2.2 采样保持过程
模拟输入信号X(t)经取样一保持后的波形 。图1.2.2中清楚的表明了取样保持的物理意义。て是取样过程的持续时间，称为孔径时间。在孔径时间内，以 =X(t)，在保持时间内 保持不变，这段时间就用来作量化和编码。
3．量化与编码
量化就是把一个连续函数的无限个数值的集合映射为一个离散函数的有限个数值的集合。模拟信号X(t)经理想抽样后变成离散时间序列X(nTs)，而X(nTs)的值是原模拟信号在各采样点的精确值，其取值是连续分布的，但是A／D变换中表示X(nTs)用的是有限字长的二进制数，所谓量化就是指用一些不连续的数来逼近精确采样值的过程。因此量化过程中必然存在误差，这种误差称为量化误差。
高速数据采集系统原理分析和设计
1高速数据采集的相关基础知识
数据采集是指将模拟量（模拟信号）采集，转换成数字量（数字信号）后，再由计算机进行存储、处理、显示或输出过程。数据采集系统——DAs(Data Acquisition System)是模拟量与数字量之间的转换接口。它在自动测试、生产控制、通信、信号处理等领域占有极其重要的地位。而高速数据采集系统更是航天、雷达、制导、测控、动态检测等高技术领域的关键技术。高速数据采集系统中的采样频率一般在几十MHz到几百MHz。
1.3数据采样技术
按照奈奎斯特采样定理，任意一个最高频率为fm的模拟信号，只有满足条件采样周期T<1/2fm，才能够用间隔时间为T的一系列离散取样值来代替它，而不会丢失该信号的任何信息，理论上可以精确地重建原信号。需要指出的是，如果用2倍奈奎斯特频率采样2fm，则必须使用截止频率为fm的理想低通滤波器才能恢复原来的模拟信号，如果采样频率大于2倍奈氏频率，那么就可以放宽对低通滤波器截至频率的要求。
1.4高速数据存储
1.4.1 分时存储
分时存储技术利用一个高速锁存器将采集的高速数据锁存，而后利用多个相对慢速的存储器对数据进行存储以保证数据存储的可靠性。由于多个静态存储器分时参与了数据存储的过程，使得多个慢速静态存储器分时存储操作过程进行了叠加，其效果等效于一个高速静态存储器的操作。其原理图如下图1.4.1.1所示。
在数学上，量化过程可以表示为
，k=1,2,……L
其中，x为待量化输入数值， 称为量化值(或量化电平)， 称为分层电平(或判决阀值)，L称为量化级数(或分层数)， 称为量化间隔(或量化台阶)。
对于均匀量化，量化间隔为常量，即 =q(k=1，2，．．．L)。则有
其中， 为满量程电压(Full Scale Range)，n为量化后数字信号的二进制位数。编码就是用一定位数的二进制码(称为一个码字)来表示某一量化值 。如果码字长度为n，则量化级数为：L=
图1.4.2.1串井转换电路
串并转换电路由一个串行的移位寄存器和两个并行的移位寄存器构成，其高速时钟由可以通过锁相环PLL提供，PLL产生的高速时钟在通过分频电路得到4分频的低速时钟。串行移位寄存器在PLL产生的时钟的控制下，依次将接收到的数据依次存放在串行移位寄存器中，然后在计数电路产生的控制信号的作用下，将数据存入并行寄存器，而后在低速时钟的控制下将数据送入下一个并行寄存器，最后送入后面的逻辑电路。这样就实现了高速数据的正确存储，设计中根据数据的频率选择合适移位寄存器，以满足设计的要求。
1.3.1并行采样技术
系统的采样率为高速数据采集系统中最关心的指标，其实现依赖于核心芯片A/D的工作频率，对于高采样率数据采集系统的实现，利用单片高速A/D转换芯片是最为常见的方式，其实现也较为简单，但是由于高速A/D的价格昂贵，而且由于高采样率的A/D的分辨率往往不高，因此对于高采样率和高分辨率数据采集系统的实现，基于并行采样利用多片低采样率A/D实现高采样率是可以降低高速数据采集系统的成本，对高速数据采集系统的实现有着重要的意义。
利用多片低采样率的A/D转换器并行工作实现高采样率有两种方式。一种是采用延迟线的方式，另一种是采用时间并行交替采样的方式。所谓延迟线的方式，是指将输入信号直接送入系统的一个通道，同时，输入信号经延迟线后依次送入另外的N一1通道，信号进入每个通道的延迟时间为A/D转换器采样周期的T的1/N，各通道A/D的采样时钟相同，将得到的数据进行重组，这样就提高了系统的采样率。但是对输入信号做精确延时比较困难，特别在通道非常多的情况下，因此，目前主要采用并行时间交替采样的方式。
数字化采样方式主要有实时采样和等效采样两种，而等效采样又分为顺序采样和随机采样两种。
实时取样的原则是从数字化一开始，就按照一个固定的次序来采集的，一直将整个波形采样完毕后存入波形存储器中。实时采样的优点在于信号波形一到就采样，因此适合任何形式的信号波形，周期的或者非周期的，单次的或者是连续信号。又由于所有的采样点是以信号出现的时间为顺序的，因此利于波形的显示处理。
并行时间交替采样，是指将输入信号同时送到多个通道，A/D转换器按照各自的采样时钟工作，整个系统的采样率为多片A/D采样率的总和。N片A/D并行时间交替采样构成的数据采集系统，输入信号同时到达每片A/D的输入端。每片A/D的采样率为fs，采样周期为T=1/sf，每片A/D采样时间间隔为采样时钟周期T的1/N。整个系统的采样率为N片A/D的采样率的总和，等于Nfs，实现了多片低速A/D并行工作实现高采样率。
(2)对自动存储于存储器内的采集数据进行处理,也可通过串行口或并行接口传给主机(如PC机)作进一步处理。
地址选择器和数据选择器的功能是在单片机P1.0口线的控制下决定数据存储器的地址线和数据线连向何处。当P1.0= 1时,存储器的地址信号来自计数器输出, 数据信号来自A/D 转换器;当 P1.0= 0时,存储器则成为8751的外部数据存储器, 此时单片机可读取其中的数据。
微处理器负责数据采集系统的管理和控制工作，对采集到的数据进行运算和处理，然后送到外部设备。
1.2模数转换的过程
模拟量转换为数字量，通常分成三个步骤进行。这就是采样保持、量化与编码。连续的模拟信号x(t)按一定时间间隔 采样-保持后得到台阶信号 ，在经过量化变为量化信号 ，最后编码转换为数字信号X(n)。在现代ADC器件中，这三个步骤一般合起来在一个器件中完成。转换过程可以用图1.2.1表示：
（3）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。
图1.3.1.1 多通道并行时间交替采样系统结构图
1.3.2时钟频率合成技术
对于高速数据采集系统，采样时钟的相位抖动以及分辨率是非常重要的指标。采样时钟的相位抖动将会造成采样的非均匀，而时钟分辨率过低将无法满足系统的要求。因此，如何得到高质量的采样时钟是高速数据采集系统非常关心的问题。
目前高性能的频率信号均通过频率合成技术来实现。频率合成的实现方法主要三种方式:直接模拟频率合成法、间接频率合成和直接数字频率合成。直接模拟频率合成法是一种早期的频率合成方式，是指利用混频器、倍频器和分频器等对一个或几个频率进行算术运算产生所需频率。直接模拟频率合成法的优点是频率转换速度快，相位噪声低，缺点是需要很多中心频率不同的窄带滤波器来滤除杂波，结构复杂，杂散多。间接频率合成技术又称锁相式频率合成，它是利用锁相技术实现频率的加、减、乘、除。其优点是由于锁相环路相当于一窄带跟踪滤波器。因此能很好地选择所需频率的信号，抑制杂散分量，避免了大量使用滤波器，十分有利于集成化和小型化。直接数字合成技术具有相位变换连续、频率转换速度快、频率分辨率高、相位噪声低、频率稳定度高、集成度高、易于控制等多种优点，但是DDS（直接数字式频率合成器）自身特点所造成的杂散以及频率较低成为限制DDS应用的主要因素。