计算机数据采集与处理
年级 08级机电1班
姓名 刘 子 靖
学号 [1**********]8
教师 吴 晓 明
第一章
3. 简述数据采集系统的基本结构形式，并比较其特点。
答：从硬件方面来说数据采集系统的结构形式主要有两种：一种是计算机数据采集系统，另一种是集散型数据采集系统。
计算机数据采集系统的特点是：
（1）系统机构简单，技术上容易实现，能够满足中小规模数据采集的要求；
（2）对环境的要求不是很高，能够在比较恶劣的环境下工作；
（3）价格低廉，降低了数据采集系统的成本；
（4）数据采集系统可作为集散型数据采集系统的一个基本组成部分；
（5）各种I/O模版及软件都比较齐全，很容易构成系统，便于使用和维修； 集散型数据采集系统的特点是：
（1）系统的适应能力强；
（2）系统的可靠性高；
（3）系统的实时响应性好；
（4）对系统硬件要求不高；
4. 数据采集系统的软件功能模块是如何划分的？各部分都完成哪些功能？
答：
（1）模拟信号采集与处理程序对模拟输入信号进行采集、标度变换、滤波处理及二次数据计算、并将数据存入磁盘。
（2）数字信号采集与处理程序是对数字输入信号进行采集及码制之间的转换。
（3）脉冲信号处理程序是对输入的脉冲信号进行点评高低判断和计数。
（4）开关信号处理程序包括一般的开关信号处理程序和中断型开关信号处理程序。
（5）运行参数设置程序对数据采集系统的运行参数进行设置。
（6）系统管理（主控）程序首先是用来将各个功能模块程序组织成一个程序系统，并管理和调用各个功能模块程序，其次是用来管理数据文件的存储和输出。
（7）通信程序用来完成上位机与各个数据采集站之间的数据传送工作。
第二章
3. 对某种模拟信号x(t)，采样时间间隔Ts 分别为4ms 、8ms 、16ms ，试求出这种模拟信号的截止频率f c 分别为多少？
1
T s 答：不产生混频现象的临界条件是f s ==2f c ，当采样时间间隔Ts 分别为
4ms 、8ms 、16ms 时，采样频率分别为250Hz,125 Hz,62.5 Hz, 则最小截止频率分别为125 Hz，62.5 Hz，31.25 Hz。
6. 对采样信号进行量化的最小数量单位是多少？它与FSR 和A/D转换器的位数n 之间有何关系？
答：最小数量单位成为量化单位，量化单位定义为量化满量程电压FSR 与2n 的比值，用q 表示，因此有q =F E R
2n 式中，n 为量化器的位数。
10. 用2的补码计算表达式“16-5”的值。
答：16-5=16+(-5)=(10000)B+(11011)B=(01011)B(不考虑进位)
第三章
3. 某数据采集系统具有8个模拟通道，各通道输入信号频率可达5kHz, 而且至少要用每个采样周期10个采样点的速度进行采样，问：
（1）多路开关的切换速率应是多少？
（2） 可选用什么类型的多路开关？
答：（1）因为各通道输入信号频率可达5kHz ，故各通道采样周期为0.0002s ，要使8个模拟通道在一个周期内采集10各样点的数据，则多路开关的切换速率应是0.0002/10=0.00002s。
（2）根据表3-5，可选用有译码器的多路开关。
第五章
6. 设在某数据采集系统中，采样/保持器的孔径时间t AP =10ns ，A/D转换器的位
数为12，求：（1）采样精度能达到L SB 的最高信号频率f m ax 是多少？（2）若21
采样/保持器的孔径不定∆t AP =1ns ，则最高信号频率f m ax 是多少？
1
2n +1答：（1）f max =πt AP =12⨯3.14⨯10⨯1013-9=3887.5Hz
7. 一个数据采集系统的孔径时间∆t AP =2ns ，试问一个10kHz 信号在其变化率最
大点被采样时所能达到的分辨率是多少？ 答：f max =12n +1πt AP
10⨯103=1
2n +1⨯3. 14⨯2⨯10-9
可求出n=13，达到的分辨率为13位。
第六章
1.A/D转换时间t C O N V =25μs ，最高采样频率f s ≤（40）kHZ ，对应的输入信号最
高采样频率f m ax ≤（24.8）kHZ
2. A/D转换理想特性最大量化误差为多少LSB ？ 答：e max =LSR 2
第七章
3. 12位D/A转换器中，R=1K,R0=2K,U REF =10V , 问U O M A X =?
(2-1) U REF
2n n 答：当D=111 1时，U O max =
U O max =(212-1) ⨯10212=9. 997V
第八章
3. 现有一BASIC 语句为“U=（H*256+L）*10/4096”, 试问该语句完成什么任务？语句中的“H*256+L”部分起什么作用，为什么要“H*256”？
答：该语句是将转换结果的高4位和低8位数据进行合并，一形成完整的数据转换，然后进行标度变换。“H*256+L” 转换结果的高4位和低8位数据进行合并，由于高4位是通过数据总线D 3~D 0的位传送的，因此，在合成12位数据
时，必须高四位上移8位（十进制是255）所以在合并的过程中，应将H 乘以256.
5. 用PS-2304接口板采集脉冲线号，试编写QB 语言采集程序，要求对脉冲信号累加计数和在屏幕上不停的现实脉冲计数值，并每隔1分钟现实改时间内的脉冲数。
解：从A 口PC0位对脉冲信号不断采集计数，每隔60s 显示秒冲信号的计数值，则相应的QB 语言计数程序如下：
DECLARE SUB CAIZI()
DIM SHARED C%
CLS
S%=0 : B%=0 : C%=0
LOCATE 8, 30 :PRINT TIME $
TIME ON `允许程序响应计时事件
ON TIMER(60) GOSUB 10 `每隔60s 转子程序
CALL CAIZI `调用脉冲信号采集过程程序 END
10 LOCATE 8,30 : PRINT TIME $ `当前的时间
LOCATE 12,30 : PRINT S% `显示脉冲信号计数值
LOCATE 14,30 : PRINT C%
RETURN
SUB CAIZI()
5 A1=INP(&H304) `从A 口采集脉冲信号 A=A1 AND &H1 `判断位PC0是否为1 IFA=1 THEN `若位PC0为1
IFB%=1 THEN 6 `若脉冲不是由低跳到高，跳转 S%=S%+1 `脉冲计数
C%=S%
B%=1 `置脉冲跳变标志变量B 不等于0 LOCATE 10,30 : PRINT SPACE $(10)
LOCATE 10,30 : PRINT S%
ENDIF
6 IF A=0 THEN B%=0 `若PC0不为1，置脉冲跳变标志量B 等于0 GOTO 5 `跳转
END SUB
2. 简要说明单工、半双工和全双工线路传输方式的区别
答：常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工
单工方式：数据仅按一个固定方向传送。因而这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。
半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。
全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送, 但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。
计算机数据采集与处理
年级 08级机电1班
姓名 刘 子 靖
学号 [1**********]8
教师 吴 晓 明
第一章
3. 简述数据采集系统的基本结构形式，并比较其特点。
答：从硬件方面来说数据采集系统的结构形式主要有两种：一种是计算机数据采集系统，另一种是集散型数据采集系统。
计算机数据采集系统的特点是：
（1）系统机构简单，技术上容易实现，能够满足中小规模数据采集的要求；
（2）对环境的要求不是很高，能够在比较恶劣的环境下工作；
（3）价格低廉，降低了数据采集系统的成本；
（4）数据采集系统可作为集散型数据采集系统的一个基本组成部分；
（5）各种I/O模版及软件都比较齐全，很容易构成系统，便于使用和维修； 集散型数据采集系统的特点是：
（1）系统的适应能力强；
（2）系统的可靠性高；
（3）系统的实时响应性好；
（4）对系统硬件要求不高；
4. 数据采集系统的软件功能模块是如何划分的？各部分都完成哪些功能？
答：
（1）模拟信号采集与处理程序对模拟输入信号进行采集、标度变换、滤波处理及二次数据计算、并将数据存入磁盘。
（2）数字信号采集与处理程序是对数字输入信号进行采集及码制之间的转换。
（3）脉冲信号处理程序是对输入的脉冲信号进行点评高低判断和计数。
（4）开关信号处理程序包括一般的开关信号处理程序和中断型开关信号处理程序。
（5）运行参数设置程序对数据采集系统的运行参数进行设置。
（6）系统管理（主控）程序首先是用来将各个功能模块程序组织成一个程序系统，并管理和调用各个功能模块程序，其次是用来管理数据文件的存储和输出。
（7）通信程序用来完成上位机与各个数据采集站之间的数据传送工作。
第二章
3. 对某种模拟信号x(t)，采样时间间隔Ts 分别为4ms 、8ms 、16ms ，试求出这种模拟信号的截止频率f c 分别为多少？
1
T s 答：不产生混频现象的临界条件是f s ==2f c ，当采样时间间隔Ts 分别为
4ms 、8ms 、16ms 时，采样频率分别为250Hz,125 Hz,62.5 Hz, 则最小截止频率分别为125 Hz，62.5 Hz，31.25 Hz。
6. 对采样信号进行量化的最小数量单位是多少？它与FSR 和A/D转换器的位数n 之间有何关系？
答：最小数量单位成为量化单位，量化单位定义为量化满量程电压FSR 与2n 的比值，用q 表示，因此有q =F E R
2n 式中，n 为量化器的位数。
10. 用2的补码计算表达式“16-5”的值。
答：16-5=16+(-5)=(10000)B+(11011)B=(01011)B(不考虑进位)
第三章
3. 某数据采集系统具有8个模拟通道，各通道输入信号频率可达5kHz, 而且至少要用每个采样周期10个采样点的速度进行采样，问：
（1）多路开关的切换速率应是多少？
（2） 可选用什么类型的多路开关？
答：（1）因为各通道输入信号频率可达5kHz ，故各通道采样周期为0.0002s ，要使8个模拟通道在一个周期内采集10各样点的数据，则多路开关的切换速率应是0.0002/10=0.00002s。
（2）根据表3-5，可选用有译码器的多路开关。
第五章
6. 设在某数据采集系统中，采样/保持器的孔径时间t AP =10ns ，A/D转换器的位
数为12，求：（1）采样精度能达到L SB 的最高信号频率f m ax 是多少？（2）若21
采样/保持器的孔径不定∆t AP =1ns ，则最高信号频率f m ax 是多少？
1
2n +1答：（1）f max =πt AP =12⨯3.14⨯10⨯1013-9=3887.5Hz
7. 一个数据采集系统的孔径时间∆t AP =2ns ，试问一个10kHz 信号在其变化率最
大点被采样时所能达到的分辨率是多少？ 答：f max =12n +1πt AP
10⨯103=1
2n +1⨯3. 14⨯2⨯10-9
可求出n=13，达到的分辨率为13位。
第六章
1.A/D转换时间t C O N V =25μs ，最高采样频率f s ≤（40）kHZ ，对应的输入信号最
高采样频率f m ax ≤（24.8）kHZ
2. A/D转换理想特性最大量化误差为多少LSB ？ 答：e max =LSR 2
第七章
3. 12位D/A转换器中，R=1K,R0=2K,U REF =10V , 问U O M A X =?
(2-1) U REF
2n n 答：当D=111 1时，U O max =
U O max =(212-1) ⨯10212=9. 997V
第八章
3. 现有一BASIC 语句为“U=（H*256+L）*10/4096”, 试问该语句完成什么任务？语句中的“H*256+L”部分起什么作用，为什么要“H*256”？
答：该语句是将转换结果的高4位和低8位数据进行合并，一形成完整的数据转换，然后进行标度变换。“H*256+L” 转换结果的高4位和低8位数据进行合并，由于高4位是通过数据总线D 3~D 0的位传送的，因此，在合成12位数据
时，必须高四位上移8位（十进制是255）所以在合并的过程中，应将H 乘以256.
5. 用PS-2304接口板采集脉冲线号，试编写QB 语言采集程序，要求对脉冲信号累加计数和在屏幕上不停的现实脉冲计数值，并每隔1分钟现实改时间内的脉冲数。
解：从A 口PC0位对脉冲信号不断采集计数，每隔60s 显示秒冲信号的计数值，则相应的QB 语言计数程序如下：
DECLARE SUB CAIZI()
DIM SHARED C%
CLS
S%=0 : B%=0 : C%=0
LOCATE 8, 30 :PRINT TIME $
TIME ON `允许程序响应计时事件
ON TIMER(60) GOSUB 10 `每隔60s 转子程序
CALL CAIZI `调用脉冲信号采集过程程序 END
10 LOCATE 8,30 : PRINT TIME $ `当前的时间
LOCATE 12,30 : PRINT S% `显示脉冲信号计数值
LOCATE 14,30 : PRINT C%
RETURN
SUB CAIZI()
5 A1=INP(&H304) `从A 口采集脉冲信号 A=A1 AND &H1 `判断位PC0是否为1 IFA=1 THEN `若位PC0为1
IFB%=1 THEN 6 `若脉冲不是由低跳到高，跳转 S%=S%+1 `脉冲计数
C%=S%
B%=1 `置脉冲跳变标志变量B 不等于0 LOCATE 10,30 : PRINT SPACE $(10)
LOCATE 10,30 : PRINT S%
ENDIF
6 IF A=0 THEN B%=0 `若PC0不为1，置脉冲跳变标志量B 等于0 GOTO 5 `跳转
END SUB
2. 简要说明单工、半双工和全双工线路传输方式的区别
答：常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工
单工方式：数据仅按一个固定方向传送。因而这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。
半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。
全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送, 但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。