从传感器采集来的数据经过信号调理电路,信号做好了模数转换的准备。模拟信号
要变成数字信号,首先要经过采样,采样保持器是快速拾取输入信号的子样脉冲,并保
持幅值恒定,以提高 A/D 转换器的转换精度,如果把采样保持电路放在模拟多路开关
之前(每通道一个),这可实现对瞬时信号同时进行采样。
数据采集的采样方式有两种选择:一为“实时采样”;一为“等效时间采样”。
(1)实时采样:数据采集开始后,信号波形的第一个采样点即被采入并数字化,
经过一个采样间隔后。再采入第二个采样点,这样一直将整个信号波形数字化并存入存
储器中。为了不丢失被采样信号所携带的信息,实时采样的采样频率应满足采样定理
(香农定理)的要求,当采样频率不满足采样定理时将产生信号混叠现象,使采样后波
形中增加了额外的低频成分,造成失真,引起误差。在工程上采样频率应取被采样信号
所含最高频率的两倍.通常采用 10-20 倍 。实际测量时信号往往会混入各种噪声,谐
波成分丰富,频带很宽,智能仪表的采样速度很难达到采样定理的要求,这时就应在 A
/ D 转换之前加入抗混叠模拟滤波器,滤掉多余的高频分量。
除了“定时采样”(等间隔采样)外,“实时采样”通常使用“变步长采样”,即“等
点采样”。这种方法不论被测信号频率如何,一个信号周期内均匀采样的点总数为 N 个。
由于采样周期随被测信号周期变化,故通常称之为“变步长采样”。
(2)“等效时间采样”技术要求信号波形是可以重复产生的。由于波形可以重复取
得.因此采样可以用较慢的速度进行,采集的样本可以是时序的(步进、步退、差额),
也可以是随机的。这样就可以把许多采集的样本合成一个采样密度较高的波形。评价智
能仪表数据采集部分的主要技术指标有分辨率、精度、输入信号形式和信号电平、采集
速度,抗干扰能力,设计时应根据被测变量的信号特性,仪表的整机技术要求,确定这
些指标的具体数值。
采样保持电路输出的信号送至 A/D 转换器,A/D 转换器是模拟输入通道的关键电
路。由于输入信号变化的速度不同,系统对分辨率、精度、转换速率及成本的要求也不
同。因此 A/D 转换器的种类也比较多。早期的采样保持电路和 A/D 转换电路需要数据
采集系统设计人员自行设计,目前普遍采用单片集成电路,有的单片 A/D 转换器内部
包括有采样保持电路、基准电源和接口电路,这为系统设计提供了较大方便。A/D 转换
器将结果输出给计算机,有的采用并行码输出,有的则采用串行码输出。使用串行输出
结果的方式对长距离传输和需要光电隔离的场合较为有利。
模数转换器的任务在于把一个未知的连续的模拟输入信号(通常为电压)转换为数
字信号,即微型计算机能接受的二进制数。以进一步用于处理、显示、记录、查询和传
输。模拟输入信号的采样脉冲应做得很窄,以便在采样脉冲空余时间可以进行多路复用。
这个多位数是二进制分数,代表这个未知输入电压 Vex 与 ADC 的满刻度电压 Vs.的比
值,ADC 是微机数据采集系统的关键部件,它的性能往往直接影响整个系统的技术指标。