數(shù)據(jù)采集的基本理論

魯科數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)、銷(xiāo)售高速數(shù)據(jù)采集板卡，我們?yōu)槟治鲈摦a(chǎn)品的以下信息。

采樣過(guò)程為了對(duì)模擬信號(hào)用數(shù)字方法處理，應(yīng)先將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換。模/數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程，包括三個(gè)內(nèi)容：一是采樣，二是量化，三是編碼。一個(gè)模擬信號(hào)首先經(jīng)過(guò)預(yù)采樣濾波器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，然后由采樣器在每個(gè)采樣時(shí)刻讀出一個(gè)數(shù)據(jù)；再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)量化為二進(jìn)制數(shù)碼，數(shù)據(jù)之后保存到存儲(chǔ)器用于數(shù)字信號(hào)處理。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它的性能直接限制系統(tǒng)的性能。要使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能滿足工作條件，首先要選對(duì)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。因此，有必要去了解模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的發(fā)展?fàn)顩r。采樣方式常見(jiàn)的采樣方式可分為“實(shí)時(shí)采樣”和“等效時(shí)間采樣”兩大類(lèi)。“實(shí)時(shí)采樣”是在信號(hào)存在期間對(duì)其采樣。按照采樣定理，采樣速率必須高于信號(hào)中較高頻率分量的 2 倍；對(duì)于周期性正弦信號(hào)，一個(gè)周期內(nèi)應(yīng)該至少有兩個(gè)采樣點(diǎn)?；跇?biāo)準(zhǔn)總線并帶有高速DSP的高速數(shù)據(jù)采集板卡產(chǎn)品非常多,技術(shù)先進(jìn)、市場(chǎng)主流的廠商主要有SpectrumSignalProcessing，SPEC，Signatec，Acquisitionlogic，Bluewave等公司。“實(shí)時(shí)采樣”除了通常使用的定時(shí)采樣外，還常常使用“等點(diǎn)采樣”，即“變步長(zhǎng)采樣”。這種采樣方法不論被測(cè)信號(hào)頻率為多少，一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)均勻采樣的點(diǎn)數(shù)總共為 N 個(gè)。

數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介

將需要測(cè)試的模擬或數(shù)字信號(hào)，自動(dòng)采集并送到上位機(jī)中進(jìn)行分析的過(guò)程是數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集卡是基于ISA、PCI、PCI-E、485、232、USB、以太網(wǎng)、以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等總線接入計(jì)算機(jī)的，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。

數(shù)據(jù)采集卡廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其功能主要有模擬量輸入（AD）、模擬量輸出（DA）、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器/測(cè)頻器、PWM輸出等。

對(duì)于數(shù)據(jù)采集卡來(lái)說(shuō)，模擬量輸入的信號(hào)主要是外部傳感器經(jīng)信號(hào)處理轉(zhuǎn)變成的電壓或電流。其主要的規(guī)格參數(shù)包括采樣的通道數(shù)；輸入模式(差分輸入模式或單端輸入模式);極性(單極性或雙極性);輸入范圍(提供多種選擇范圍);分辨率(8/12/16/24bit);采樣方式(輪詢又稱(chēng)為通道切換、同步又稱(chēng)為并行);采樣速率(幾Hz到幾GHz);采集時(shí)鐘(輪詢、內(nèi)部、外部);FIFO（緩沖區(qū)）的有無(wú)及大小。這些誤差必須通過(guò)合理的算法進(jìn)行校正，增加了設(shè)備量和控制的復(fù)雜性。

如何選擇數(shù)據(jù)采集卡

首先，選擇接口方式。

第二步，確定輸入和輸出指標(biāo)。

這些指標(biāo)有輸入和輸出的模擬量精度和速率,輸入和輸出的數(shù)字量電平和要求,輸入和輸出的數(shù)字傳輸協(xié)議方式.

第三步，選擇接口協(xié)議處理器。  如果你的數(shù)據(jù)采集卡不需要處理器就能夠滿足要求,你可以現(xiàn)在動(dòng)手設(shè)計(jì)了.否則,繼續(xù)努力!飛行時(shí)間質(zhì)譜儀是通過(guò)離子在一定距離真空無(wú)場(chǎng)區(qū)內(nèi)按不同質(zhì)荷比以不同時(shí)間到達(dá)檢測(cè)器，從而建立質(zhì)譜圖的質(zhì)譜儀。  接下來(lái)考慮的是接口協(xié)議處理器.PCI, USB, PCMCIA, CAN, 網(wǎng)卡都有專(zhuān)門(mén)的接口芯片.當(dāng)然你也可以選擇FPGA加上軟件協(xié)議IP核,同樣能實(shí)現(xiàn)你的目標(biāo),但是難度很大.  

第四步，選擇采集卡處理器。幅度分辨率不足數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)將模擬信號(hào)的樣本轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。  對(duì)于功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集卡,你需要選擇專(zhuān)用的處理器來(lái)預(yù)處理采集的數(shù)據(jù).單片機(jī), FPGA, DSP, ARM都是你可以挑選的對(duì)象.  單片機(jī)由于便宜,易于開(kāi)發(fā),開(kāi)發(fā)的資料齊全,工程師眾多,很適合初學(xué)者你的.FPGA設(shè)計(jì)方便,具有速度和效率的優(yōu)勢(shì),也是不錯(cuò)的選擇.  DSP是專(zhuān)門(mén)為數(shù)據(jù)處理而設(shè)計(jì),速度快,可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的算法,是很好的選擇.ARM的功能過(guò)于復(fù)雜,適合于設(shè)計(jì)好的人機(jī)界面的場(chǎng)合.  有些器件將接口協(xié)議處理器和采集卡處理器集成在一體,這些芯片應(yīng)該有更好的使用價(jià)值.  

第五步，選擇數(shù)據(jù)采集電路。  很多公司提供采樣芯片:ADI,TI,MAXIUM,NS等等.  第六步，選擇驅(qū)動(dòng)軟件和數(shù)據(jù)采集處理軟件的編寫(xiě)語(yǔ)言。