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1、如何正確使用和選擇數(shù)據(jù)采集卡作者：USB17文章來(lái)源：北京迪陽(yáng)公司點(diǎn)擊數(shù)：更新時(shí)間：2007-5-16???數(shù)據(jù)采集卡,USB數(shù)據(jù)采集卡,PCI數(shù)據(jù)采集卡,高速數(shù)據(jù)采集卡,采集卡,數(shù)據(jù)采集????????????在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來(lái)一些麻煩。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問(wèn)題要解決。采樣頻率、抗混疊濾波器和樣本數(shù)假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)x(t)每隔Δt時(shí)間采樣一次。時(shí)
2、間間隔Δt被稱為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數(shù)1/Δt被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。t=0,Δt,2Δt,3Δt……等等，x(t)的數(shù)值就被稱為采樣值。所有x(0),x(Δt),x(2Δt)都是采樣值。這樣信號(hào)x(t)可以用一組分散的采樣值來(lái)表示：下圖顯示了一個(gè)模擬信號(hào)和它采樣后的采樣值。采樣間隔是Δt，注意，采樣點(diǎn)在時(shí)域上是分散的。圖1模擬信號(hào)和采樣顯示如果對(duì)信號(hào)x(t)采集N個(gè)采樣點(diǎn)，那么x(t)就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示：這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào)x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。注意這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制
3、索引，而不含有任何關(guān)于采樣率（或Δt）的信息。所以如果只知道該信號(hào)的采樣值，并不能知道它的采樣率，缺少了時(shí)間尺度，也不可能知道信號(hào)x(t)的頻率。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。圖２顯示了一個(gè)信號(hào)分別用合適的采樣率和過(guò)低的采樣率進(jìn)行采樣的結(jié)果。采樣率過(guò)低的結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同。這種信號(hào)畸變叫做
4、混疊（alias）。出現(xiàn)的混頻偏差（aliasfrequency）是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對(duì)值。所以說(shuō)采樣頻率最好是被測(cè)信號(hào)的4~~10倍,這樣測(cè)量的信號(hào)才不會(huì)失真.圖2不同采樣率的采樣結(jié)果圖３給出了一個(gè)例子。假設(shè)采樣頻率fs是100HZ,，信號(hào)中含有25、70、160、和510Hz的成分。圖３說(shuō)明混疊的例子采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯特頻率（fs/2=50Hz）的信號(hào)可以被正確采樣。而頻率高于50HZ的信號(hào)成分采樣時(shí)會(huì)發(fā)生畸變。分別產(chǎn)生了30、40和10Hz的畸變頻率F2、F3和F4。計(jì)算混頻
5、偏差的公式是：混頻偏差＝ABS（采樣頻率的最近整數(shù)倍－輸入頻率）其中ABS表示“絕對(duì)值”，例如：混頻偏差F2=
6、100–70
7、=30Hz混頻偏差F3=
8、(2)100–160
9、=40Hz混頻偏差F4=
10、(5)100–510
11、=10Hz 為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集（A/D）之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。在圖３的例子中，這個(gè)濾波器的截止頻率自然是25HZ。這個(gè)濾波器稱為抗混疊濾波器采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置呢？也許你可能會(huì)首先考慮用采集卡支持的最大頻率。但是，較長(zhǎng)時(shí)間使用很高
12、的采樣率可能會(huì)導(dǎo)致沒(méi)有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號(hào)最高頻率成分的２倍就夠了，實(shí)際上工程中選用５～１０倍，有時(shí)為了較好地還原波形，甚至更高一些。通常，信號(hào)采集后都要去做適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理，例如FFT等。這里對(duì)樣本數(shù)又有一個(gè)要求，一般不能只提供一個(gè)信號(hào)周期的數(shù)據(jù)樣本，希望有５～１０個(gè)周期，甚至更多的樣本。并且希望所提供的樣本總數(shù)是整周期個(gè)數(shù)的。這里又發(fā)生一個(gè)困難，有時(shí)我們并不知道，或不確切知道被采信號(hào)的頻率，因此不但采樣率不一定是信號(hào)頻率的整倍數(shù)，也不能保證提供整周期數(shù)的樣本。我們所有的僅
13、僅是一個(gè)時(shí)間序列的離散的函數(shù)x(n)和采樣頻率。這是我們測(cè)量與分析的唯一依據(jù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成圖４ 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上圖表示了數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)?duì)采集板卡初始化，板卡上和內(nèi)存中的Buffer是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。需要注意的兩個(gè)問(wèn)題是：是否使用Buffer？是否使用外觸發(fā)啟動(dòng)、停止或同步一個(gè)操作。北京迪陽(yáng)公司提供(http://www.pc17.com.cn/):數(shù)據(jù)
