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(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(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 用來表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的位數(shù)的函數(shù),?？梢阅M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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