1、5.數據采集系統的結構形式常見的數據采集系統主要有以下幾種結構形式。每個通道具有獨立的S/H和A/D的采集系統。圖3-13單通道獨立S/H和A/D型這種系統的結構形式如圖3-13所示，圖中，S/H為采樣保持電路，A/D為模數轉換電路， I/O為輸入-輸出接口電路。由圖可見，每個S/H、A/D和I/O組成一個信號采集通道。也就 是說，每個通道具有獨立的S/H和A/D。圖3-13所示的數據采集系統，采集信號的速度快，主要用于高速數據采集和同步性要 求較高的場合。該系統采集后各通道數據是完整的，有利于分析各個通道信號的相關關系。這種類型數據采集系統的缺點是成本高。多通道分時共享S/H和A/D的采集系

2、統這種系統的電路結構如圖3-14所示，圖中，MUX為多路模擬開關。由圖可見，在這種 采集系統中，只有一個采樣-保持電路和模數轉換電路，采取分時共享的方法，實現多通道 采集。各通道的采集和轉換時間，取決于模擬開關和A/D轉換器的工作時間。由于采集的信 號是通過模擬多路開關輪流切換送入S/H和A/D電路，所以被測信號是斷續的，對實時測量 會引起誤差。這種電路結構適合于緩慢信號的測量，也可通過加置多路模擬開關（MUX），來擴展通道 數。另外，這種電路結構簡單，使用的芯片數少。OOOO 12 3 4CPU圖3-14多通道分時共享S/H和A/D型多通道共享A/D的數據采集系統圖3-15多通道共享A/D型

3、圖3-15是多通道共享A/D的數據采集系統。這個系統的特點是每個通道具有獨立的采 樣-保存電路，但A/D電路是共享的。根據這一特點可知，這種系統的各通道可以實現同時 采樣，所以這種系統又叫做同步數據采集系統。系統中的各個通道受同一個信號控制，能保 證各通道在同一時刻采樣。但是，這種系統不能實現同時轉換，而是只能分時共享。主計算機管理的各通道可以獨立工作的采集系統圖3-16是這種系統的結構示意圖。由圖可知，系統各通道都有S/H和A/D電路，都有 單片機和采樣前的必要的預處理系統，因此各個通道的獨立性很強。各通道可按各自的要求， 獨立進行測試。近年來，采樣厚膜技術制作的多功能數據采集模塊，把數據采

4、集系統的各部分都集成在 一個模塊里，并可與微機兼容。在此基礎上發展起來的插卡式數據采集系統功能強大，使用 靈活，受到了廣泛應用。這種插卡式數據采集系統，可以插入計算機方便地構成各種采集系 統。圖3-16主計算機管理的各通道可以獨立各種的采集系統3.1.2數/模轉換（D/A）前面討論了模數轉換，下面討論一下數模轉換。所謂數模轉換，就是把數字信號轉換成 模擬信號。我們知道，計算機輸出的是數字信號，但在應用中常常需要把數字信號轉換成模 擬信號，所以數模轉換在測試技術中，也是一個重要的環節。大家知道，數字量是用代碼按數位組合起來的，對于有權碼，每位代碼都有一定的權。 為了將數字量轉換成模擬量，必須將每

5、一位的代碼按其權的大小，轉換成相應的模擬量， 然后將代表各位代碼的模擬量相加，所得的總模擬量就與數字量成正比，這樣便實現了數 字量到模擬量的轉換。1.權電阻網絡D/A轉換器所謂權電阻網絡就是說，這些組成網絡的電阻，其值與二進制數碼的權相聯系。權電阻網絡D/A轉換器的工作原理圖3-17是4位權電阻網絡D/A轉換器原理圖。由圖可以看出，這種轉換器由權電阻網 絡、4個模擬開關和一個求和放大器組成。S、S、S和S是四個電子開關，它們的狀態分別受輸入代碼d、d、d和d的取32103210值控制：代碼為1時，開關接到參考電壓、時上；代碼為0時，開關接地。故di = 1時， 有支路電流/.流向求和放大器；d

6、 0時，支路電流為0（ i = 0，1，2,3）.求和放大器是一個接成負反饋的運算放大器。所謂負反饋，就是放大器的輸出連接到了 反向輸入端。在一般情況下，運算放大器可近似地看成理想放大器，即兩個輸入端的電壓相 等，輸入電流為零。但是當電路的參考電壓經電阻網絡加到V_端時，放大器兩個輸入端的 電壓就會不相等。只要V稍高于匕，便在U0產生很負的輸出電壓。U0經Rf反饋到V端， 使V降低，其結果必然使Vr匕。因為匕端接地，所以匕=0，故VR匕=0。uo在運算放大器輸入電壓為零（即：Ur匕=0）的條件下可以得到(3-5)U =-R i = -R (I +1 +1 +1 ) TOC o 1-5 h z

7、0FF 3210由于U注0,因而各支路電流分別為I = REF d ( d = 1時，I = REF , d = 0 時，I = 0)3 R 333 R 33I = REF d22 R 2I = rer dI = 2RER d（3-6）將它們代入式（3-5），并取Rf= R,2,則得到U =-(d 23 + d 22 + d 21 + d 20) 0243210對于n位的權電阻網絡D/A轉換器，當反饋電阻取R/2時，輸出電壓的計算公式可寫U= -Vref(d2n-1+ d2n-2+ + d21+ d20) = -ref D (3-7)02 nn-1n-2102nn上式表明，輸出的模擬電壓正比于

8、輸入的數字量Dn,從而實現了從數字量到模擬量的 轉換。從式（3-7）還可以看出：在Uref為正電壓時，輸出電壓U0始終為負值；要想得到 正的輸出電壓，可將匕時取為負值。權電阻網絡D/A轉換器的優缺點這個電路的優點是:結構比較簡單，所用電阻元件較少。其缺點是：各個電阻的阻值相 差較大，在輸入信號的位數較多時，這個問題就更加突出。例如，當輸入信號增加到8位 時，如果取權電阻網絡中最小電阻為R = 100,那么最大的電阻將達到27R = 1.28MQ, 兩者相差128倍之多，這對制作集成電路極為不便。2.雙極權電阻網絡D/A轉換器為了克服權電阻網絡存在的缺點，人們研究出了一種雙極權電阻網絡D/A轉換器，解決 了輸入數字量的位數較多時存在的問題。圖3-18是雙極權電阻網絡D/A轉換器的原理圖。圖3-18雙極權電阻網絡D/A轉換器由圖我們可以看出：在雙極權電阻網絡中，每一級仍然只有四個電阻，四個電阻之間的阻值比