件 数据采集系统

中国石油大学（华东）现代远程教育

《数据采集系统》综合复习资料

一、填空题

1. 多路模拟开关指标中的MTBF是指 平均无故障时间 。

2. S/H的捕捉时间是指 S/H的输出从保持状态的值变到当前的输入值所需的时间 。 3. 总线是指 微机应用系统中传送各种数字信息的公共通道，是各种信号线的集合 。 4. A/D转换器的量化误差为 ±1/2 Δ 。

5. 采样是指 按照一定的时间间隔取模拟信号的值 。 6. DAC0832是一种8位的D/A芯片，其输出分辨率是 0.39% 。

7. VFC是 将其输入电压的幅值转换成频率与输入电压幅值成正比的输出脉冲串的器件。 8. 某DAS，10路信号共享一路A/D，信号最高频率为50KHz，则多路开关切换速率至少为 1M Hz时，才能使信号不失真。

9．动态校零放大器的工作分为 调零与保持和 放大与跟踪 两个阶段。 10. 基本比较电路包括 电平检测器 和 迟滞比较器 。

11. 采样/保持器由 输入、输出缓冲放大器 、 模拟开关及控制开关动作的逻辑电路 和 保持电容器 三部分组成。

12. A/D转换器的量化间隔为 VFS/2 。

13. PC总线按功能可分为：数据总线、地址总线、控制总线 。 14. 半导体式多路开关的优点是 体积小、重量轻、动作速度快 。 15. 数据采集系统的发展趋势是 模块化 、高速度 和 智能化 。

16．12位的量化器，满量程电压为10V，量化间隔为 2.44mV ，最大输出为4095或FFFH 。 17．DAC的线性误差是指 芯片的变换特性曲线与理想特性之间的最大偏差 。

18．某数据采集系统，有4路模拟量输入通道，每路信号最高频率可达50KHz，若要保证采样的信号不失真，则多路开关的切换速度至少为 400KHz Hz。

19．12位A/D，单极性应用，VFS=10V，对其调满度时，输入为 9.99634V V，输出应在 FFEH 至 FFFH 之间变化。

20．放大器的零点偏移是指 放大器的输入信号为零时输出电压仍不为零 。 21．测量放大器的特点有 高输入阻抗 、 高共模抑制比 、 低零漂 。

22．某压力测量系统，要求压力测量范围为1Pa~10Pa，则所选A/D转换器的字长至少应为 4 位才能满足要求。

23．n位A/D转换器的最大输出为 2-1 。

nn

24．某12位D/A，-5V—5V双极性应用，输出电压为4V时对应的输入数字量为 E66H 。 25．D/A转换器主要由 参考电压 、 输出放大器 、数字量接口和电阻开关网络四部分构成。 26．电压比较器的作用是 比较两个输入电压的大小，根据比较的结果输出高电平或者低电平 。 27．传感器的作用是 将非电量转换成电量 。

28．电气机械式式多路开关的特点是 体积大，重量大，导通电阻大，断开无漏电流 。

29．某四位BCD码量化器，VFS=10V，则此量化器的量化间隔为0.001V，最大输出的数字量为 9999 。 30．量化是指 将模拟量转化成有限字长表示的数字量的过程 。 二、简答题

1．试述一个典型的数据采集系统应包括哪几个组成部分？并画出DAS的基本组成框图。 答：一个典型的数据采集系统应该包括以下几部分 ⑴传感器 ⑵信号调理电路 ⑶多路模拟开关 ⑷采样保持电路 ⑸A/D转换电路 ⑹计算机及数据输出设备 DAS的基本组成框图如下

2．简述什么是馈送以及减小馈送的方法。

答：在S/H处于保持状态时保持电容CH上的电压应与输入电压Vi变化无关。但实际上由于断开的开关S存在着分布电容CS，输入电压Vi的交流分量将通过CS加到CH上，这就是馈送。增大保持电容CH有利于减小馈送。

3．多路模拟开关主要分为哪两种类型？每种类型多路开关的特点是什么？ 答：多路模拟开关主要分为电气机械式的开关和半导体式的开关。

电气机械式开关的特点：体积大、换线速度慢、导通电阻小、断开电阻大、无漏电流；

1

半导体式开关的特点：体积小、重量轻、动作速度快、导通电阻大、断开有漏电流。 4．简述A/D转换器在双极性使用时应如何调整零点和满度？ 答：调零时：输入电压Vin??VFS? 调满度时：Vin?121?，输出在000…00~000…01之间跳变。 213VFS??，输出在111…10~111…01之间跳变。 225．简述两种I/O寻址方式的优点。

答：隔离I/O寻址方式的优点是：不占用内存空间，程序中很容易区分哪些是输入、输出操作；用于I/O寻址的地址线少，所以译码电路简单；I/O指令格式短，执行时间短；内存映象I/O寻址方式的优点是：所有访问内存的指令都可以用来处理输入输出，对外设中的数据可直接进行操作，不需要专门的I/O指令，编程比较灵活，寻址的控制逻辑也比较简单。 6．什么是D/A转换器？完备的DAC包括哪几部分？

答：D/A转换器是将数字量转换成与之对应的模拟量（电流或电压）的器件。

完备的DAC包括：（1）电阻开关网络；（2）参考电压源；（3）数字接口；（4）输出放大器。 三、16路多路模拟开关AD7506有以下特性参数：

RON=400Ω CI=5pF COT=400pF IR=1nA

现设CL=50pF，RL=10MΩ。试求：（1）若导通信道的信号源内阻RS=1KΩ，估算由于泄漏和负载效应引起的直流误差。（2）达到精度为0.1%的设定时间是多少？ 解：（1）由于RL>>Ron+RS

所以 由于泄漏引起的支流误差EOE=(n-1)IR(Ron+RS)=(16-1)×10(1000+400)=21μV

负载效应误差=(RS+Ron)/ (RS+Ron+RL) ×100%=0.014%。 （2）因为RS≈Ron，CI<

所以 TC=(RS+Ron)CT=(RS+Ron)(COT+CL)

设定时间 tS=TCln(100/%误差)= (RS+Ron)(COT+CL)ln(100/0.1)=(1000+400)(400×10+50×10)ln1000=4.35μs。

四、设四个8路模拟开关构成32路输入通道。已知模拟开关断开时漏电流IR=1.0nA，开关导通电阻Ron=100Ω，信号源内阻RS=1KΩ，负载电阻RL=15MΩ，求： ⑴漏电流及引起的输出误差电压是多少？

⑵若采用分层组合电路，漏电及引起的输出误差电压又是多少？ 解：（1）漏电流I=(4n-1)IR=(4×8-1) ×1.2= (32-1) ×1 =31nA

2

-12

-12

-9

由于RL>>Ron+RS 输出误差电压 EOE=I (Ron+RS)

=31nA×(1000+100)Ω =34.1μV。

（2）漏电流I=(n+1)IR=(8+1) ×1 =9nA 输出误差电压

EOE=I (Ron+RS)

=9nA×(1000+100)Ω =9.9μV。

五、某A/D，n=12,VFS=20V，双极性应用，测温度，温度范围为-100C~100C，对应传感器的输出为-10V~10V，求A/D转换后得到的D1=0FFH和D2=FF0H输出码对应的温度大小分别是多少？ 解：(1)求Vi

ooD1?0FFH?V1?(D1?2n?1)?VFS20?(15?16?15?2048)???8.755V n1222VFS20?(15?256?15?16?2048)???9.922V 2n212D2?FF0H?V2?(D2?2n?1)?(2)确定温度与电压的关系

T?10Vi (3)确定相应的温度

T1?10V1?10?(?8.755)??87.55C T2?10V2?10?9.922?99.22C

1. 某A/D，0~10V量程，n=12 ，单极性输入，测压力，压力范围0~350Kpa，求A/D的数字量为

110010000000及000000001111所代表的压力为多大？ 解：（1）D1=C80H=12×256+8×16=3200 D2=00FH=15

所以：V1=D1VFS/2=3200×10/4096=7.8125V V2=D2VFS/2=15×10/4096=0.0366V

3

1212

oo （2）P:0~350KPa，Vi=0~10V →P=35Vi （3）P1=35V1=35×7.8125=273.4KPa P2=35V2=35×0.0366=1.2814KPa 七、16路模拟开关AD7506有以下特性参数： Ron=400Ω CI=5pF COT=400pF IR=1nA

现设CL=50pF，RL=10MΩ，信号源内阻RS=1KΩ。求开关闭合时的带宽。 解：由于RS≈Ron，CI<

f3db=1/(2π(RS+Ron)CT)=1/(2π(1000+400)(400+50)×10)≈252.6KHz。

八、某A/D，0~10V量程，单极性测压力，对应的压力范围为0 ~500MPa，求A/D转换后得到 111000010000及000110001000输出码所代表的压力大小分别是多少？ 解：(1)求Vi

-12

D1?E10H?V1?D1?VFS10?(14?256?1?16)??8.789V n1222VFS10?(1?256?8?16?8)??0.957V n1222D2?188H?V2?D2?(2)确定压力与电压的关系

P?50Vi (3)确定相应的压力

P1?50V1?50?8.789?439.45MPa P2?50V2?50?0.957?47.85MPa

九、设有一个反相放大器的输入电阻R2为20KΩ,反馈电阻R1为40 KΩ, VOS=1mV,试计算： ⑴闭环增益K； ⑵闭环时的输入阻抗； ⑶由VOS引起的输出失调ΔVO； ⑷如果加补偿电阻RC其值是多少？ 解：（1）闭环增益K=-R1/R2=-40/20=-2

4

（2）输入阻抗Rin=R2=20 KΩ

（3）由VOS引起的输出失调ΔVO=-（1+R1/R2）VOS=-(1+40/20) ×1mV=-3mV

(4) Rc=R1//R2=40//20=(40×20)/(40+20)≈13.33 KΩ

十、设计一个电平转换电路，把0~10V转变成-5~5V，用运算放大器实现。 解：实现电路图如下：

分析：Vo’=-[R/R(0~10V)+R/R(-5V)]=5~-5V Vo=-R/R Vo’=-5~5V

十一、某VFC输出频率范围是：0—100KHz，用其构成A/D转换器，在其满度输入时，计数器的计数值为10，求A/D的转换时间，同时求该A/D具有相当于多少位字长的分辨率？ 解：由题意：10=N=fT→T=N/f=10/(100×10)=0.1s 所以A/D的转换时间为0.1s。 2=N=10

由于2=8196<10000，而2=16384>10000 该A/D只能达到13位字长的分辨率。

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n

4

4

4

3

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（2）输入阻抗Rin=R2=20 KΩ

（3）由VOS引起的输出失调ΔVO=-（1+R1/R2）VOS=-(1+40/20) ×1mV=-3mV

(4) Rc=R1//R2=40//20=(40×20)/(40+20)≈13.33 KΩ

十、设计一个电平转换电路，把0~10V转变成-5~5V，用运算放大器实现。 解：实现电路图如下：

分析：Vo’=-[R/R(0~10V)+R/R(-5V)]=5~-5V Vo=-R/R Vo’=-5~5V

十一、某VFC输出频率范围是：0—100KHz，用其构成A/D转换器，在其满度输入时，计数器的计数值为10，求A/D的转换时间，同时求该A/D具有相当于多少位字长的分辨率？ 解：由题意：10=N=fT→T=N/f=10/(100×10)=0.1s 所以A/D的转换时间为0.1s。 2=N=10

由于2=8196<10000，而2=16384>10000 该A/D只能达到13位字长的分辨率。

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