数据采集是单片机应用中的重要组成部分,尤其在自动化、监测和控制领域中扮演着核心角色。本章主要介绍了数据采集的基本概念、意义、任务、系统构成以及性能指标。
数据采集指的是将物理世界中的模拟量(如温度、压力、流量、位移等)转化为数字量,以便于计算机进行后续的存储、处理、分析和展示。数据采集系统(DAS)是实现这一转化的硬件和软件结合体。
数据采集的意义在于:
1. 生产过程监控:通过采集工艺参数,可以优化生产流程,提高产品质量,降低生产成本。
2. 科学研究:用于获取微观、动态的信息,解决人力无法直接解决的难题。
数据采集系统的主要任务包括:
1. 采集传感器的模拟信号并转换为数字信号,随后送入计算机。
2. 计算机对这些数字信号进行处理,如数据分析、数据记录等。
评价数据采集系统性能的关键指标有:
1. 采样精度:决定了系统能够准确地捕捉到的最小信号变化。
2. 采样速度:影响系统处理实时信息的能力,采样速度越高,实时处理能力越强。
3. 分辨率:系统能够分辨的输入信号最小变化量,通常用最低有效位值(LSB)来表示。
4. 系统精度:实际输出与理论输出之间的差异,以满度值的百分比表示。
5. 采集速度:单位时间内完成的采集次数,与采样周期成反比。
6. 动态范围:信号的最大和最小幅值之比,反映系统能够处理的信号范围。
7. 非线性失真:衡量系统在处理信号时产生的谐波失真的程度。
数据采集系统一般具备的功能包括:
1. 按照预设的采样周期对模拟、数字、开关信号进行采样。
2. 对模拟信号进行处理,包括零漂修正和数字滤波。
模拟信号是一种幅值随时间连续变化的信号,具有易于传送的优点,但容易受到干扰。常见的模拟信号包括传感器输出的电压信号和仪表输出的电流信号(如0~10mA、4~20mA)。
学习数据采集技术时,应重点关注系统的整体架构、关键组件(如ADC、DAC)、软件设计以及性能优化方法。理解并掌握这些基础知识对于设计和实现高效、准确的数据采集系统至关重要。