件 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)綜合復(fù)習(xí)資料一、填空題1. 多路模擬開關(guān)指標(biāo)中的MTBF是指 平均無故障時(shí)間 。2. S/H的捕捉時(shí)間是指 S/H的輸出從保持狀態(tài)的值變到當(dāng)前的輸入值所需的時(shí)間 。3. 總線是指 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中傳送各種數(shù)字信息的公共通道，是各種信號(hào)線的集合 。4. A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差為 ±1/2 。5. 采樣是指 按照一定的時(shí)間間隔取模擬信號(hào)的值 。6. DAC0832是一種8位的D/A芯片，其輸出分辨率是 0.39% 。7. VFC是 將其輸入電壓的幅值轉(zhuǎn)換成頻率與輸入電壓幅值成正比的輸出脈沖串的器件。8. 某DAS，10路信號(hào)共享一路A/D，信號(hào)最高頻率為50KHz，則多路開關(guān)切換速率至少為 1M Hz時(shí)，才能使信號(hào)不失真。9動(dòng)態(tài)校零放大器的工作分為 調(diào)零與保持和 放大與跟蹤 兩個(gè)階段。10. 基本比較電路包括 電平檢測器 和 遲滯比較器 。11. 采樣/保持器由 輸入、輸出緩沖放大器 、 模擬開關(guān)及控制開關(guān)動(dòng)作的邏輯電路 和 保持電容器 三部分組成。12. A/D轉(zhuǎn)換器的量化間隔為 VFS/2n 。13. PC總線按功能可分為：數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線 。14. 半導(dǎo)體式多路開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是 體積小、重量輕、動(dòng)作速度快 。15. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是 模塊化 、高速度 和 智能化 。1612位的量化器，滿量程電壓為10V，量化間隔為 2.44mV ，最大輸出為4095或FFFH 。17DAC的線性誤差是指 芯片的變換特性曲線與理想特性之間的最大偏差 。18某數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，有4路模擬量輸入通道，每路信號(hào)最高頻率可達(dá)50KHz，若要保證采樣的信號(hào)不失真，則多路開關(guān)的切換速度至少為 400KHz Hz。1912位A/D，單極性應(yīng)用，VFS=10V，對(duì)其調(diào)滿度時(shí)，輸入為 9.99634V V，輸出應(yīng)在 FFEH 至 FFFH 之間變化。20放大器的零點(diǎn)偏移是指 放大器的輸入信號(hào)為零時(shí)輸出電壓仍不為零 。21測量放大器的特點(diǎn)有 高輸入阻抗 、 高共模抑制比 、 低零漂 。22某壓力測量系統(tǒng)，要求壓力測量范圍為1Pa10Pa，則所選A/D轉(zhuǎn)換器的字長至少應(yīng)為 4 位才能滿足要求。23n位A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸出為 2n-1 。24某12位D/A，-5V5V雙極性應(yīng)用，輸出電壓為4V時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量為 E66H 入量ang 。25D/A轉(zhuǎn)換器主要由 參考電壓 、 輸出放大器 、數(shù)字量接口和電阻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)四部分構(gòu)成。26電壓比較器的作用是 比較兩個(gè)輸入電壓的大小，根據(jù)比較的結(jié)果輸出高電平或者低電平 。27傳感器的作用是 將非電量轉(zhuǎn)換成電量 。28電氣機(jī)械式式多路開關(guān)的特點(diǎn)是 體積大，重量大，導(dǎo)通電阻大，斷開無漏電流 。29某四位BCD碼量化器，VFS=10V，則此量化器的量化間隔為0.001V，最大輸出的數(shù)字量為 9999 。30量化是指 將模擬量轉(zhuǎn)化成有限字長表示的數(shù)字量的過程 。二、簡答題1試述一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)包括哪幾個(gè)組成部分？并畫出DAS的基本組成框圖。答：一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)該包括以下幾部分傳感器 信號(hào)調(diào)理電路 多路模擬開關(guān) 采樣保持電路 A/D轉(zhuǎn)換電路 計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)輸出設(shè)備 DAS的基本組成框圖如下2 簡述什么是饋送以及減小饋送的方法。答：在S/H處于保持狀態(tài)時(shí)保持電容CH上的電壓應(yīng)與輸入電壓Vi變化無關(guān)。但實(shí)際上由于斷開的開關(guān)S存在著分布電容CS，輸入電壓Vi的交流分量將通過CS加到CH上，這就是饋送。增大保持電容CH有利于減小饋送。3 多路模擬開關(guān)主要分為哪兩種類型？每種類型多路開關(guān)的特點(diǎn)是什么？答：多路模擬開關(guān)主要分為電氣機(jī)械式的開關(guān)和半導(dǎo)體式的開關(guān)。 電氣機(jī)械式開關(guān)的特點(diǎn)：體積大、換線速度慢、導(dǎo)通電阻小、斷開電阻大、無漏電流； 半導(dǎo)體式開關(guān)的特點(diǎn)：體積小、重量輕、動(dòng)作速度快、導(dǎo)通電阻大、斷開有漏電流。4 簡述A/D轉(zhuǎn)換器在雙極性使用時(shí)應(yīng)如何調(diào)整零點(diǎn)和滿度？答：調(diào)零時(shí)：輸入電壓，輸出在0000000001之間跳變。 調(diào)滿度時(shí)：，輸出在1111011101之間跳變。5 簡述兩種I/O尋址方式的優(yōu)點(diǎn)。答：隔離I/O尋址方式的優(yōu)點(diǎn)是：不占用內(nèi)存空間，程序中很容易區(qū)分哪些是輸入、輸出操作；用于I/O尋址的地址線少，所以譯碼電路簡單；I/O指令格式短，執(zhí)行時(shí)間短；內(nèi)存映象I/O尋址方式的優(yōu)點(diǎn)是：所有訪問內(nèi)存的指令都可以用來處理輸入輸出，對(duì)外設(shè)中的數(shù)據(jù)可直接進(jìn)行操作，不需要專門的I/O指令，編程比較靈活，尋址的控制邏輯也比較簡單。6 什么是D/A轉(zhuǎn)換器？完備的DAC包括哪幾部分？答：D/A轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的模擬量（電流或電壓）的器件。 完備的DAC包括：（1）電阻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)；（2）參考電壓源；（3）數(shù)字接口；（4）輸出放大器。三、16路多路模擬開關(guān)AD7506有以下特性參數(shù)：RON=400 CI=5pFCOT=400pF IR=1nA現(xiàn)設(shè)CL=50pF，RL=10M。試求：（1）若導(dǎo)通信道的信號(hào)源內(nèi)阻RS=1K，估算由于泄漏和負(fù)載效應(yīng)引起的直流誤差。（2）達(dá)到精度為0.1%的設(shè)定時(shí)間是多少？解：（1）由于RL>>Ron+RS 所以 由于泄漏引起的支流誤差EOE=(n-1)IR(Ron+RS)=(16-1)×10-9(1000+400)=21V負(fù)載效應(yīng)誤差=(RS+Ron)/ (RS+Ron+RL) ×100%=0.014%。 （2）因?yàn)镽SRon，CI<<CT 所以 TC=(RS+Ron)CT=(RS+Ron)(COT+CL) 設(shè)定時(shí)間 tS=TCln(100/%誤差)= (RS+Ron)(COT+CL)ln(100/0.1)=(1000+400)(400×10-12+50×10-12)ln1000=4.35s。四、設(shè)四個(gè)8路模擬開關(guān)構(gòu)成32路輸入通道。已知模擬開關(guān)斷開時(shí)漏電流IR=1.0nA，開關(guān)導(dǎo)通電阻Ron=100，信號(hào)源內(nèi)阻RS=1K，負(fù)載電阻RL=15M，求：漏電流及引起的輸出誤差電壓是多少？若采用分層組合電路，漏電及引起的輸出誤差電壓又是多少？解：（1）漏電流I=(4n-1)IR=(4×8-1) ×1.2= (32-1) ×1 =31nA由于RL>>Ron+RS 輸出誤差電壓 EOE=I (Ron+RS) =31nA×(1000+100) =34.1V。 （2）漏電流I=(n+1)IR=(8+1) ×1 =9nA輸出誤差電壓 EOE=I (Ron+RS) =9nA×(1000+100) =9.9V。五、 某A/D，n=12,VFS=20V，雙極性應(yīng)用，測溫度，溫度范圍為-100100，對(duì)到D000MPa應(yīng)傳感器的輸出為-10V10V，求A/D轉(zhuǎn)換后得到的D1=0FFH和D2=FF0H輸出碼對(duì)應(yīng)的溫度大小分別是多少？解：(1)求 (2)確定溫度與電壓的關(guān)系 (3)確定相應(yīng)的溫度 1. 某A/D，010V量程，n=12 ，單極性輸入，測壓力，壓力范圍0350Kpa，求A/D的數(shù)字量為110010000000及000000001111所代表的壓力為多大？解：（1）D1=C80H=12×256+8×16=3200 D2=00FH=15 所以：V1=D1VFS/212=3200×10/4096=7.8125V V2=D2VFS/212=15×10/4096=0.0366V （2）P:0350KPa，Vi=010V P=35Vi （3）P1=35V1=35×7.8125=273.4KPa P2=35V2=35×0.0366=1.2814KPa七、16路模擬開關(guān)AD7506有以下特性參數(shù)：Ron=400 CI=5pFCOT=400pF IR=1nA現(xiàn)設(shè)CL=50pF，RL=10M，信號(hào)源內(nèi)阻RS=1K。求開關(guān)閉合時(shí)的帶寬。解：由于RSRon，CI<<CT所以，開關(guān)閉合時(shí)的帶寬f3db=1/(2(RS+Ron)CT)=1/(2(1000+400)(400+50)×10-12)252.6KHz。八、 某A/D，010V量程，單極性測壓力，對(duì)應(yīng)的壓力范圍為0 500MPa，到D000MPa求A/D轉(zhuǎn)換后得到 111000010000及000110001000輸出碼所代表的壓力大小分別是多少？解：(1)求 (2)確定壓力與電壓的關(guān)系 (3)確定相應(yīng)的壓力 九、設(shè)有一個(gè)反相放大器的輸入電阻R2為20K,反饋電阻R1為40 K, VOS=1mV,試計(jì)算：閉環(huán)增益K； 閉環(huán)時(shí)的輸入阻抗； 由VOS引起的輸出失調(diào)VO； 如果加補(bǔ)償電阻RC其值是多少？解：（1）閉環(huán)增益K=-R1/R2=-40/20=-2 （2）輸入阻抗Rin=R2=20 K （3）由VOS引起的輸出失調(diào)VO=-（1+R1/R2）VOS=-(1+40/20) ×1mV=-3mV(4) Rc=R1/R2=40/20=(40×20)/(40+20)13.33 K十、設(shè)計(jì)一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，把010V轉(zhuǎn)變成-55V，用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。解：實(shí)現(xiàn)電路圖如下：分析：Vo=-R/R(010V)+R/R(-5V)=5-5V Vo=-R/R Vo=-55V十一、 某VFC輸出頻率范圍是：0100KHz，用其構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換器，在其滿度輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為，求A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間，同時(shí)求該A/D具有相當(dāng)于多少位字長的分辨率？解：由題意：104=N=fTT=N/f=104/(100×103)=0.1s所以A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間為0.1s。2n=N=104由于213=8196<10000，而214=16384>10000該A/D只能達(dá)到13位字長的分辨率。5