技術(shù)文章
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labjack數(shù)據(jù)采集卡的（DAQ）功能
什么是數(shù)據(jù)采集卡？
測量信號并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C是通過使用數(shù)據(jù)采集卡（商業(yè)上稱為 DAQ 卡）來完成的。這些卡具有允許輸入/輸出模擬和數(shù)字信號的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器 (DAC)。
數(shù)據(jù)采集卡執(zhí)行信號調(diào)理、模擬到數(shù)字和數(shù)字到模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程。
下圖顯示了數(shù)據(jù)采集卡的典型方案。您可以看到數(shù)據(jù)采集卡的所有最重要的組件。
采樣：
數(shù)據(jù)由 ADC 使用采樣過程捕獲。對模擬信號進行采樣需要在特定時間、離散時間對所述信號進行采樣。信號被采樣的頻率稱為采樣頻率。采樣過程以已知的時間間隔生成信號值。
采樣頻率決定了轉(zhuǎn)換后的模擬信號的質(zhì)量。采樣頻率越高，模擬信號的轉(zhuǎn)換效果越好，與真實信號的相似度越大。充分表示信號所需的最低采樣頻率必須至少是要轉(zhuǎn)換的模擬信號的最高頻率的兩倍（奈奎斯特原理）。如下所示：
顯示了如何根據(jù)采樣頻率更改轉(zhuǎn)換信號的示例。還可以看出，如果以小于信號最大頻率兩倍的采樣率對信號進行采樣，則會發(fā)生混疊效應。
模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)
對信號進行采樣后，您的樣本需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼。這個過程稱為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。下圖顯示了轉(zhuǎn)換：
大多數(shù)卡還有一個多路復用器，用作不同 ADC 通道的開關。這使得并行捕獲不同的模擬信號成為可能，缺點是采樣頻率必須除以卡具有的并行通道數(shù)。
ADC的分辨率
轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式的模擬輸入信號的精度取決于 ADC 使用的位數(shù)。轉(zhuǎn)換信號的分辨率是 ADC 用來表示數(shù)字數(shù)據(jù)的位數(shù)的函數(shù)。可以模擬地表示實際信號的最大電壓和最小電壓之間的電壓范圍根據(jù)數(shù)字分辨率位數(shù)被細分。
例如，一個 8 位 ADC 可以給出多達 256 級的數(shù)字表示 (2 ^ 8 = 256)。這意味著將實際信號的電壓范圍分為256級，其中每一級都取一定的數(shù)字值。
將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C
通常，數(shù)據(jù)采集卡安裝在PC機的高速總線上，如PCI總線。根據(jù) PC 主板的速度，主板組件之間的最大數(shù)據(jù)傳輸速度通常在微處理器和內(nèi)存之間，取值范圍為 20Mhz 到 40Mhz。
為了改進數(shù)據(jù)傳輸，實施了總線控制，允許 DAQ 卡將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)絻?nèi)存，從而加速數(shù)據(jù)采集過程。請參閱以下未實施和實施總線主控的卡示例。
如圖所示，微處理器正在參與數(shù)據(jù)傳輸，利用它可以執(zhí)行其他任務的時間。
另一方面，在上圖中可以看出，數(shù)據(jù)傳輸直接到內(nèi)存，微處理器可以自由地用于其他任務，這是通過總線主控技術(shù)實現(xiàn)的。
數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器 (DAC)
多功能卡通常還集成了數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器 (DAC)。DAC 可以根據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)生成模擬信號。
這允許這種類型的卡生成模擬輸出信號，電壓為直流 (DC) 或交流 (AC)。與 ADC 一樣，DAC 受到它們可以處理的樣本數(shù)量以及用于將數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號的位數(shù)的限制。
這些圖顯示了 3 位 DAC 如何轉(zhuǎn)換正弦波。
在 DAC 中，較小的穩(wěn)定時間也很重要，因為這將能夠生成高頻信號，因為用于為新電壓電平設置輸出信號的時間會很短。
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