数据数据采集与处理技术ch11-抗干扰
数据采集技术复习题(A4版)
数据采集复习题一、判断题对于下述每一描述，你认为正确的在括号中画‘√’，认为错误的在括号中画（1）消除混频滤波器不适于频域衰减较慢的信号。
（）（2）CMOS型场效应管模拟开关导通电阻波动小。
（）（3）多路开关的漏电流影响采样速度。
（）（4）微机与双刀多路开关可方便地组成程控放大器。
（）（5）测量放大器的非线性度对系统精度的影响和增益关系很大。
（）（6）温漂是可以用补偿电路消除的。
（）（7）程控隔离放大器中，若CPU由单独电源供电，则CPU只与放大器输入端进行光电隔离即可。
（）（8）增大采样/保持器的C H有助于提高其性能。
（）（9）含采样/保持器的数据采集系统，用A/D的转换状态信号作为采样/保持器的开关信号，可使系统协调工作。
（）（10）集成电路多路开关主要由计数器、译码器、场效应开关管组成的。
（）（11）采样/保持器的跟随性能越好，系统的采样精度越高。
（）（12）A/D启动信号的脉宽小于孔径时间时影响系统的采样精度。
（）（13）A/D启动信号的脉宽大于孔径时间时影响系统的采样精度。
（）（14）输入通道扩展的数量受限于多路开关的导通电阻、漏电流以及开关速度等因素。
（）（15）测量电桥在测量中会产生差模干扰。
（16）测量电桥在测量中会产共模干扰。
（17）采样/保持器的保持性能越好，系统的采样精度越高。
（）（18）采样/保持器的保持性能越好，系统的采样速率越高。
（）（19）采样/保持器的保持性能越好，系统的采样速率越低。
（）（20）抗50Hz的工频干扰的方法之一是在数字地与模拟地之间加去耦电容。
（21）测量放大器的输入端对直流共模信号不具有放大功能。
（）（22）测量放大器对于差模信号很敏感。
（）（23）测量放大器的输入端的结构对称性主要是抑制交流共模干扰的。
（）（24）串联型采样/保持器输出失调电压比并联型采样/保持器输出失调电压要大。
（）（25）采样/保持器可大幅度提高采样输入信号的频率。
（）（26）具有模拟和数字信号混合的芯片使用时，模拟地和数字地要分别接到系统的模拟地和数字地参考点上。
数据采集技术课后答案及程序
// P6SEL |= 0x02; // 设置P6.1为12位ADC模拟输入A1
ADC12CTL0 = ADC12ON + SHT0_15 + MSC; // 打开ADC模块，设置ADC12MEM0-ADC12MEM7对应8个
AD通道的采样保持时间（1024个ADC12CLK周期）
// 关闭（不使用）内部基准电压发生器(REFON位=0)
ADC12CTL1 = SHP + CONSEQ_2; // 使用采样定时器，设置成单通道多次转换模式，使用
ADC12MEM0寄存器（CSTARADD=0）
ADC12IE = 0x01; // 使能ADC中断（ADC12MCTL0所设定的转换通道允许中断）
// ADC12MCTL0 = SREF_0 + INCH_0;
unsigned char DigTab[8] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10,
0x20, 0x40, 0x80};
// 位数据，从高位到低位
// 初始化ADC12函数
void Init_ADC(void)
{
P6SEL |= 0x01; // 设置P6.0为12位ADC模拟输入A0
// 参考电压:V+=AVcc,V-=AVss,ADC通道:A0
// ADC12MCTL0 = SREF_0 + INCH_1;
// 参考电压:V+=AVcc,V-=AVss,ADC通道:A1
ADC12CTL0 |= ENC;
// 允许ADC12转换
ADC12CTL0 |= ADC12SC;
// 开始转换
Digit_High; P4OUT = ~DigTab[i]; Digit_Low;
嵌入式系统中的数据采集与信号处理研究
嵌入式系统中的数据采集与信号处理研究随着科技的发展，嵌入式系统的应用越来越广泛。
嵌入式系统是指嵌入到其他设备或系统中的微型计算机系统。
它可以通过编程控制其他设备或系统的运行，实现各种功能，例如数据采集、信号处理、位置跟踪等。
其中，数据采集与信号处理是嵌入式系统的重要组成部分，下面就对它们进行研究。
一、数据采集数据采集是从物理或学科现象中获取信息并转化为数字信号，使计算机系统能够理解，并通过数字信号对物理或学科现象进行分析。
数据采集系统一般包括传感器、模数转换器、微控制器和存储器等组件。
其中，传感器和模数转换器是数据采集的最核心部分，它们的选择和设计对采集的数据的质量和准确性至关重要。
当数据采集设备中信号过载时，通常会采用选择性滤波器来处理。
滤波器能够帮助过滤掉不需要的信号，并保留有效数据，从而提高采集的数据的质量。
选择性滤波器的设计通常涉及到滤波器类型、截止频率、通带宽度等参数，需要根据具体的应用场景进行选择和调整。
另外，在数据采集中，还需要考虑到数据传输的安全性和可靠性。
数据安全是指对采集到的数据进行保护，避免未授权访问和攻击等。
可靠性则是指保证数据传输的准确性和完整性。
为了保证数据的安全性和可靠性，可以采用加密和校验等技术，例如SSL协议和CRC校验等。
二、信号处理信号处理是对采集到的数据进行分析和处理，以提取有效的信息。
具体而言，信号处理包括数据的滤波、处理和识别等方面，这些操作可以实现在嵌入式系统中。
简单来说，信号处理的目标是在噪声和无用信息的干扰下，对有用信息进行提取和识别。
在信号处理中，滤波是最基本的操作。
滤波是通过特定的算法将有用信息从噪声和干扰中分离出来，从而提高信号的质量。
常用的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等，根据不同的需求选择合适的滤波器能够提高信号的质量。
另外，信号处理还可以包括数字信号处理、神经网络、小波分析等方面。
数字信号处理是指将采集到的数据进行数字化处理，去除干扰和噪声，以获取更精确的结果。
采用PoE供电的高速以太网分布式数据采集系统
采用PoE供电的高速以太网分布式数据采集系统王伟【摘要】设计了一种基于以太网的分布式数据采集控制系统.该系统的数据采集核心采用RCM5700微处理器模块,该模块适用于快速以太网应用开发;传输部分充分利用了以太网带宽大、结构简单、可扩展性强、成本低廉的特点,配合上位机监控软件,可以方便有效地监管整个系统.系统供电采用PoE技术,在传输数据的网线上同时提供电流,避免了以往数据采集节点单独的电源设计,简化了电源供应.实验证明整套系统实时性好、适应性广、结构简单、可靠性高,充分满足了分布式系统数据采集的要求.【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》【年(卷),期】2018(018)009【总页数】4页(P18-20,23)【关键词】以太网;分布式数据采集;PoE【作者】王伟【作者单位】海军装备部驻重庆地区军事代表局,重庆 630042【正文语种】中文【中图分类】TP274引言分布式数据采集已经成为了目前大规模数据采集的优先选择方式。
长期以来，数据采集常规使用的集中式采集方式在信号种类繁多和数量庞大的大型分布式系统中的应用，极易导致系统连接复杂、难以后期维修保养、数据中心设置臃肿。
本文采用以太网为传输网络的分布式数据采集系统[1]来完成远距离、大规模数据的采集、处理任务。
本设计采用RCM5700微处理器模块构成数据采集核心以满足任务需求。
同时针对传统数据采集节点单独设置的复杂供电系统，该数据采集方案采用了基于IEEE802.3af[2]标准提出的PoE供电设计，简化了供电系统管理，使得系统配置更加简单、运行更加高效、维护更加便利。
经过以太网数据传输与供电管理，系统具备了可靠性高、成本低、结构简单等优点。
1 系统的分析设计数据采集系统主要完成各个节点的信号收集，并将其转换为数据中心可以识别处理的信息；数据中心接收到采集的数据以后，按照中心控制逻辑关系，对其进行处理并输出终端控制信息，从而完成数据的采集、处理以及输出任务。
Matlab下实现的实时数据采集和处理_李成功
Matlab下实现的实时数据采集和处理 Real Time Data G atherin g&Processing Realized U nder Th e Environmen t of Matlab 李成功 赵 昱 北京航空航天大学【摘要】实时数据采集与处理是风机状态监测与故障诊断系统的一个关键问题,介绍了在MATLAB 环境下利用Real_Time Wo rkshop实现实时数据采集与处理的一种方法。
关键词:风机 故障诊断 监测A bstract:Real time data gathering&processing is the key problem of fan conditio n monitoring& trouble diagnosis sy stem.The method of real time data gathering&processing realized by real time w orkshop under the environment of MATLAB is introduced.Key words:Fan Trouble diagnosis Monitor一、引言设备状态的实时监测对于风机的故障诊断以及保证机组的安全可靠运行具有重要的意义。
只有进行实时采集、记录机组运行状态的各种数据,才能及时发现异常情况,快速、准确地诊断出故障产生的原因,提出对策。
这些都是通过对采集到的数据进行加工处理来实现的。
而如何实现对数据的实时采集是其中一个关键问题。
过去实时数据采集系统一般是在DOS操作系统下应用汇编语言开发或者用C语言开发,目前多采用C语言开发。
因为其效率较高、可读性较强、实时性较好。
但是其在数值分析和算法工具方面的效率却远远低于Matlab语言。
在准确方便地绘制数据图形方面,M atlab语言更具有无可比拟的优势。
此外,M atlab还可提供功能强大的工具箱。
通信抗干扰技术工程与实践课程设计报告
直接序列扩频通信系统抗干扰性能仿真一．直接扩频发射机系统信源速率为10kbps，因为扩频因子（扩频后chip速率和扩频前信号速率的比值）为64，所以扩频码片速率为640kchip/s，采用m序列作为扩频序列，以BPSK为调制方式。
试建立扩频系统仿真模型并仿真观察其数据波形、扩频输出波形以及扩频调制输出的频谱。
仿真模型如图1-1所示。
Bernoulli Binary Generator用于产生数据流，其采样时间设置为0.0001s，这样输出的数据速率为10kbps。
PN Sequence Generator用于产生伪随机扩频序列，其采样时间设置为1/640000s，这样输出的码片速率为640kchip/s。
为了使扩频模块（乘法器）上的数据采样速率相同，需要对数据流进行升速率处理。
Unipolar yo Bipolar Converter用于完成数据和扩频序列的双极性变换。
乘法器输出就是扩频输出，其码速率等于采样速率，即每个采样点代表一个码片。
扩频输出信号以BPSK方式进行调制。
模型中采用了调制的等效低通模型来实现，调制输出信号是复信号，采样率为10000次/s。
调制也可采用通带模型来实现。
为了使频谱观察范围达到640kHz，需要被观察信号的采样率达到4000000次/s，为此，以升速率模块配合采样保持模块将调制输出信号采样率提高到4000000次/s。
图1-1 直接扩频发射机仿真系统模型仿真执行后，两个频谱仪将分别显示扩频前后的信号频谱，采用BPSK调制的等效低通模型时，调制前后的功率频谱相同，如图1-2和1-3所示。
可见，数据信号的带宽约10kHz，其功率峰值约为26dB处，而扩频输出信号带宽展宽了64倍，为640kHz，而功率峰值下降到约11dB处。
仿真输出的时域波形结果如图5-4所示，图中显示了数据流、PN序列以及扩频输出信号的波形，当数据为+1时，扩频输出就是对应的PN序列，当数据为-1时，扩频输出是PN序列的反相结果。
中科大数据采集与处理技术课件——模拟多路开关资料.精讲
T8
缺点：为分立元件，需专门 的电平转换电路驱动，
VDD R28
UC8 通道选择8
R18
T8
使用不方便。
结型场效应管多路开关
数据采集与处理技术
模拟多路开关
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
1. 多路开关工作原理
场效应管开关
② 绝缘栅场效应管开关
其工作原理与结型场效 应管多路开关类似。
优点：开关切换速度快，导通电 阻小，且随信号电压变化 波动小；易于和驱动电路 集成。
缺点：衬底要有保护电压，P沟 道加正电压，N沟道加负 电压。
数据采集与处理技术
Ui1
T1
Uo
-20V
R21
UC1 R11
. . Ui8 .
T1
+4V T8
-20V
UC8 R18
R28
T8 +4V
绝缘栅场效应管多路开关
模拟多路开关
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
1. 多路开关工作原理 Ui1 T1
数据采集与处理技术
模拟多路开关
3.3 多路开关集成芯片 1. 无译码器的多路开关
TL182C，AD7510，AD7511，AD7512，CD4066， TS12A44513，TS3A4741，TS3A24159，… …
RON < 0.3Ω
TS12A44513芯片
数据采集与处理技术
CD4066芯片
模拟多路开关
数据采集与处理技术
模拟多路开关
3.3 多路开关集成芯片 2. 有译码器的多路开关
CD4501
C
B
A
INH
导通
0
0
“数据采集与处理”(030303)课程教学大纲
“数据采集与处理”（030303）课程教学大纲32学时 2学分一、课程的性质、目的及任务数据采集（Data acquisition）是信息科学的一个重要分支，是以传感器、信号的测量与处理、微型计算机等先进技术为基础而形成的一门综合应用技术，其实用型很强。
作为获取信息的工具，数据采集在国民经济的各个领域，如核电、石化、冶金、航空航天、机械制造等方面有着非常重要的地位。
人们可以通过对信号的测量（数据获取）、处理、控制及管理，实现对生产过程的测、控、管自动化与一体化。
因此，本课程是自动控制、测试、仪器仪表、机械设计与自动化等专业的学生必须学习的一门专业课程。
数据采集不仅涉及到采样基本理论的应用，还涉及各种芯片的使用、数据采集系统的组成、系统的抗干扰、程序的编制调试等工程应用问题。
因此，本课程教学必须坚持理论联系实际的原则，在讲授采样基本原理的基础上，着重讲授数据采集在工程上应用的知识，以进一步培养和提高学生运用本课程讲授的知识解决实际问题的能力；要使用启发式教学，以精讲为主，辅以适当的课程实习，加强学生学习的主动性、自觉性。
二、本课程的基本要求1．连续信号的采样问题、采样定理的定义、采样定理的实际应用、频率混淆原因及解决措施。
2．了解模/数和数/模的转换过程、典型模/数和数/模转换器的工作原理；量化过程、误差、编码。
3．了解数据采集系统的组成、系统的抗干扰措施。
4．了解典型A/D、D/A和双8225接口板的使用。
5．了解模拟量采集程序和数字量采集程序的编程方法。
三．主要内容第1章绪论数据采集的意义和任务、数据采集系统的基本功能、数据采集系统的结构形式、数据处理的类型和任务。
第2章模拟信号的数字化处理采样过程、采样定理、频率混淆及其消除的措施、模拟信号的采样控制方式、量化与量化误差、编码。
第3章模拟多路开关多路开关的工作原理及主要技术指标、多路开关集成芯片、多路开关的电路特性、多路开关的配置。
第4章测量放大器测量放大器的电路原理、主要技术指标、测量放大器集成芯片、测量放大器的使用。
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第14章 数据采集系统的抗干扰技术
14.1 数据采集系统中常见的干扰 14.2 供电系统的抗干扰 14.3 模拟信号输入通道的抗干扰 14.4 接地问题 14.5 数据采集软件的抗干扰
2
第14章 数据采集系统的抗干扰技术
14.1 数据采集系统中 常见的干扰
3
14.1 数据采集系统中常见的干扰
干扰指有用信号以外的噪声，在信号输入、 传 输和输出过程中出现的一些有害的电气变化现象。
从干扰 源分
— 系统内电路的干扰，如信
内部干扰 号间的串扰、长线传输阻抗
失配时反射噪声、负载突变 噪声及馈电系统的浪涌噪声
外部干扰
— 外界窜入系统的干 扰，如闪电、雷击，电 器设备发出的电磁干扰 等）
磁场干扰 — 交变电磁场感应 干扰
电磁干扰 — 大功率高中频电 磁辐射干扰
电导通路 — 各回路之间的公 耦合干扰 共阻抗干扰
漏电耦 — 电路绝缘不良出现 合干扰 漏电流产生的干扰
6
14.1 数据采集系统中常见的干扰
从干扰信 号关系分
差模干扰
— 干扰信号与被测信 号串联产生的干扰
USN=US+UN
共模干扰 — 信号地与仪器地 （大地）之间产生的干扰
17
14.2 供电系统的抗干扰
当系统中使用继电器、磁带机等电感设 备时，向采集系统电路供电的线路应与向继 电器等供电的线路分开，以避免在供电线路 之间出现相互干扰。
220V～
稳 交压 流器变 隔压 离器分 数器 布 衰参 减滤 低波 通器稳 直压 流器
至数据 采集电路
交流 隔离 低通 稳压器变压器滤波器
共线上，某一负载的变化引起的压降，都 会影响其它负载。 ➢若公共线不能避免，则必须把公共线加粗， 以降低阻抗。
22
14.3 模拟信号输入通道 的抗干扰
23
14.3 模拟信号输入通道的抗干扰 干扰来源：主要是因公共地线所引起。 1. 隔离干扰
什么是〞隔离干扰〞 ？
隔离干扰-- 从电路上把干扰源与敏感电路部分 隔离，使它们之间不存在电的联 系，或者削弱它们之间电的联系。
~
UCM
图14-7 环路电流的干扰
12
14.2 供电系统的抗干扰
消除共模干扰的方法：
～
电网
隔离变压器
数据采集 系统电源
13
14.2 供电系统的抗干扰 采用电源低通滤波器 背景情况：电网的干扰大部分是高次谐波。
解决方法：采用低通滤波器来滤除大于50Hz 的高次谐波，以改善电源的波形。
14
14.2 供电系统的抗干扰
7
14.1 数据采集系统中常见的干扰
US f
UN ~
A
U SN
数据采集
电路
E
(a)
= U SN U S + U N
US
UN
(b)
串模干扰
A
S-
B
信号地
E
信号电压
数据 采集 电路
~N
仪器地
F
共模干扰后的采样信号电压
US UN
共模干扰
8
干扰对数据采集系统的影响
微机数据 采集系统
干扰入侵系统的途径
14.2 供电系统的抗干扰
4
14.1 数据采集系统中常见的干扰
从干扰 规律分
固定干扰 — 固定电设备运行时
产生的干扰，如电机启 动
半固定干扰 — 偶然使用的电气
设备产生的干扰，如 电钻
随机干扰
— 难以预测，闪电、 继电保护动作产生的
Hale Waihona Puke 干扰514.1 数据采集系统中常见的干扰
静电干扰 — 电场通过电容耦 合的干扰
从传播 方式分
L1
L1
AC输入 C2
L1
C1 C1
C1 C1
C2
L1
AC输出
电源低通滤波器 L1=100 H C1=0.1～0.5F C2=0.05～0.1F
由电容和电感组成的滤波网络，能滤除电网噪声。
当噪声电平较高时，由于电感发生磁饱合现 象，使电感元件几乎完全失去作用，从而导致抗 干扰失效。
15
14.2 供电系统的抗干扰 采用交流稳压器 作用：用来保证交流供电的稳定性，防止
交流电源的过压或欠压。
注意：在具体使用时，应保证 有一定的功率储备。
16
14.2 供电系统的抗干扰 系统分别供电 目的：阻止从供电系统窜入的干扰。
220V 稳 ～ 交 压 变 流 隔 器 压 分 数 离 器 布 衰 器 滤 低 参 减 波 稳 通 直 器 压 流 器 采 至 集 数 电
图14-10 数据采集系统的一般供电线路
集电极
正极
光电三极管
发光二极管
发射极
负极
图14-12 二极管—三极管型的光电耦合器
26
14.3 模拟信号输入通道的抗干扰 光电耦合器的输入阻抗很低，一般在100Ω ～1000Ω之间，而干扰源的内阻一般很大， 通常为105Ω～106Ω。
根据分压原理可知，能馈送到光电耦 合器输入端的噪声自然很小。
27
至继电器、磁带机等
图14-11 系统分别供电的线路
18
14.2 供电系统的抗干扰 采用电源模块单独供电 在数据采集板卡上，采用DC－DC电源 电路模块，或三端稳压集成块如7805，7905， 7812，7912等组成的稳压电源单独供电，以 确保系统可靠地工作。
19
14.2 供电系统的抗干扰 供电系统馈线要合理布线 电源前面的一段布线
14.3 模拟信号输入通道的抗干扰 由于干扰噪声源的内阻一般很大，尽管它 能提供较大幅度的干扰电压，但能提供的 能量很小。
从电源引入口，经开关器件至低通滤波器之间的馈线
尽量用粗导线
20
14.2 供电系统的抗干扰 电源后面的一段布线 ➢采用扭绞线，扭绞的螺距要小。 ➢交流线、直流稳压电源线、逻辑信号线和 模拟信号线、继电器等感性负载驱动线、 非稳压的直流线均应分开布线。
21
14.2 供电系统的抗干扰
电路的公共线 ➢电路中应尽量避免出现公共线，因为在公
10
14.2 供电系统的抗干扰 背景情况
由于我国电网的频率与电压波动较大， 都会直接对数据采集系统产生干扰。
为了消除和抑制电网传递给数据采集系 统的干扰，可以采取如下一些措施。
11
14.2 供电系统的抗干扰
采用隔离变压器
采用隔离变压器的原因:
电网与数据采集系统分别有各自的地线。
～
电网
数据采集 系统电源
24
14.3 模拟信号输入通道的抗干扰
隔离技术 从原理分
光电隔离 — 用光电耦合器 件隔离
电磁隔离 — 用电磁耦合技 术隔离
25
14.3 模拟信号输入通道的抗干扰
光电隔离
光电耦合器能够隔离电路的原因如下：
光电耦合器的输入端与输出端之间是通过 光传递信息的，而且又是在密封条件下进 行，故不会受到外界光的影响。