1、精選優質文檔-傾情為你奉上計算機數據采集與處理技術1-8章課后習題答案馬明建 第三版第一章 緒論1.1 數據采集系統的任務：答：數據采集的任務就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉換成計算機能識別的數字信號，然后送入計算機進行相應的計算和處理，得出所需數據。同時，將計算得到的數據進行顯示或打印，以便實現對某些物理量的監視，其總一部分數據還將被生產過程中的計算機控制系統用來控制某些物理量。（P15）1.2數據采集系統主要實現哪些基本功能?.答：數據采集系統主要實現以下個方面的基本功能：數據采集；模擬信號處理；數字信號處理；開關信號處理；二次數據計算；屏幕顯示；數據存儲；打印輸出；人機聯系。（P15）1

2、.3簡述數據采集系統的基本結構形式，并比較其特點。答：數據采集系統的基本結構形式主要有兩種：一種是微型計算機數據采集系統，另一種是集散型數據采集系統。微型計算機數據采集系統的特點是：系統結構簡單，技術容易實現，滿足中小規模數據采集要求；對環境要求不高；價格低廉，系統成本低；可座位集散型數據采集系統的一個基本組成部分；其相關模板和軟件都比較齊全，容易構成西歐它能夠，便于使用與維修。集散型數據采集系統的主要特點是：系統適應能力強；系統可靠性高；系統實時響應性好；對系統硬件要求不高；特別適合在惡劣環境下工作。（P16）1.4數據采集系統的軟件功能模塊是如何劃分的？各部分都完成哪些功能？答：數據采集系

3、統軟件功能模塊一般由以下部分組成：（1）模擬信號采集與處理程序。其主要功能是對模擬輸入信號進行采集、標度變換、濾波處理以及二次數據計算，并將數據存入磁盤。（2）數字信號采集與處理程序。其功能是對數字輸入信號進行采集及碼制之間的轉換。（3）脈沖信號處理程序。其功能是對輸入的脈沖信號進行電平高低判斷和計數。（4）開關信號處理程序。其功能是判斷開關信號輸入狀態變化情況，若發生變化，則執行相應的處理程序。（5）運行參數設置程序。其功能是對數據采集系統的運行參數進行設置。（6）系統管理（主控）程序。其功能是將各個模塊程序組織成一個程序系統，并管理和調用各個功能模塊程序，其次是用來管理數據文件的存儲和輸出

4、。（7）通信程序。其功能是設置數據傳送的波特率（速率），上位機向數據采集站群發送機號，上位機接收和判斷數據采集站發揮的機號，命令相應的數據采集站傳送數據，上位機接受數據采集站傳送來的數據。（P20）1.5模擬信號處理程序的主要任務是什么？答：模擬信號處理程序的主要任務是對模擬輸入信號進行采集、標度變換、濾波處理以及二次數據計算，并將數據存入磁盤。（P20）1.6數據處理的類型有哪些？答：數據處理的類型一般按一下方式分類：按處理方式劃分，數據處理可分為實時（在線）處理和事后（脫機）處理。按處理的性質劃分，數據處理可分為預處理和二次處理兩種。（P21）1.7數據處理的主要任務是什么？答：數據處理的

5、主要任務有以下幾點：（1）對采集到的電信號做物理量解釋（2）消除數據中的干擾信號（3）分析計算數據的內在特征（P22）第二章 模擬信號的數字化處理2.1什么叫采樣？（P24）采樣頻率如何確定？（P26）2.2試說明，為什么在實際采樣中，不能完全滿足采樣定理一所規定的不失真條件？ 解：若模擬信號為當 模擬信號的采樣值為只有在時，xS(nTS)與x(t)的幅值才相同。但在工程上很難做到。（P29）2.3對某種模擬信號x(t)，采樣時間間隔TS分別為4ms、8ms、16ms，試求出這種模擬信號的截止頻率 fC 分別為多少？解：由采樣定理，有，則當TS=4ms時，fS=250Hz當TS=8ms時，fS

6、=125Hz當TS=16ms時，fS=62.5Hz2.4采樣周期與哪些因素有關？如何選擇采樣周期？解：（1）采樣周期與信號x(t) 的截止頻率fC 有關。 （2）根據采樣定理，確定采樣周期。2.5什么叫做量化？答：量化是指把采樣信號的幅值與某個最小數量單位的一些列整倍數比較，以最接近于采樣信號幅值的最小數量單位倍數來代替該幅值。這一過程稱為“量化過程”，簡稱“量化”。（P41）2.6對采樣信號進行量化的最小數量單位是多少？它與FSR 和量化器的位數n 之間有何關系？答：最小數量單位是量化單位 q，q =。 q 與FSR成正比，與2n 成反比。2.7絕對誤差0LSB是否絕對無誤差，其意義如何？絕

7、對誤差為1/8LSB，其意義如何？答：不是無誤差，LSB表示數碼的最右端的位即最低有效位；LSB=q=，根據量化單位q的定義知：LSB代表n位二進制分數碼所能分辨的最小模擬量。2.8什么叫做編碼？答：編碼是指把量化信號的電平用數字代碼表示。（P47）2.9把十進制256轉換成相應的BCD碼。答：（256）=（10 0101 0110）2.10用2的補碼計算表達式“16-5”的值。答：16-5=16+(-5)=(10000)B+(11011)B=(01011)B(不考慮進位)第三章 模擬多路開關3.1模擬多路開關的接通電阻RON比一般的電子開關更大還是更小？答：模擬多路開關的導通電阻一般比較大,

8、理論數值為小于100歐姆。（而且該導通電阻隨溫度的變化而變化）。而電子開關（比如干簧管）的導通電阻比較小，其導通電阻趨向于，可看作理想的開關。模擬開關是通過數字量來控制傳輸門（TG）的接通和斷開以傳輸數字信號或模擬信號的開關。它具有功耗低、速度快、體積小、無機械觸點及使用壽命長等優點，因此在一定程度上可以用來代替繼電器。它的缺點是導通電阻不夠小（幾十至幾百歐），斷開時仍有泄露電流（約0.1），且通過的電流一般為毫安級。3.2 模擬多路開關輸入端一般是幾個端子？輸出端為幾個端子的通道選擇器？答：模擬多路開關輸入端一般是8 個端子，輸出端為 1 個端子的通道選擇器。3.3 某數據采集系統具有8個模

9、擬通道，各通道輸入信號頻率可達5kHz,而且至少要用每個采樣周期10個采樣點的速度進行采樣，問：（1）多路開關的切換速率應是多少？（2）可選用什么類型的多路開關？解： fC = 5 kHz，采樣頻率 采樣周期 每個采樣點的采樣周期 切換速率 由表3.5可知，CD4051的ton和toff 都為0.8s則 CD4051開關的切換時間為1.6s ,開關的切換速率 多路開關選擇 CD4051。3.4 某數據采集系統要求有20個模擬通道，信號電平范圍為100mv，并要求開關的導通電阻不到1歐，各通道信號的頻率為2.5kHz,要求每個采樣周期至少采5個采樣點，問：（1）開關的切換率應是多少？（2）采用什

10、么樣的多路開關式合適的？答：（1）fc=2.5Hz，fs 切換頻率為 （2）可選用CD4501的多路開關，將3片CD4501加以組合，用門電路組成地址譯碼器3個選址信號，分別接各片的禁止端，擴展通道數為24 個，選用其中20個。第四章 測量放大器4.1為什么要在數據采集系統中使用測量放大器？答：在數據采集系統中，來自傳感器的模擬信號通常很微弱，遠小于一般運算放大器的輸入失調電壓和溫漂電壓。因此這些信號不能用一般運放進行放大，而必須用低溫漂，低失調電壓高穩定增益且抗共模干擾能力強的測量放大器進行放大。4.2 設一數據采集系統有測量放大器，已知R1=R2=5k，Rg=100k，R4=10k，R5=

11、20k，若R4和R5的精度為0.1%，試求次放大器的增益及CMRR.解：R3=R4=10000CMRR=4.3 設AD521測量放大器的增益為100，試畫出其接線原理圖，算出外接電阻值的大小。解： 當放大器的增益時 當又RS = 10015%當 RS = 100+15%時，當 RS = 100-15%時，其接線原理圖4.4 試分析圖4-2測量放大器輸入級兩運放的輸入失調電壓大小對測量放大器性能指標的影響。要提高測量放大器的性能，對其三個運放的性能有什么特殊要求？答：輸入級A1 A2的失調電壓互相抵消，A1 A2的特性不完全對稱時其失調電壓的參值。經過放大后被送往A3，要提高測量放大器的性能應盡

12、量使A1 A2的特性互相對稱。4.5 設計一個由8301單片機程控隔離放大器增益的接口電路。已知輸入信號小于10mV，要求當輸入信號小于1mV時，增益為1000，而輸入信號每增加1mV時，其增益自動減至原來的1/2.第五章 采樣/保持器5.1 采樣/保持器在模擬信號頻率很低時，是否有必要使用？在模擬信號頻率很高時呢，為什么？答：輸入信號頻率很低時，由于在A/D轉換過程中模擬信號的電壓幾乎不變，因而不必使用采樣保持器。當模擬信號頻率很高時，由于信號電平變化很快，必須使用采樣保持器以穩定轉換電平。5.2 采樣頻率fs高時，保持電容應取大些還是小些？答：采樣保持器的捕捉時間受保持電容的影響，越大，越

13、長，當采樣頻率很高時，必須使用較小的，以減少，提高。5.3 采樣/保持器是否具有放大功能？其放大值由什么決定？答：采樣保持器具有放大功能，通常其放大倍數由相關外接電阻決定。5.4 孔徑時間影響A/D轉換的什么參數答：孔徑時間主要影響A/D轉換的精度。5.5 捕捉時間tAC影響A/D轉換的什么參數答：捕捉時間主要影響A/D轉換的采樣速率。5.6設在某數據采集系統中，采樣/保持器的孔徑時間，A/D轉換器的位數為12，求：（1）采樣精度能達到的最高信號頻率是多少？（2）若采樣/保持器的孔徑不定，則最高信號頻率是多少？解：(1) (2) 5.7一個數據采集系統的孔徑時間，試問一個10kHz信號在其變化

14、率最大點被采樣時所能達到的分辨率是多少？解： 所以：相對分辨率 則有n 145.8 設一數據采集系統的輸入滿量程電壓為+10V，模擬輸入信號的最高頻率是1kHz，采樣頻率為10kHz，AD轉換器的轉換時間為10ms，采樣保持器的tAP=20ns，保持電壓的下降率為100V/s，捕捉時間為50s。問： 如果允許的孔徑誤差和下降誤差都是0.02%，所選的采樣保持器能否滿足要求？ 捕捉時間能否滿足要求？解：(1) 由于采樣/保持器孔徑時間應滿足 保持電壓下降率應滿足 輸入信號的最大變化率為則 由有（V）由有（V）由有(ns) 所選的采樣保持器不滿足要求。 (2) 則而 捕捉時間滿足要求。5.9 設一

15、采樣保持器在保持階段，保持電容CH的漏電流ID=10nA，保持時間為10ns。如果希望在保持時間內采樣保持器的輸出電壓下降小于0.1%，試選擇合適的CH值。解： 保持電壓下降率為 由于 1F106F 1012pF 則 CH 0.1pF 第六章 模/數轉換器6.1 AD轉換時間tCONV=25s，最高采樣頻率fS kHz，對應的輸入信號最高頻率fmax kHz。解： 最高采樣頻率fS 最高頻率fmax6.2 A/D轉換理想特性最大量化誤差為多少LSB？解： 6.3 AD574A有哪些主要的控制信號？其意義如何？解：12/8 CE （P90）6.4 A/D轉換器要能開始轉換，必須具備哪幾個條件（參

16、考AD574A的啟動時序圖）？轉換結束時STS有何變化？此變化有什么用途？解：在CE上升沿之前，先有=0和=0轉換回來時STS由高變低，使變化可作為查詢狀態下的單片機的查詢信號或中斷公式下的中斷觸發信號。6.5 12位AD轉換器AD574A是如何與PC機ISA總線的數據線接口（包括硬件連接、傳輸格式等）？（P121）6.6 從AD轉換時間考慮，什么情況下用查詢方式好？什么情況下用中斷方式好？答：當A/D轉換時間較短（幾十微秒以下）時，宜采用查詢方式，而轉換時間較長（100微秒以上）時，宜采用中斷方式，其理由是，采用查詢方式時，在A/D轉換期間，微機的CPU處于等待狀態，降低了CPU的效率，而采

17、用中斷方式。A/D轉換期間，微機的CPU可以去做其他工作，不會因A/D轉換時間而影響CPU的效率，但是程序較復雜。6.7 設中斷響應時間為。（需要查詢相關手冊，肯定不考）6.8 一數據采集系統。（需要查詢相關手冊，肯定不考）6.9 在AD轉換器中，最重要的技術指標是哪兩個？答：精度和轉換速度6.10 一般用什么信號來表征 AD轉換器芯片是否被選中？答：若A/D轉換器芯片為AD574A，則以=0表示A/D轉換器芯片被選中。6.11 設計題6.12 線性誤差是什么意思？線性誤差大于1LSB有何后果（對A/D轉換器說明）？答：線性誤差是指在沒有增益誤差和偏移誤差的條件下，實際傳輸特性曲線和理想特性曲

18、線之差。線性誤差通常不大于，因為線性誤差是由A/D轉換器特性隨模擬輸入信號幅值變化而引起的，因此線性誤差是不能進行補償的。6.13 設計題第七章 數/模轉換器7.1 DAC0832芯片有哪幾種工作方式，各有什么特點？解：三種工作方式：直通、單緩沖、雙緩沖1)單緩沖工作方式 : 一個寄存器工作于直通狀態， 一個工作于受控鎖存器狀態在不要求多相D/A同時輸出時，可以采用單緩沖方式，此時只需一次寫操作，就開始轉換，可以提高D/A的數據吞吐量。2) 雙緩沖工作方式: 兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態當要求多個模擬量同時輸出時，可采用雙重緩沖方式。7.2 D/A轉換器的線性誤差是什么意思？線性誤差大于1

19、LSB有何后果？解：線性誤差是指D/A轉換器芯片的轉換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差7.3 12位D/A轉換器中，R=1K,R0=2K,問=?解：當D=111時， 7.4 DAC1210 12位D/A轉換器與8301單片機接口,。（不會）7.5 一般用什么信號來表征D/A轉換器芯片是否被選中？一般用( =0)信號來表征/轉換器芯片是否被選中。7.6 多于8位的D/A轉換器在和8位微機接口時，如何解決數據傳送問題？ （P150）第八章 數據的接口板卡采集8.1 什么是數據采集接口板卡？（P153）8.2 采用數據采集接口板卡有什么好處？一般在什么情況下采用？(P153)8.3 現有一BAS

20、IC語句為“U = (H * 256 + L) *10 / 4096”，試問該語句完成什么任務？語句中的“H * 256 + L”部分起什么作用，為什么要“H * 256”？解： 將12位二進制碼轉換成十進制數。 “H*256+L”是將高四位二進制碼與低八位二進制碼組合成12位二進制碼； 高四位二進制碼上移八位，所以H*256。8.4 用PC-6319接口板卡的0、1、2通道分別采集1節、2節、3節干電池的電壓數據，要求每個通道各采集10個數據，3個通道巡回采集。設定PC-6139接口板基地址為0100H，試用QUICK BASIC語言編寫雙端輸入、程序查詢方式取數的數據采集程序，并將采集到的

21、數據以“V”為單位，按通道號顯示在屏幕上。解：3 個通道巡回采集是指在每個采樣時刻，對3 個通道各采集一次數據。CLSN = 10DIM U1(N) , U2(N) , U3(N)FOR I = 1 TO N CH% = 0 CALL CAIJI (CH%, U) U1(I) = U CH% = 1 CALL CAIJI (CH%, U) U2(I) = U CH% = 2 CALL CAIJI (CH%, U) U3(I) = UNEXT IPRINT U1 , U2 , U3 FOR I = 1 TO N PRINT U1(I) , U2(I) , U3(I)NEXT IENDSUB CAIJI (CH%, U)ADDER% = &H100A = INP(ADDER%+3)OUT ADDER%, CH%OUT ADDER%+1, 010IF INP(ADDER%+2) =128 THEN 10H = INP(ADDER%+2)L = INP(ADDER%+3)U = (H*256+L