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(cè)量信號(hào)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)是通過(guò)使用數(shù)據(jù)采集卡（商業(yè)上稱為 DAQ 卡）來(lái)完成的。這些卡具有允許輸入/輸出模擬和數(shù)字信號(hào)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(hào)調(diào)理、模擬到數(shù)字和數(shù)字到模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)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(guò)程捕獲。對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣需要在特定時(shí)間、離散時(shí)間對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行采樣。信號(hào)被采樣的頻率稱為采樣頻率。采樣過(guò)程以已知的時(shí)間間隔生成信號(hào)值。
采樣頻率決定了轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)的質(zhì)量。采樣頻率越高，模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換效果越好，與真實(shí)信號(hào)的相似度越大。充分表示信號(hào)所需的最低采樣頻率必須至少是要轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)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(hào)的示例。還可以看出，如果以小于信號(hào)最大頻率兩倍的采樣率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，則會(huì)發(fā)生混疊效應(yīng)。
模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)
對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣后，您的樣本需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼。這個(gè)過(guò)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(gè)多路復(fù)用器，用作不同 ADC 通道的開(kāi)關(guān)。這使得并行捕獲不同的模擬信號(hào)成為可能，缺點(diǎn)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(hào)的精度取決于 ADC 使用的位數(shù)。轉(zhuǎn)換信號(hào)的分辨率是 ADC 用來(lái)表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的位數(shù)的函數(shù)。可以模擬地表示實(shí)際信號(hào)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(xì)分。
例如，一個(gè) 8 位 ADC 可以給出多達(dá) 256 級(jí)的數(shù)字表示 (2 ^ 8 = 256)。這意味著將實(shí)際信號(hào)的電壓范圍分為256級(jí)，其中每一級(jí)都取一定的數(shù)字值。
將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)
通常，數(shù)據(jù)采集卡安裝在PC機(jī)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(jìn)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)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(guò)程。請(qǐng)參閱以下未實(shí)施和實(shí)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(wù)的時(shí)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(wù)，這是通過(guò)總線主控技術(shù)實(shí)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?jǐn)?shù)據(jù)生成模擬信號(hào)。
這允許這種類型的卡生成模擬輸出信號(hào)，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?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)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(shí)間也很重要，因?yàn)檫@將能夠生成高頻信號(hào)，因?yàn)橛糜跒樾码妷弘娖皆O(shè)置輸出信號(hào)的時(shí)間會(huì)很短。
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