数据采集与处理技术

计算机数据采集与处理技术

1-8 章课后习题答案

马明建第三版

第一章绪论

1.1数据采集系统的任务：答：数据采集的任务就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的计算和处理，得出所需数据。同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其总一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。（ P15）1.2数据采集系统主要实现哪些基本功能 ? .答：数据采集系统主要实现以下９个方面的基本功能：数据采集；模拟信号处理；数字信号处理；开关信号处理；二次数据计算；屏幕显示；数据存储；打印输出；人机联系。（P15）

1.3简述数据采集系统的基本结构形式，并比较其特点。答：数据采集系统的基本结构形式主要有两种：一种是微型计算机数据采集系统，另一种是集散型数据采集系统。

微型计算机数据采集系统的特点是：系统结构简单，技术容易实现，满足中小规模数据采集要求；对环境要求不高；价格低廉，系统成本低；可座位集散型数据采集系统的一个基本组成部分；其相关模板和软件都比较齐全，容易构成西欧它能够，便于使用与维修。集散型数据采集系统的主要特点是：系统适应能力强；系统可靠性高；系统实时响应性好；对系统硬件要求不高；特别适合在恶劣环境下工作。（

P16）

1.4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：数据采集系统软件功能模块一般由以下部分组成：

（1）模拟信号采集与处理程序。其主要功能是对模拟输入信号进行采集、标度变换、滤波处理以及二次数据计算，并将数据存入磁盘。

（2）数字信号采集与处理程序。其功能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。其功能是对输入的脉冲信号进行电平高低判断和计数。

（4）开关信号处理程序。其功能是判断开关信号输入状态变化情况，若发生变化，则执行相应的处理程序。

（5）运行参数设置程序。其功能是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。其功能是将各个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。其功能是设置数据传送的波特率（速率），上位机向数据采集站群

发送

机号，上位机接收和判断数据采集站发挥的机号，命令相应的数据采集站传送数据，上

位机接受数据采集站传送来的数据。（ P20） 1.5 模拟信号处理程序的主要任务是什么？ 答：模拟信号处理程序的主要任务是对模拟输入信号进行采集、 标度变换、 滤波处理以及二 次数据计算，并将数据存入磁盘。（ P20）

1.6 数据处理的类型有哪些？ 答：数据处理的类型一般按一下方式分类： 按处理方式划分，数据处理可分为实时（在线）处理和事后（脱机）处理。 按处理的性质划分，数据处理可分为预处理和二次处理两种。（ P21） 1.7 数据处理的主要任务是什么？ 答：数据处理的主要任务有以下几点：

（1）对采集到的电信号做物理量解释 （2）消除数据中的干扰信号 （ 3）分析计算数据的内在特征（ P22）

第二章 模拟信号的数字化处理

2.1 什么叫采样？（ P24 ）采样频率如何确定？（ P26 ）

2.2 试说明，为什么在实际采样中，不能完全满足采样定理一所规定的不失真条件？ 解：若模拟信号为

只有在

时， x S （nT S ）与 x （t ）的幅值才相同。但在工程上很难做到。（ P29）

2.3 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 fC 分别为多少？ 2.4 采样周期与哪些因素有关？如何选择采样周期？ 解：（ 1）采样周期与信号 x （t ） 的截止频率 fC

有关。

模拟信号的采样值为

解：由采样定理 f S ≥ 2 f C ， 有

f C f 2

S

，则

当 TS=4ms 时， fS=250Hz∴ f C 250 125Hz 当 TS=8ms 时，

fS=125Hz∴ f C 当 TS=16ms 时， fS=62.5Hz∴ f C

2

125 2

62.5 62.5

31.25Hz

62.5Hz

2.5 什么叫做量化？ 答：量化是指把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一些列整倍数比较， 以最接近于采样 信号幅值的最小数量单位倍数来代替该幅值。这一过程称为“量化过程”，简称“量化”。 （P41）

2.6 对采样信号进行量化的最小数量单位是多少？它与 FSR 和量化器的位数 n 之间有何关

系？ q 的定义知： LSB 代表 n 位二进制分数码所能分辨的最小模拟量。

2.8 什么叫做编码？ 答：编码是指把量化信号的电平用数字代码表示。（ P47） 2.9 把十进制 256 转换成相应的 BCD 码。 答：（ 256） =（ 10 0101 0110） 2.10 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 模拟多路开关

3.1 模拟多路开关的接通电阻 R ON 比一般的电子开关更大还是更小？ 答：模拟多路开关的导通电阻一般比较大

,理论数值为小于 100 欧姆。（而且该导通电

阻随

温度的变化而变化） 。而电子开关 （比如干簧管） 的导通电阻比较小， 其导通电阻趋向于０， 可看作理想的开关。

模拟开关是通过数字量来控制传输门（ TG ）的接通和断开以传输数字信号或模拟信号的开

关。它具有功耗低、速度快、体积小、无机械触点及使用寿命长等优点，因此在一定程度上 可以用来代替继电器。它的缺点是导通电阻不够小 （几十至几百欧），断开时仍有泄露电流 （约 0.1），且通过的电流一般为毫安级。

3.2 模拟多路开关输入端一般是几个端子？输出端为几个端子的通道选择器？ 答：模拟多路开关输入端一般是 8 个端子，输出端为 1 个端子的通道选择器。

2）根据采样定理

2f C

，确定采样周期。

答：最小数量单位是量化单位 q ，q =

FSR

2n

q 与 FSR 成正比，与 2n 成反比。

2.7 绝对误差 0LSB 是否绝对无误差，其意义如何？绝对误差为 1/8LSB ，其意义如何？ 答：不是无误差， LSB 表示数码的最右端的位即最低有效位； LSB=q=FSR

2n

，根据量化单位