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《计算机数据采集与处理》教材：《数据采集与处理技术》马明建编，西安交通大学出版社，1998主要参考书：①《数据采集与处理》王正光编，国防工业出版社，1985②《数据采集技术》沈兰荪编，中国科技大学出版社，1990③《数据采集原理》肖忠祥编，西北工业大学出版社，2001④《智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用》杨振江编，西安电子科技大学出版社，2002⑤《数据采集与处理技术》祝常红，电子工业出版社⑥《信号分析与数据采集》(英)比彻姆等，国防工业出版社，1992学习重点和方法学习重点:⑴数据采集的基本理论、概念。⑵数据采集理论的运用。⑶数据采集程序的设计。学习方法①认真听课②注意记笔记③积极回答问题④勤于思考，注意灵活应用基本理论解决实际问题⑤独立完成各章作业⑥提高编程能力1.1数据采集的意义与任务1.2数据采集系统的基本功能1.3数据采集系统的结构形式1.4数据采集系统的软件1.5数据处理的类型和任务第1章绪论1.数据采集的定义数据采集——指采集温度、压力、流量等模拟量，转换成数字量，由计算机进行存储、处理、打印的过程。相应系统称为数据采集系统。2.数据采集的意义作用：①在生产过程中，对工艺参数进行采集、监测，为提高质量，降低成本，提供信息。②在科学研究中，用来获取微观、动静态信息。意义：解决靠人不能解决的问题。例如，物体的运动数据记录、处理。结果：提高工作效率，取得较好的经济效益。3.数据采集系统的任务①采集传感器输出的模拟信号，并转换成数字信号，然后送入计算机。②系统计算机对数字信号进行处理。4.评价数据采集系统性能优劣的标准标准有↗系统的采样精度。↘系统的采样速度。5.构成数据采集系统的依据保证系统具备采样精度的条件下，有尽可能高的采样速度，以满足实时处理、控制的要求。1.1数据采集的意义与任务1.2数据采集系统的基本功能①数据采集－－按照采样周期，对模拟、数字、开关信号采样。②模拟信号处理－－模拟信号—指信号幅值随时间连续变化的信号。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↗0～10mA↘4～20mA信号处理：↗①将采样信号→数字信号↘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。优点：抗干扰能力强缺点：需要一套转换电路，增加成本。传送方式↗①并行传送↘②串行传送信号处理：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。1.2数据采集系统的基本功能④开关信号处理－－开关信号—由按钮、行程开关等器件触点产生的信号。信号处理：根据开关的状态执行相应的操作。⑤二次数据计算－－概念↗一次数据—从传感器采集的数据。↘二次数据—对一次数据作计算得到的数据。二次数据↗平均、累计|傅里叶变换、积分变换|变化率、差值↘最大值、最小值⑥屏幕显示－－将数字、图形、图表等显示在屏幕上。⑦数据存储－－按时间间隔，将数据存储在外部存储器。⑧打印输出－－按时间间隔，打印输出数字、图形。⑨人机联系－－操作人员用键盘或鼠标与系统对话，完成运行方式的设置。1.3数据采集系统的结构形式系统组成↗①硬件↘②软件硬件结构形式↗①微型计算机数据采集系统↘②集散型数据采集系统1.3.1微机数据采集系统传感器传感器传感器传感器程控放大采样保持器A/D定时与逻辑控制传感器数字信号传感器开关信号多路开关接口计算机显示器打印机绘图机模拟信号被测物理量↗|||||||||↘微机数据采集系统组成①传感器—将非电量转换为电信号。②模拟多路开关—分时切换各路模拟量与采样／保持器的通路。③程控放大器—对模拟信号进行放大。④采样/保持器（S/H）—保持模拟信号电压。⑤A/D转换器—将模拟信号转换为数字信号。⑥接口电路—将数字信号进行整形电平调整。⑦微机与外设⑧定时逻辑控制电路↗定时电路—按各器件工作次序产生各种时序信号↘逻辑控制电路—依据时序信号产生各种逻辑控制信号⑴模拟多路开关开始切换⑵程控放大器放大倍数开始切换⑶S/H器开始保持⑷A/D开始转换⑸A/D完成转换一个工作周期(1)时序图800ns(2)400ns1.2μs(3)(4)(5)6μstAD微机数据采集系统的特点①系统结构简单、容易实现，能满足中、小规模数采的要求；②微机对环境要求不高，能在比较恶劣的环境下工作；③微机价廉、可降低投资成本，即使是较小的系统也可采用；④可作为集散型数采系统的一个基本组成部分；⑤微机的各种I/O模板及软件都较齐全，很容易构成系统，便于使用维修。系统特点①结构简单，易实现②对环境要求不高③系统成本低④集散型的基本单元⑤模板齐全，易组成系统1.3.2集散型数据采集系统模拟量输入模拟量输入模拟量输入数字量输入数字量输入数字量输入RS-485RS-485生产现场生产现场生产现场数据采集站数据采集站数据采集站通信接口上位机1.3.2集散型数据采集系统通信接口上位机数采站各种模拟信号和数字信号数采站数采站(1)它由若干个“数据采集站”和一台上位机及通信线路组成。(2)数据采集站一般是由单片机数据采集装置组成，位于生产设备附近，可独立完成数据采集和预处理任务，还可将数据以数字信号的形式传送给上位机。(3)数据采集站与上位机之间通常采用异步串行传送数据。数据通信通常采用主从方式，由上位机确定与哪一个数据采集站进行数据传送。集散型数据采集系统主要特点①系统适应能力强－－大、中、小规模数采都能适用；②系统可靠性高－－若某数采站故障，不会对系统其他部分造成任何影响；③系统实时响应性好－－各站间是“真正”并行工作；④对系统硬件要求不高－－采用多机并行处理，单机仅完成有限的数据采集与处理工作；⑤另外：是用数字信号传输代替模拟信号传输，有利于克服常模干扰和共模干扰，因此特别适用于在恶劣环境下工作。1.4数据采集系统的软件设计原则：模块化（自顶向下、逐层细分），一般分为：⑴模拟信号采集与处理程序⑵数字信号采集与处理程序⑶脉冲信号处理程序⑷开关信号处理程序⑸运行参数设置程序⑹系统管理（主控）程序⑺通信程序－－只有集散型才有1.5数据处理的类型与任务1.5.1数据处理的类型⑴按处理的方式划分：↗实时（在线）处理－－↘事后（脱机）处理－－⑵按处理的性质划分：↗预处理－－↗剔除奇异项|↘标度变换|↗微分、积分↘二次处理－－↘傅里叶变换1.5.2数据处理的任务⑴对采集到的电信号做物理量解释－－将没有明确物理意义的电压信号，转换为原来对应的物理量。⑵消除数据中的干扰信号－－消除在数据的采集、传送和转换过程中，由于系统内部和外部干扰而在数据中混入干扰信号，以保证采样精度。⑶分析计算数据的内在特征－－对采集到的数据进行变换计算，以得到能表达采样数据内在特征的二次数据。例如，在研究振动时，由于频谱更能说明振动波形对机械结构所产生影响，因此，常对采集到的振动信号作傅里叶（FFT）变换，得出振动波形的频谱。第2章模拟信号的处理第4章测量放大器13第3章模拟多路开关24第1章概论5第5章采样／保持器6第6章模／数转换器８第8章数据采集接口卡9第9章数字信号的采集教学内容