计算机数据采集与处理作业
《4.1 采集数据》作业设计方案-中职信息技术高教版21基础模块下册
《采集数据》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生掌握数据采集的基本概念和操作方法，提高他们在实际情境中运用信息技术解决问题的能力。
二、作业内容1. 任务一：数据采集基础知识学习要求学生在规定时间内，通过观看教学视频、阅读教材等方式，掌握数据采集的基本概念、原理和方法。
2. 任务二：数据采集实践操作学生需在模拟环境中，根据预设的数据采集需求，使用指定的数据采集设备进行实际操作，记录并整理采集到的数据。
3. 任务三：小组讨论与分享学生以小组为单位，针对数据采集过程中的问题和经验进行讨论和分享，提高团队协作和沟通能力。
三、作业要求1. 独立完成：学生需独立完成作业，不得抄袭。
2. 操作规范：在实践操作过程中，要按照规定的操作流程和要求进行，确保数据的准确性和完整性。
3. 时间限制：三个任务的时间总和为两小时，超时将影响最终成绩。
4. 提交作业：完成作业后，学生需提交作业电子版，包括教学视频、笔记、报告等。
四、作业评价1. 作业评分：教师根据学生提交的作业进行评分，评分将作为平时成绩的参考。
2. 作业反馈：对于学生在作业中遇到的问题，教师将在课堂上进行集中讲解和指导。
3. 作业交流：鼓励学生之间相互交流和学习，提高学习效果。
4. 定期评估：教师将对学生的学习情况进行定期评估，以便及时调整教学策略和方法。
五、作业反馈1. 学生反馈：学生可通过课后与教师交流或填写反馈问卷，对本次作业的设计提出意见和建议。
2. 教师反思：教师将认真分析学生的反馈意见，对作业设计方案进行反思和改进，以提高教学质量。
3. 持续改进：教师将不断关注学生的学习需求和反馈，持续改进和优化作业设计方案，以满足学生的学习需求。
通过本次作业的设计方案，希望能帮助学生更好地理解和掌握数据采集的相关知识，提高他们运用信息技术解决问题的能力。
同时，也希望学生能够积极参与讨论和交流，相互学习，共同提高。
在作业过程中，学生应认真观看教学视频，仔细阅读教材，确保对数据采集有全面、准确的理解。
计算机专业的数据采集与处理
计算机专业的数据采集与处理在当今数字化的时代，数据的重要性越来越被大家所认识和实践。
特别是对于计算机专业的学生来说，数据采集与处理是一个必不可少的能力。
本文将重点讨论计算机专业的数据采集与处理的相关知识和技术。
一、数据采集数据采集是指通过各种手段和设备收集到的数据。
在计算机专业中，数据采集可以分为两种类型：主动采集和被动采集。
1. 主动采集主动采集是指我们主动使用各种工具和技术主动地收集和获取数据。
主动采集的方法多种多样，比如通过网络爬虫技术从互联网上采集数据；通过传感器设备从现实世界中获取数据等。
主动采集需要我们具备一系列相关的技术和工具的知识，比如编程语言、网络通信和爬虫技术等。
2. 被动采集被动采集是指我们通过接收和获取他人主动提供给我们的数据。
在计算机专业中，被动采集的形式很多，比如用户注册时填写的个人信息、用户在社交媒体上发布的内容等。
被动采集需要我们具备对数据进行处理和分析的技能，以从中提取有用的信息和洞察。
二、数据处理数据处理是指对收集到的数据进行整理、清洗和分析的过程，以获取有用的信息。
在计算机专业中，数据处理的技术和方法有很多种。
1. 数据清洗与预处理数据清洗和预处理是数据处理的第一步。
这一过程主要用于处理原始数据中的噪声、错误和缺失值等问题，以提高数据质量。
数据清洗和预处理的方法包括去除重复值、处理缺失值、处理异常值等。
2. 数据可视化数据可视化是将处理后的数据以图表、图像等形式展示出来的过程。
通过数据可视化，我们可以更直观地观察和理解数据。
常用的数据可视化工具包括Matplotlib、D3.js等。
3. 数据挖掘与分析数据挖掘与分析是对处理后的数据进行挖掘和发现隐藏在数据中的规律或模式的过程。
常用的数据挖掘与分析技术包括聚类分析、关联规则挖掘、分类与预测等。
4. 机器学习与人工智能机器学习和人工智能是数据处理的新兴技术和方法。
通过机器学习算法，我们可以让计算机从数据中学习并自动化地完成一些任务，比如图像识别、语音识别等。
《4.1 采集数据》作业设计方案-中职信息技术高教版21基础模块下册
《采集数据》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生掌握数据采集的基本概念和方法，提高他们在实际操作中运用信息技术处理数据的能力。
二、作业内容1. 任务一：数据采集软件使用练习a. 学生在规定时间内，熟悉并掌握所使用的数据采集软件的基本操作流程；b. 完成一组模拟数据采集任务，包括设置采样频率、选择采集通道、保存数据文件等；c. 记录操作过程中的问题和难点，并在小组内讨论解决。
2. 任务二：实际数据采集a. 学生根据课程所学知识，选择一个合适的实际场景进行数据采集；b. 确定需要采集的数据类型和数量，并选择合适的采集设备；c. 按照数据采集软件的操作流程，完成实际数据采集任务；d. 记录实际操作过程中的问题和难点，并在小组内讨论解决。
3. 任务三：数据分析与展示a. 对采集到的数据进行初步分析，提取有价值的信息；b. 利用所学的信息技术手段，将分析结果以图表、报告等形式进行展示；c. 分享展示成果，接受小组内其他成员的评价和建议。
三、作业要求1. 独立完成：学生需独立完成各项任务，遇到问题可与同学讨论解决，但最终结果需个人负责；2. 时间限制：请在规定时间内完成作业，以便教师及时评价；3. 质量要求：数据分析与展示部分需注重质量，确保结果的准确性和有效性；4. 反馈与调整：学生需在提交作业的同时，提供作业过程中遇到的问题及解决方法，以便教师更好地了解学生的学习情况，对作业设计方案进行及时调整。
四、作业评价1. 评价标准：根据学生完成作业的质量、时间、问题解决能力等方面进行综合评价；2. 评价方式：采用教师评价与学生互评相结合的方式，确保评价的公正性和全面性；3. 评价结果：根据评价结果，对表现优秀的学生给予肯定和奖励，对需要改进的学生提供指导和支持。
五、作业反馈1. 学生反馈：学生需在提交作业的同时，提供作业过程中遇到的问题及解决方法，以便教师更好地了解学生的学习情况，为后续教学提供参考；2. 教师反思：教师需对作业设计方案进行反思和总结，及时调整和改进，以满足学生的实际需求，提高教学效果。
《4.1 采集数据》作业设计方案-中职信息技术高教版21基础模块下册
《采集数据》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本节课的作业旨在帮助学生掌握数据采集的基本概念和方法，培养他们在实际操作中采集数据的能力。
通过完成作业，学生将能够：1. 理解数据采集的含义和过程；2. 掌握数据采集工具的使用方法；3. 能够在实际操作中采集数据。
二、作业内容1. 任务一：数据采集实验实验内容：在校园内随机选取10名学生进行身高、体重、年龄等基本信息的采集，并记录在Excel表格中。
实验要求：（1）每位学生需独立完成实验；（2）确保数据的准确性和真实性；（3）实验完成后，将表格提交给教师。
2. 任务二：数据采集实践实践内容：通过问卷调查的方式，收集同学们对某一课程的学习感受，包括课程难度、教师授课方式、课程内容等。
实践要求：（1）小组合作完成实践任务，每组至少5人；（2）设计问卷并收集数据，确保数据的全面性和代表性；（3）分析数据，形成报告并提交给教师。
三、作业要求1. 按时完成作业，确保数据的准确性和真实性；2. 实验完成后，需对实验过程进行总结和反思；3. 实践任务需小组合作完成，培养团队协作能力；4. 提交作业时需附上数据分析和报告的电子版文档。
四、作业评价1. 评价标准：根据学生提交的实验表格、问卷调查报告及数据分析结果进行评价，重点关注数据的准确性和真实性；2. 评价方式：教师对学生作业进行批改，给出成绩和反馈意见；3. 评价结果：根据评价标准，对学生的作业进行评价，优秀作业将在课堂上展示并给予一定的奖励。
五、作业反馈1. 教师根据学生作业完成情况，及时给予反馈和指导，帮助学生发现不足之处并加以改进；2. 学生可根据教师反馈和指导，及时调整和完善自己的作业，提高数据采集的能力；3. 通过反馈和指导，促进师生之间的交流和互动，提高教学质量。
总之，通过本节课的作业设计，学生将能够掌握数据采集的基本概念和方法，提高实际操作能力，同时也能培养团队协作精神和分析问题、解决问题的能力。
《4.1采集数据》作业设计方案-中职信息技术高教版21基础模块下册
《采集数据》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本课作业的主要目标是使学生掌握数据采集的基本概念和方法，学会使用常用的数据采集工具，并能够独立进行简单的数据采集操作。
通过实践操作，加深学生对数据采集重要性的理解，为后续的数据分析和应用打下坚实基础。
二、作业内容作业内容主要分为以下几个部分：1. 理论学习：学生需认真阅读教材中关于数据采集的章节，了解数据采集的基本概念、方法和工具。
2. 工具熟悉：学生需熟悉并掌握至少一种常用的数据采集工具，如爬虫软件、问卷调查工具等，并了解其基本操作。
3. 实践操作：学生需自行选择一个具体的数据采集项目，如学校图书馆的借阅数据、校园内的人流量数据等，并使用所学工具进行实际操作，完成数据采集任务。
4. 记录与总结：学生在完成数据采集后，需详细记录操作过程，总结数据采集的难点与经验，并撰写一份简短的报告。
三、作业要求1. 理论学习要求：学生需认真阅读教材，理解并掌握数据采集的基本概念和方法。
2. 工具熟悉要求：学生需熟悉至少一种数据采集工具，并能独立完成基本的操作任务。
3. 实践操作要求：学生选择的数据采集项目需具有实际意义，操作过程需详细记录，数据采集结果需真实可靠。
4. 记录与总结要求：报告需条理清晰，重点突出，总结经验与难点，并提出改进意见。
四、作业评价作业评价将从以下几个方面进行：1. 理论学习评价：根据学生对数据采集理论的掌握程度进行评价。
2. 工具熟悉评价：根据学生对数据采集工具的熟悉程度和操作能力进行评价。
3. 实践操作评价：根据学生选择的项目实际意义、操作过程记录、数据采集结果的真实可靠性进行评价。
4. 报告评价：根据报告的条理性、重点突出程度、总结经验与难点的准确性以及改进意见的提出进行评价。
五、作业反馈作业完成后，教师将对学生的作业进行批改，并给出详细的反馈意见。
对于表现优秀的学生，将给予表扬和鼓励；对于存在问题的学生，将指出问题所在，并提供改进建议。
数据采集与处理技术
按照采样周期，对模拟、数字、开关信号
采样。
*
1.3 数据采集系统的基本功能
特点：
在规定的一段连续时间内，其幅值为 连续值。
优点：
便于传送。
缺点：
易受干扰。
信号 类型
①由传感器输出的电压信号
②由仪表输出的电流信号
0～20mA
4～20mA
*
1.3 数据采集系统的基本功能
信号 处理
①将采样信号
②将转换的数字信号作标度变换
3. 数字信号处理
数字信号—
指在有限离散瞬时上取值间断 的信号。
特点：
时间和幅值都不连续的信号。
→
数字信号
*
1.3 数据采集系统的基本功能
传送方式
将数字信号采入计算机后，进行 码制转换。如 BCD→ASCII， 便于在屏幕上显示。
1788年，英国机 械师 J.瓦特(Watt) 在改进蒸汽机的同 时，发明了离心式 调速器，如左图。
这是机械式蒸 汽机转速的闭环自 动调速系统。
当蒸汽机输出 轴转速发生变化 时，离心调速器自 动调节进汽阀门的 开度，从而控制蒸 汽机的转速。
数据 采集
1.4 数据采集系统的结构形式
结构形式 微型计算机数据采集系统 集散型数据采集系统
硬件
软件
系统组成
*
1.4 数据采集系统的结构形式
微型计算机数据采集系统
系统的结构如图1-1所示。
*
1.4 数据采集系统的结构形式
图1-1 微型计算机数据采集系统
第1章 绪 论
Part One
*
数据采集系统的基本功能
本节教学目标 理解模拟信号与处理 理解数字信号与处理 理解二次数据计算
数据采集与处理
量化方法：信号幅值小于量化单位 q 倍数的部 分，一律舍去。
数据采集与处理
32
UEST
2.7 量化与量化误差
C
量化信号xq(nTs )用表示：
当 0 xS (nTS ) q 时， xq (nTS ) 0
当 q xS (nTS ) 2q 时，xq (nTS ) q
当 2q xS (nTS ) 3q 时，xq (nTS ) 2q
由此可见： 量化器的位数n↑，量化单位q↓。
数据采集与处理
29
UEST
2.7 量化与量化误差
C
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，
一概忽略 处理方法
四舍五入
类似地，A／D转换器也有两种量化方法。
数据采集与处理
30
UEST
2.7 量化与量化误差
C
只舍不入 量化方法
2.3 采样定理
xS(nTS)= A sin(πn + φ) = A ( sin πn cos φ + cos πn sin φ)
= A cos πn sin φ
= A(-1) n sin φ
讨论： 当φ = 0， xs(nTs ) = 0，即采样值为零， 无法恢复原来的模拟信号x(t) 。
数据采集与处理
缺点：要求硬件多，编程复杂。
数据采集与处理
22
UEST
2.6 模拟信号的采样控制方式
C
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。
在DMA控制器控 制下，数据直接在外 部设备和存储器MEM 之间进行传送，而不 通过CPU和I／O，因 而可大大提高数据的 采集速率。
计算机控制系统-4-数据采集与处理技术 (2)
+Vs -Vs VIN OFFSET CH LF398 IN OUT IN +
V EE Vcc V DD REF OFF DB11 BIF OUT P0.7 REF IN AD574 VIN STS 12/8 DG AG DB 0 CE R/C A0 CS P 0.0 RD WR A0 P2.7 P2.6 A1 A2
3）、平均值滤波法一般适用于具有周期性干扰噪声的信号， 但对偶然出现的脉冲干扰信号，滤波效果尚不理想。
中位值滤波法
中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样m 次(m≥3)且是奇数，并按大小顺序排列；再取中间 值作为本次采样的有效数据。
特点: 中位值滤波法对脉冲干扰信号等偶然因素引发 的干扰有良好的滤波效果。如对温度、液位等变化 缓慢的被测参数采用此法会收到良好的滤波效果； 对流量、速度等快速变化的参数一般不宜采用中位 值滤波法。
4.2.3 模拟量数据采集的预处理方法
包括：有效性检查与数字滤波技术
1、有效性检查
检查被测量是否 在信号标准的上 下限值范围内。
2、 数字滤波技术
所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干 扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。 与模拟滤波器相比，有以下几个优点:
(1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定 性好。 (2)数字滤波可以对频率很低(如0.01HZ)的信号实现滤波，克服了模拟滤 波器的缺陷。 (3)数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数， 具有灵活、方便、功能强的特点。
采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。
对1、2、3次采样中位值滤波后值：24
对4、5、6次采样中位值滤波后值：27
对7、8、9次采样中位值滤波后值：25
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计算机数据采集与处理
年级08级机电1班
姓名刘子靖
学号080202081018
教师吴晓明
第一章
3.简述数据采集系统的基本结构形式，并比较其特点。
答：从硬件方面来说数据采集系统的结构形式主要有两种：一种是计算机数据采集系统，另一种是集散型数据采集系统。
计算机数据采集系统的特点是：
（1）系统机构简单，技术上容易实现，能够满足中小规模数据采集的要求；
（2）对环境的要求不是很高，能够在比较恶劣的环境下工作；
（3）价格低廉，降低了数据采集系统的成本；
（4）数据采集系统可作为集散型数据采集系统的一个基本组成部分；
（5）各种I/O模版及软件都比较齐全，很容易构成系统，便于使用和维修；
集散型数据采集系统的特点是：
（1）系统的适应能力强；
（2）系统的可靠性高；
（3）系统的实时响应性好；
（4）对系统硬件要求不高；
4. 数据采集系统的软件功能模块是如何划分的？各部分都完成哪些功能？
答：
（1）模拟信号采集与处理程序对模拟输入信号进行采集、标度变换、滤波处理及二次数据计算、并将数据存入磁盘。
（2）数字信号采集与处理程序是对数字输入信号进行采集及码制之间的转换。
（3）脉冲信号处理程序是对输入的脉冲信号进行点评高低判断和计数。
（4）开关信号处理程序包括一般的开关信号处理程序和中断型开关信号处理程序。
（5）运行参数设置程序对数据采集系统的运行参数进行设置。
（6）系统管理（主控）程序首先是用来将各个功能模块程序组织成一个程序系统，并管理和调用各个功能模块程序，其次是用来管理数据文件的存储和输出。
（7）通信程序用来完成上位机与各个数据采集站之间的数据传送工作。
第二章
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c f 分别为多少？
答：不产生混频现象的临界条件是1
2s c s f f T ==，当采样时间间隔Ts 分别为
4ms 、8ms 、16ms 时，采样频率分别为250Hz,125 Hz,62.5 Hz,则最小截止频率分别为125 Hz ，62.5 Hz ，31.25 Hz 。
6. 对采样信号进行量化的最小数量单位是多少？它与FSR 和A/D 转换器的位数n 之间有何关系？
答：最小数量单位成为量化单位，量化单位定义为量化满量程电压FSR 与2n 的比值，用q 表示，因此有2n F E R
q = 式中，n 为量化器的位数。
10. 用2的补码计算表达式“16-5”的值。
答：16-5=16+(-5)=(10000)B+(11011)B=(01011)B(不考虑进位)
第三章
3. 某数据采集系统具有8个模拟通道，各通道输入信号频率可达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：
（1）多路开关的切换速率应是多少？
（2） 可选用什么类型的多路开关？
答：（1）因为各通道输入信号频率可达5kHz ，故各通道采样周期为0.0002s ，要使8个模拟通道在一个周期内采集10各样点的数据，则多路开关的切换速率应是0.0002/10=0.00002s 。
（2）根据表3-5，可选用有译码器的多路开关。
第五章
6. 设在某数据采集系统中，采样/保持器的孔径时间10AP t ns =，A/D 转换器的位
数为12，求：（1）采样精度能达到1
2L SB 的最高信号频率m ax f 是多少？（2）若采样/保持器的孔径不定1AP t ns ∆=，则最高信号频率m ax f 是多少？
答：（1）max 11391
122 3.141010n AP f t π+-===⨯⨯⨯3887.5Hz
7. 一个数据采集系统的孔径时间2AP t ns ∆=，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？ 答：AP n t f π1max 21+=
91310214.321
1010-+⨯⨯⨯=⨯n
可求出n=13，达到的分辨率为13位。
第六章
1.A/D 转换时间25C O N V t s μ=，最高采样频率s f ≤（40）kHZ ，对应的输入信号最
高采样频率m ax f ≤（24.8）kHZ
2. A/D 转换理想特性最大量化误差为多少LSB ？ 答：2max LSR e =
第七章
3. 12位D/A 转换器中，R=1K,R0=2K,10REF U V =,问O M A X U =?
答：当D=1111 时，n REF
n O U U 2)12(max -=
V U O 997.9210)12(1212max =⨯-=
第八章
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”？
答：该语句是将转换结果的高4位和低8位数据进行合并，一形成完整的数据转换，然后进行标度变换。
“H*256+L ” 转换结果的高4位和低8位数据进行合并，由于高4位是通过数据总线03~D D 的位传送的，因此，在合成12位数据
时，必须高四位上移8位（十进制是255）所以在合并的过程中，应将H 乘以256.
5. 用PS-2304接口板采集脉冲线号，试编写QB语言采集程序，要求对脉冲信号累加计数和在屏幕上不停的现实脉冲计数值，并每隔1分钟现实改时间内的脉冲数。
解：从A口PC0位对脉冲信号不断采集计数，每隔60s显示秒冲信号的计数值，则相应的QB语言计数程序如下：
DECLARE SUB CAIZI()
DIM SHARED C%
CLS
S%=0 : B%=0 : C%=0
LOCATE 8, 30 :PRINT TIME $
TIME ON `允许程序响应计时事件
ON TIMER(60) GOSUB 10 `每隔60s转子程序
CALL CAIZI `调用脉冲信号采集过程程序
END
10 LOCATE 8,30 : PRINT TIME $ `当前的时间
LOCATE 12,30 : PRINT S% `显示脉冲信号计数值
LOCATE 14,30 : PRINT C%
RETURN
SUB CAIZI()
5 A1=INP(&H304) `从A口采集脉冲信号
A=A1 AND &H1 `判断位PC0是否为1
IFA=1 THEN `若位PC0为1
IFB%=1 THEN 6 `若脉冲不是由低跳到高，跳转
S%=S%+1 `脉冲计数
C%=S%
B%=1 `置脉冲跳变标志变量B不等于0
LOCATE 10,30 : PRINT SPACE $(10)
LOCATE 10,30 : PRINT S%
ENDIF
6 IF A=0 THEN B%=0 `若PC0不为1，置脉冲跳变标志量B等于0
GOTO 5 `跳转
END SUB
2. 简要说明单工、半双工和全双工线路传输方式的区别
答：常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工
单工方式：数据仅按一个固定方向传送。
因而这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。
半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。
全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送,但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。