多通道数据采集系统
摘要
虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的仪器，它融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形软件编程技术等于一体，利用计算机强大的数字的处理能力来实现仪器的诸多功能，打破了传统仪器的框架，形成了一种新的仪器模式。
本文首先阐述了测控技术和虚拟仪器技术的现状及以后的发展趋势，探讨了虚拟仪器的相关技术、LabVIEW的相关知识，然后阐述了有关数据采集的理论，给出了数据采集系统的框图和硬件结构图。在分析本设计功能的基础上，介绍了程序模块化设计、数据库相关知识、LabVIEW的多线程等技术，最后给出了设计的前面板及程序框图。
本设计采用了虚拟的NI-PCI 6221数据采集卡，利用虚拟仪器及其相关技术实现了多通道数据采集。该系统具有多路采集、实时显示、存储管理与密码保护等功能。
关键字：虚拟仪器；数据采集；LabVIEW；测控技术。
Abstract
Virtual instrument is based on computer related hardware and software by increasing the building made with a visual interface of the instrument, which combines the test theory, theory and technology equipment, computer interface technology, high-speed bus technology and graphics software programming technology is equal to one, the use of powerful digital computer processing power to achieve the instrument's many features, breaking the traditional instruments of the framework, the formation of a new instrument model.
This paper describes the measurement and control technology and virtual instrument technology status and future development trend of related technology of virtual instrument, LabVIEW related knowledge, and then expounded on the theory of data acquisition, data acquisition system is given and the hardware block diagram structure. In the analysis of the design features, based on the procedures introduced modular design, database-related knowledge, LabVIEW multithreading technology, given the design front panel and block diagram.
This design uses a virtual NI-PCI 6221 data acquisition card, the use of virtual instruments and related technology to achieve a multi-channel data acquisition. The system has multi-channel acquisition, display, storage management and password protection.
Key words: Virtual Instrument; DAQ; LabVIEW; Measurement and Control Technology.
目录
摘要 ........................................................................................................................................ I Abstract ..................................................................................................................................... II 第一章绪论 .. (1)
1.1引言 (1)
1.2 技术背景 (1)
1.2.1 测控技术的国内外现状 (1)
1.2.2 虚拟仪器的国内外现状 (2)
1.3 本课题相关理论 (4)
第二章虚拟仪器 (5)
2.1 虚拟仪器的相关技术 (5)
2.1.1虚拟仪器的概念 (5)
2.1.2 虚拟仪器的组成及与传统仪器的对比 (5)
2.1.3 虚拟仪器的硬件技术 (6)
2.1.4虚拟仪器系统组建方案 (8)
2.1.5虚拟仪器的软件技术 (8)
2.2 LabVIEW的相关技术 (10)
2.2.1 LabVIEW的基本概念 (10)
2.2.2 LabVIEW编程相关知识 (10)
第三章数据采集系统的总体方案设计 (12)
3.1 数据采集的相关介绍 (12)
3.1.1 数据采集的基本任务 (12)
3.1.3输入信号的类型 (13)
3.1.4 输入信号的连接方式 (14)
3.1.5 测量系统的分类 (15)
3.1.6 测量系统的选择 (16)
3.1.7 数据系统的一般组成及其描述 (17)
3.1.8 传感器 (19)
3.1.9 信号调理 (19)
3.2 数据采集卡的选择 (20)
3.2.1数据采集卡的选择指标 (20)
3.2.2 NI PCI-6221数据采集卡 (21)
第四章系统软件设计的相关技术 (21)
4.1 程序模块化设计概述 (22)
4.1.1 程序设计的模块化原则 (22)
4.1.2 软件系统的模块化设计原则 (23)
4.1.3 软件系统模块化在本设计中的应用 (24)
4.2 数据库技术 (24)
4.2.1 数据库技术概述 (24)
4.2.2 ADO与数据库的交互技术 (25)
4.2.3 Access数据库 (26)
4.2.4 LabSQL数据库访问技术 (26)
4.3 多线程技术 (27)
4.3.2 LabVIEW与多线程 (27)
4.3.3 多线程技术在本设计中的应用 (27)
第五章具体的多通道数据采集系统的实现 (29)
5.1 登录系统 (29)
5.2 参数设置系统 (30)
5.3 实时数据采集系统 (31)
5.4 历史数据查询 (33)
5.5 VI程序保护 (34)
第六章总结 (35)
致谢 (36)
参考文献： (37)
第一章绪论
1.1引言
测控技术在现代的科学技术和国防科学技术等许多领域中都应用十分广泛，它的发展被认为是科学技术、国防科技现代化的重要的条件和明显的标志。在以往的工业现场各种数据都是采用的人工读数和记录，无法做到对大量的实验数据的实时采集和实时分析。随着现代计算机和微电子等技术的高速发展，结合高精度、高性能的数据采集仪器的应用，使得多路数据采集实现了人工智能化，大量数据采集和分析都由计算机自动完成，大大的提高了测量精度和测量速度。而随着测控技术的不断进步，而后诞生了智能仪器、PC仪器、VXI仪器以及虚拟仪器等自动测控系统，而软件系统在此时也成为了计算机系统的核心，其中LabVIEW 就是计算机处理分析系统软件之一。它简单易懂的图形化编程也使其成为普及率仅次于C++的编程语言[1]。
1.2 技术背景
1.2.1 测控技术的国内外现状
早期的测控系统利用的是大型的仪表对各个设备状态进行监控，然后通过操作盘进行操控；计算机系统则是以计算机为主体，配合检测装置、执行机构与被控对象构成的整体，系统中的计算机用于生产过程的各种监控。但是由于通信协议不开放，这种测控系统只是一个自封闭的系统，只能完成单一的测控功能，而不能实现通用。
随着科学技术的发展，在国防、通信、航空、制造等科技领域，要求测试和处理的信息数据量越来越大、而速度要求也越来越快。但是测试的对象的空间位置却日益分散，测试系统也日益庞大，就此提出了测控现场化、远程化的要求。
网络化的测控技术源起于国外，是在计算机技术、通信技术迅猛发展，以及对大容量分布的测控终端的的大量需求的背景下发展起来，主要分为以下几个阶段：
第一阶段：起始于20世纪70年代通用仪器总线的出现时GPIB实现了计算
机和测控系统的首次结合，这样使得测量仪器从独立的手工操作单台仪器开始向总线计算机控制的多台仪器的测控系统转变。此阶段也是网络化测控系统的雏形与起始阶段。
第二阶段：起始于20世纪80年代VXU标准化仪器总线的出现，此时VXI
系统可以将大型计算机昂贵的外设、VXI设备、通信线路等硬件资源和大型数据库等软件资源纳入网络，使得这些宝贵资源能够共享。此阶段就是网络化的测控系统的初步发展阶段。
第三阶段：随着科学技术的发展，现场总线技术的出现带动了现场总线控制系统的飞速发展，使是的可以在一个工厂范围内通过总线将成千上万智能传感器等智能化的仪表组成一个网络化测控系统，此阶段是网络化测控系统的快速发展阶段。
第四阶段：在对现代要求极高的领域，转通的测控系统已经逐渐无法满足用户的要求，许多部门或大型企业迫切要求构建基于Internet或大型局域网的网络化测控系统，即通常所说的分布式测控网络，此阶段是网络化测控系统发展的成熟阶段[2,3]。
1.2.2 虚拟仪器的国内外现状
虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的仪器。虚拟仪器的出现彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面，从而使得任何一个用户都可以方便灵活地用鼠标或按键在计算机显示屏幕上操作虚拟仪器软面板的各种“旋钮”进行测试工作，并可以根据不同的测试要求通过窗口切换不同的虚拟仪器，或通过修改软件来改变、增减虚拟仪器系统的功能与规模。虚拟仪器具有的这种“可开发性”和“可扩展性”等优越特点使虚拟仪器具有强大的生命力和竞争力。
虚拟仪器的开发环境主要有Visual C++，Visual Basic，以及HP公司的VEE 和NI公司的LabVIEW、Lab Windows/CVI等。VC、VB、Lab Windows/CVI虽然是可视化的开发工具，但它们对开发人员的编程能力要求很高，而且开发周期较长。HP VEE是一个基于图形的虚拟仪器编程环境，拥有较多的用户，缺点是其生
成的应用程序是解释执行的，运行速度较慢。
LabVIEW是目前国际上唯一的基于数据流的编译型图形编程环境，它把复杂、烦琐、费时的语言编程简化成用简单或图标提示的方法选择功能(图形)，并用线条把各种图形连接起来的简单图形编程方式，使得不熟悉编程的工程技术人员都可以按照测试要求和任务快速“画”出自己的程序，“画”出仪器面板，这大大提高了工作效率，减轻了科研和工程技术人员的工作量，因此，LabVIEW是一种优秀的虚拟仪器软件开发平台。
随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善，虚拟仪器将向以下三个方向发展：
(1)外挂式虚拟仪器
PC-DAQ式虚拟仪器是现在比较流行的虚拟仪器系统，但是，由于基于PCI 总线的虚拟仪器在插入DAQ时都需要打开机箱等，比较麻烦，而且，主机上的PCI插槽有限，再加上测试信号直接进入计算机，各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大的威胁，同时，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，故以USB接口方式的外挂式虚拟仪器系统将成为今后廉价型虚拟仪器测试系统的主流。
(2)PXI型高精度集成虚拟仪器测试系统
PXI系统高度的可扩展性和良好的兼容性，以及比VXI系统更高的性价比，将使它成为未来大型高精度集成测试系统的主流虚拟仪器平台。
(3)网络化虚拟仪器
尽管Internet技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起，不过NI等公司已开发了通过Web浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过Internet操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性，我们能够方便地将虚拟仪器组成计算机网络。利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享，减少了设备重复投资。现在，有关MCN(Measurement and Control Networks)方面的标准正在积极进行，并取得了一定进展。由此可见，网络化虚拟仪器将具有广泛的应用
前景[4][5]。
1.3 本课题相关理论
本设计是以研究数据采集技术为目的，利用虚拟仪器技术、数字信号处理技术进行多通道数据采集，实时采集、实时处理、实时存储，信号采用虚拟的NI PCI-6221数据采集卡采集，然后经过PCI总线送入PC机，由软件进行处理，进行数据的实时采集和存储功能等。
第二章虚拟仪器
2.1 虚拟仪器的相关技术
2.1.1虚拟仪器的概念
虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，是两门学科最新技术的结晶，融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形软件编程技术于一体。美国国家仪器公司NI（National Instruments）提出的虚拟测量仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。“软件即是仪器”这是NI公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和I／O部件来构建虚拟仪器。灵活高效的软件能帮助我们创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。
2.1.2 虚拟仪器的组成及与传统仪器的对比
虚拟仪器是基于计算机的功能化硬件模块和计算机构成的电子测试仪器，而软件则是虚拟仪器的核心。我们所用到的虚拟仪器主要是由高效的软件，模块化的I/O硬件以及用于集成的软硬件平台。正由于虚拟仪器的核心是软件，它的性能高、扩展性强、开发时间少以及无缝集成等优势都是传统仪器所无法比拟的。图2.1为虚拟仪器与传统仪器的比较。
图2.1 传统仪器与虚拟仪器的比较
2.1.3 虚拟仪器的硬件技术
（1）卡式仪器
传统仪器主要由控制面板和内部处理电路组成；而卡式仪器自身不带仪器面板，它必须借助计算机强大的图形环境，建立图形化的虚拟面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示。以数据采集卡为例，它通常具有A/D转换、D/A转换、数字I/O和计数器/定时器等功能，有些还具有数字滤波和数字信号处理的功能。现在的多功能数据采集卡多采用了“虚拟硬件(Virtual Hardware，简称VH)的技术，它的思想源于可编程器件，使用户通过程序能够方便地改变硬件的功能或性能参数，从而依靠硬件设备的柔性来增强其适用性和灵活性。目前市面上的VH，其采样率和精度都是可变的。由于卡式仪器与计算机结合紧密，能够充分利用已有的计算机资源，较之传统仪器成本更低廉、使用更灵活、性能更强，因此它是一种极具潜力的仪器种类。
（2）总线技术
①仪器总线
GPIB总线(即IEEE 488总线)是一种数字式并行总线，主要用于连接测试仪器和计算机。该总线最多可以连接15个设备(包括作为主控器的主机)。如果采用高速HS488交互握手协议，传输速率可高到8MBps。
VXI总线(即IEEE 1155总线)是一种高速计算机总线—VME总线在仪器领域的扩展。它是在1987年，由五家测试和仪器公司
(Hewlett-Packard,Wavetek,Tektronix,ColoradoDataSystems,Racal-Dana Instruments)制订的仪器总线标准。VXI总线具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强，最高可达40MBps，定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的特点，因此得到了广泛的应用。不过，由于价格较高，推广应用受到一定限制，主要集中在航空、航天等国防军工领域。
PXI总线是以CompactPCI为基础的，由具有开放性的PCI总线扩展而来(NI 公司于1997年提出)。PXI总线符合工业标准，在机械、电气和软件特性方面充分发挥了PCI总线的全部优点。PXI构造类似于VXI结构，但它的设备成本更低、
运行速度更快，体积更紧凑。目前基于PCI总线的软硬件均可应用于PXI系统中，从而使PXI系统具有良好的兼容性。PXI还有高度的可扩展性，它有8个扩展槽，而台式PCI系统只有3～4个扩展槽。PXI系统通过使用PCI-PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽。PXI总线的传输速率已经达到132Mbps(最高为500Mbps)，是目前已经发布的最高传输速率。因此，基于PXI总线的仪器硬件将会得到越来越广泛的应用。
②计算机总线
ISA总线是一种8位或16位非同步数据总线，工作频率为8MHz，最高数据传输率在8位时为24MBps，16位时为48MBps。这种总线对于低速数据采样与处理来说是有效的，但对于基于高性能PC机的多任务操作系统和高速数据采集系统来说，ISA总线由于其带宽、位数等的限制，故不能满足系统工作的要求。新型主板和高版本操作系统已不再支持ISA总线。
PCI总线是一种同步的独立于CPU的32位或64位局部总线，时钟频率为
33MHz，数据传输率高达132～264MBps，PCI总线技术的无限读写突发方式，可在一瞬间发送大量数据。PCI总线上的外围设备可与CPU并发工作，从而提高了整体性能。PCI总线还有自动配置功能，从而使所有与PCI兼容的设备实现真正的“即插即用”(plug&play)。PCI总线由于上述优点而得到了广泛应用，已成为PC工业的事实标准。
USB通用串行总线(Universal serial bus)和IEEE 1394总线(又叫Fireware 总线)是被PC机广泛采用的两种总线，它们已被集成到计算机主板上。
USB总线能以雏菊链方式连接127个装置，需要一对信号线及电源线。USB 2.0标准的数据传输率能达到480Mbps。该总线具有轻巧简便、价格便宜、连接方便快捷的特点，现在已被广泛用于宽带数字摄像机、扫描仪、打印机及存储设备。IEEE 1394总线是由苹果公司于1989年设计的高性能串口总线，目前传输速率为100、200、400Mbps，将来可达3.2Gbps。这种总线需要两对信号线和一对电源线，可以用任意方式连接63个装置，它是专为需要大数据量串行传送的数码相机、硬盘等设计的[6]。
USB及IEEE-1394总线均具有“即插即用”的能力，与并行总线相比，更适合于连接多外设的需要。
③工业现场总线
为了共享测试系统资源，越来越多的用户正在转向网络。工业现场总线是一个网络通讯标准，它使得不同厂家的产品通过通讯总线使用共同的协议进行通讯。现在，有很多现场总线标准，如ISA-SP50、ProfiBus、CAN、FieldBus和DeviceNet等，它们竞争非常激烈。通用现场总线的发展需要一段时间。
2.1.4虚拟仪器系统组建方案
虚拟仪器的突出成就是不仅可以利用PC机组建成为灵活的虚拟仪器，更重要的是它可以通过各种不同的接口总线，组建不同规模的自动测试系统。虚拟仪器系统按硬件构成方式，可有以下几种组建方案：
(1)GPIB仪器通过GPIB接口卡与计算机组成GPIB系统。
(2)VXI仪器与计算机组成VXI系统。
(3)PXI仪器组成PXI系统。
(4)以DAQ和信号调理部分为硬件组成PC-DAQ测试系统。
(5)并行总线仪器组成并行总线系统。
(6)串行总线仪器组成串行总线系统。
(7)现场总线设备组成现场总线系统。
一般来说，GPIB、VXI、PXI适合大型高精度集成测试系统；PC-DAQ、并行口式、串行口式(如USB式)系统适合普及型的廉价系统；现场总线系统主要用于大规模的网络测试。有时，可以根据不同需要组建不同规模的自动测试系统，也可以将上述几种方案结合起来组成混合测试系统。
2.1.5虚拟仪器的软件技术
软件是虚拟仪器的关键，以下介绍虚拟仪器应用软件的开发平台、仪器驱动程序以及I/O接口软件。
（1）软件开发平台
LabVIEW是目前国际上唯一的基于数据流的编译型图形编程环境，它把复杂、烦琐、费时的语言编程简化成用简单或图标提示的方法选择功能(图形)，并用线条把各种图形连接起来的简单图形编程方式，使得不熟悉编程的工程技术人员都可以按照测试要求和任务快速“画”出自己的程序，“画”出仪器面板，这大大提高了工作效率，减轻了科研和工程技术人员的工作量，因此，LabVIEW是一种优秀的虚拟仪器软件开发平台。
（2）仪器驱动程序
仪器驱动程序是测试系统中最重要的组成部分之一，用来实现仪器硬件的通信、控制功能。传统的仪器驱动程序由仪器硬件厂商随硬件提供，由于不同厂家仪器硬件的差异，使得在更换仪器硬件的同时不得不修改测试代码。为了能自由互换仪器硬件而无需修改测试程序，即解决仪器的互操作问题，VXI plug&play 联盟开发了仪器驱动标准VISA。VISA用G语言(图形语言)或ANSIC语言写成，它可以用于多种虚拟仪器开发环境和多种操作系统。
1999年NI公司提出了可互换虚拟仪器标准IVI(Interchangeable Virtual Instruments)，使程序的开发完全独立于硬件。IVI是建立在VXI plug&play驱动程序标准之上的，它解决了仪器的互操作问题。IVI驱动器通过一个通用的类驱动器实现对仪器的控制。类驱动器是仪器的功能和属性集，通过这些功能和属性集实现对一种仪器类(示波器、数字电压表、函数发生器等)中的仪器进行控制。应用程序调用类驱动器，类驱动器再通过专用的驱动器与物理的仪器通信。专用的仪器驱动器(和对应的物理仪器)可以被改变，但应用程序代码保持不变。采用IVI技术，可以降低软件的维护费用，减少系统停运时间，提高测试代码的可重用性，使仪器编程更简单。
（3）I/O接口软件
I/O接口软件是虚拟仪器系统软件的基础，用于处理计算机与仪器硬件间连接的低层通信协议。当今优秀的虚拟仪器测试软件都建立在一个标准化I/O接口软件组件的通用内核之上，为用户提供一个一致的、跨计算机平台的应用编程接
口(API)，使用户的测试系统能够选择不同的计算机平台和仪器硬件[7,8]。
2.2 LabVIEW的相关技术
2.2.1 LabVIEW的基本概念
LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/PI、ActiveX的软件标准的库函数，是一个功能强大且灵活的软件。利用软件的易操作及已修改性，使其更好的应用于个人的操作中。图形化的程序语言，又称为“Ｇ” 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。LabVIEW最大特点是形象生动可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器[9]。
2.2.2 LabVIEW编程相关知识
LabVIEW编写的程序是由一个VI前面板、数据流框图程序和图标连接端口组成，各部分功能如下：
（1）前面板
前面板是VI的监护室用户接口，与真实物理仪器面板相似，前面板可以包含旋钮、刻度盘、开关、图表和其他界面工具，允许用户通过键盘或者鼠标获取数据显示结果。
（2）数据流框图程序
VI从数据流框图中接收指令，框图程序是一种解决编程问题的图形化方法，
实际上是VI的程序代码。
（3）图标连接端口
VI图标和连接端口的功能就像一个图形化参数列表，可在VI与SubVI之间传递数据。一个VI既可以作为上层独立程序，也可以作为其他程序的子程序，当一个VI作为子程序是，称作SubVI.
虚拟仪器概念是LabVIEW的精髓，也是G语言区别于其他高级语言的最显著特征。正是由于LabVIEW和虚拟仪器的互相作用，才给了二者更长远的发展空间[10]。
第三章数据采集系统的总体方案设计
3.1 数据采集的相关介绍
3.1.1 数据采集的基本任务
数据采集系统的任务，具体地说，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。而数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。
3.1.2 数据采采集的相关技术
根据数据采集的任务可知，数据采集的核心过程就是将连续的模拟信号转换成离散的数字信号，这其中就要涉及到采样。在进行信号采样时，需要遵循采样定理：设连续模拟信号X(t)的频谱为X(f)，以采样间隔Ts采样得到的离散模拟信号为X(nTs)，如果X(f)和Ts满足以下条件，离散信号X(nTs)可以完全确定频谱X(f) 。X(f)有截止频率(即最高频率)fh，即当|f|≥ fh时，X(f)＝0。由采样定理可知，如果要求不产生混叠干扰，首先应使被采样信号X(t)成为有限带宽的信号。为此，对不满足此要求的信号，在采样之前，使其先通过模拟低通滤波器滤除高频成分，使其成为带限信号。这种处理称为抗混叠滤波预处理。其次，应使采样频率fs大于带限信号最高频率fh的2倍，即fs>2fh。在实际工作中，考虑到实际的模拟低通滤波器不可能有理想的截止特性，在其截止频率fh之后总有一定的过渡带，故采样频率常常选为（5～10）fh，有时候为了较好的还原波形，甚至要更高一些[11]。
而在实际工作中，为了能用计算机处理信号，须将采样信号转换成数字信号，也就是将采样信号的幅值用二进制码来表示，由于二进制码的位数是有限的，只能代表有限个信号的电平，故在编码之前，首先要对采样信号进行“量化”。最小数量单位称为量化单位。量化单位定义为量化器满量程电压FSR（Full Scale Range）与2n的比值，用q表示，有： ,式中，n为量化器的位数，也就是采集卡的采样位数。
而在工作中，我们会必不可少的产生由量化引起的量化误差，量化误差的最大值为q，它是一种原理性误差，只能减小而不能完全消除。因此在工作中，我们有两种途径去减小量化误差：（1）减小FSR，即根据输入信号的大小，设置合理的采集卡通道的输入信号范围；（2）增大n的值，即选择采样分辨率高的采集卡。
3.1.3输入信号的类型
在数据采集应用领域，常将被测信号分为数字信号和模拟信号（也称连续时间信号）。数字(二进制)信号分为开关信号或脉冲信号。模拟信号可分为直流、时域、频域信号，如图3.1所示。
图3.1 信号的种类
（1）数字信号(Digital)
第一类数字信号是开关信号(On-Off)，如图所示。一个开关信号运载的信息与信号的瞬间状态有关。TTL信号就是一个开关信号，一个TTL信号如果在2.0V 到5.0V之间，就定义它为逻辑高电平，如果在0到0.8V之间，就定义为逻辑低电平。
第二类数字信号是脉冲信号(Pulse Train)，如图所示。这种信号包括一系列的状态转换，信息就包含在状态转化发生的数目、转换速率、一个转换间隔或多个转换间隔的时间里。
（2）模拟信号(Analog)
模拟直流信号(DC)是静止的或变化非常缓慢的模拟信号。
直流信号最重要的信息是它在给定区间内运载的信息的幅度。常见的直流信号有温度、流速、压力、应变等。采集系统在采集模拟直流信号时，需要有足够的精度以正确测量信号电平。
模拟频域信号(Frequency Domain)与时域信号类似，但从频域信号中提取的信息是信号的频域内容，而不是波形的形状，也不是随时间变化的特性，如图所示。用于测量一个频域信号的系统必须有必要的分析功能，用于从信号中提取频域信息。为了实现这样的数字信号处理，可以使用应用软件或特殊的DSP硬件来迅速而有效地分析信号。模拟频域信号也很多，比如声音信号、地球物理信号、传输信号等。
现实中的信号并不是互相排斥的，一个信号可能运载有不只一种信息，可以用几种方式来定义信号并测量它，用不同类型的系统来测量同一个信号，从信号中取出需要的各种信息。
模拟时域信号(Time Domain)运载的信息不仅有信号的电平，还有电平随时间的变化，如图所示。在测量一个时域信号或者说是波形时，需要关注波形形状的特性，如斜度、峰值等。为了测量一个时域信号，必须有一个精确的时间序列，间隔也要合适，以保证信号的有用部分被采集到。现实中存在许多不同的时域信号，比如心脏跳动信号、视频信号等，测量它们通常是因为对波形的某些方面的特性感兴趣。
3.1.4 输入信号的连接方式
接入数据采集设备的信号根据参考点的不同可以分为接地信号和浮动信号两种类型。接地信号：就是以系统地（如建筑物的地）为参考点的信号，也称参考信号。因为接地信号用的是系统地，所以与数据采集设备是共地的。最常见的接地信号源是通过墙上的接地引出线接入建筑物地的设备，如信号发生器和电源。一个不与任何地（如大地或建筑物的地）连接的电压信号称为浮动信号，浮动信号的每个端口都与系统地独立。一些常见的浮动信号源有电池、热电偶、变
压器和隔离放大器等。
3.1.5 测量系统的分类
（1）差分测量系统（DEF）
信号的正负极分别与一个模拟输入通道相连接。具有仪器放大器（Instrumentation Amplifier）的数据采集设备可配置成差分测量系统。一个理想的差分测量系统能够精确测量（+）和（-）输入端口之间的电位差，并将共模电压完全抑制掉。需要注意，若输入共模电压超过允许范围，将会降低测量系统的共模抑制比。为了避免测量误差，需要限制信号地与数据采集卡的地之间的浮地电压。图3.2为八通道差分测量系统。
图3.2 八通道差分测量系统
（2）参考地单端测量系统(RSE)
所有信号均使用同一个参考电压或接地电压，也称为接地测量系统。在接地测量系统中，被测信号一端接模拟输入通道，另一端直接与系统地AIGND相连。图3.3为十六通道参考地单端测量系统。
基于Ucos的多通道数据采集系统(DOC)(可编辑修改word版)
课程设计(论文)任务书 信息工程学院物联网专业2014-2 班 一、课程设计(论文)题目基于Ucos 的多通道数据采集系统 二、课程设计(论文)工作自2017 年06 月26 日起至2017 年06 月30 日止。三、 课程设计(论文) 地点:嵌入式系统实验室 四、课程设计(论文)内容要求： 1.本课程设计的目的 （1）使学生掌握嵌入式开发板（实验箱）各功能模块的基本工作原理； （2）培养嵌入式系统的应用能力及嵌入式软件的开发能力； （3）使学生较熟练地应用嵌入式操作系统及其API 开发嵌入式应用软件； （4）培养学生分析、解决问题的能力； （5）提高学生的科技论文写作能力。 2.课程设计的任务及要求 1）基本要求： （1）分析所设计嵌入式软件系统中各功能模块的实现机制； （2）选用合适嵌入式操作系统及其API； （3）编码实现最终的嵌入式软件系统； （4）在实验箱上调试、测试并获得最终结果。 2）创新要求： 在基本要求达到后，可进行创新设计，如改善嵌入式软件实时性能；扩展嵌入式软件功能及改善其图形用户界面。 3）课程设计论文编写要求 （1）要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文。 （2）论文包括目录、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等（以上可作微调）。 （3）课程设计论文装订按学校的统一要求完成。 4)课程设计评分标准： （1）学习态度：20 分； （2）回答问题及系统演示：30 分 （3）课程设计报告书论文质量：50 分。 成绩评定实行优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级。不及格者需重做。 5）参考文献： （1）罗蕾.《嵌入式实时操作系统及应用开发》北京航空航天大学出版社 （2）Jean https://www.sodocs.net/doc/3116648919.html,brosse. 《嵌入式实时操作系统uC/OS-II》北京航空航天大学出版社 （3）王田苗.《嵌入式设计与开发实例》.北京航空航天大学出版社 （4）北京博创科技公司. 《嵌入式系统实验指导书》
多通道模块化高速通信数据采集与分析平台
多通道模块化高速通信数据采集与分析平台 1.设备技术参数： 多通道模块化高速通信数据采集与分析平台，可同时采集多路高速模拟信号并进行FPGA实时在线并行处理，可与软件无线电平台进行交联，借助PXI 高带宽低延迟的特性以及开放的FPGA架构，以及扩展的高稳定时钟模块，完成更加复杂的通信系统数据采集与分析任务。 1)高速信号采集： a.通道数：2端口 b.采样率:80MS/s c.ADC位数:14位 d.软件可选曾益：0dB，6dB,12dB e.硬件滤波器:可选择的椭圆、贝塞尔和旁通硬件滤波器 f.总谐波失真：-89.5dBc(9.7MHz,12dB Gain) g.无杂散动态范围:-91dBc(9.7MHz,12dB Gain) 2)实时信号分析模块: a.板载Kintex-7XC7K410T FAPGA芯片，2GB板载内存 b. 3.2GB/s带宽 c.前端包含132条单端I/O线，可配置为66组差分线对 d.支持点对点传输，实现FPGA模块之间，或PXIe模块之间实现直接的高速 数据传输 3)系统高精度时钟源： a.OCXO PXI时钟模块，时钟精度±80ppb b.可用于生成时钟和触发信号，并路由到PXI机箱的背板 c.可利用PXI Express的高级低电压差分信令(LVDS)触发总线：PXIe?DStarA、 PXIe?DStarB和PXIe?DStarC d.可生成两种类型的时钟：信号基于板载精密控温晶体振荡器(OCXO)参考时 钟的高稳定10MHz时钟；和直接数字合成(DDS)时钟生成电路生成的时钟 e.生成时钟频率范围:0.2794Hz~1GHz 4)系统扩展接口： a.两个MXI Express接口,可用于扩展软件无线电外设或PXI机箱,传输带 宽:1GB/s b.不少于三个扩展槽位，用于未来扩展更高密度采集通道以及运算单元 5)嵌入式处理器: a.Intel Xeon系列8核控制器 b.4*USB2.0接口，2*USB3.0接口 c.16GB运行内存 d.支持Real-Time OS系统 e.24GB/s系统带宽 f.支持图形化语言开发上位机与FPGA程序
数据采集系统简介研究意义和应用.doc
一前言 1.1 数据采集系统简介 数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机（或微处理器）的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。该数据采集系统是一种基于TLC549模数转换芯片和单片机的设备，可以把ADC采集的电压信号转换为数字信号，经过微处理器的简单处理而交予数码管实现电压显示功能，并且通过与PC的连接可以实现计算机更加直观化显示。 1.2 数据采集系统的研究意义和应用 在计算机广泛应用的今天，数据采集的在多个领域有着十分重要的应用。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。利用串行或红外通信方式，实现对移动数据采集器的应用软件升级，通过制订上位机(PC)与移动数据采集器的通信协议,实现两者之间阻塞式通信交互过程。在工业、工程、生产车间等部门，尤其是在对信息实时性能要求较高或者恶劣的数据采集环境中更突出其应用的必要性。例如：在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集。这其中有很多地方需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有A/D 卡以及422、485等总线板卡。卫星数据采集系统是利用航天遥测、遥控、遥监等技术，对航天器远地点进行各种监测，并根据需求进行自动采集，经过卫星传输到数据中心处理后，送给用户使用的应用系统。 1.3 系统的主要研究内容和目的 本课题研究内容主要包括：TLC549的工作时序控制，常用的单片机编辑Ｃ语言，VB 串口通信COMM控件、VB画图控件的运用等。 本课题研究目的主要是设计一个把TLC549（ADC）采集的模拟电压转换成八位二进制数字数据，并把该数据传给单片机，在单片机的控制下在实验板的数码管上实时显示电压值并且与计算机上运行的软件示波器连接，实现电压数据的发送和接收功能。
脉搏监测系统
姓名: 学院: 机电工程学院班级: 10机工A1 学号: 指导老师: 实训时间: 2013.6 实训地点: 14号楼411
脉搏监测系统 （一）内容 基于单片机或PC机，设计一套测试系统，用于将外周血管搏动（即脉搏跳动）信号进行采集分析。 集体要求： 1.测量脉搏显示波形图 2.计算脉搏测量的结果，并进行报警判断，控制报警灯显示 3.保存测量数据 4.数据回放 （二）要求 1.提出设计方案（提出测量原理，选择传感器，构建测试系统） 2.设计测量电路 3.测试软件设计 利用汇编语言、Labview或其他的开发程序（VB、VC等），设计测试软件进行数据是采集和分析。 4.调试 5.撰写报告 （三）报告要求 1.综合实践的内容 2.撰写总体的设计方案，并画出测试系统框图 3.硬件选用（包括传感器、采集卡的选用和安装等） 4.电路设计（包括测量电路的设计等电路，系统总电路） 5.测量软件的设计 利用Labview或其他的开发程序（VB、VC等），设计测试软件进行数据是采集和分析。包括软件设计流程图，各功能实现的方法和代码（包括各主程序，子程序的描述以及相应的重要参数设置等描述） 6.小结和体会（可以包含调试中遇到的问题）。
目录 一、实训目的 二、总体方案设计 三、系统硬件元器件选用 四、电路总体设计 五、测试软件设置 六、课程设计小结 七、参考文献
脉搏监测系统传感器设计 一、实训目的 本次传感器应用实训的目的是巩固《传感器与检测技术》所学的各种传感器的原理及应用，同时综合《电子技术》《可编程控制技术》等课程所学的专业知识，制作并调试一个典型传感器作品，熟悉传感器及其处理电路的设计、制作、与调试方法，熟练掌握各种常用测量仪表的使用。 二、总体方案设计 1.测试原理 累积数千年来丰富临床经验的脉诊，是中国医学独特的诊病方法，在诊“望、闻、问、切”中占有重要的位置。由脉诊所得的脉象反映人体各和病理 状况，反映了五脏六腑气血盛衰观察体内功能变化的一个重要根据脉象的变化，可探测人体脏腑的气血、阴阳、生理与病理的状况。我国中医学家千年 的实践总结而成的脉学理论在中医辨证论治中起着重要的作用，也是人类的 重大贡献。目前，通过脉搏波的分析已经可以方便的估算出被测者的心血管 血流动力学的各项参数，如心输出量、外周阻力、血管顺应性等。然而要想 准确的判断患者的心血管等方面的情况和预测心血管疾病发生的可能性, 以 便及时采取措施有效地减少危险因素，首要的条件是要能准确清晰的获取患 者的脉搏信号。随着电子计算机技术和测量技术的迅速发展，脉搏测量、记 录和分析也有了很大的改善和进步。 脉搏的测量有很多方法，本系统主要是利用压力式传感器来获取脉搏信号。由压力式传感器采集脉搏信号，经过前置放大电路、滤波电路、积分和 比较电路后得到与脉搏相关的脉冲信号。人体的脉搏波可用特制的脉搏描记 器记录下来。从可见每个脉搏波描记曲线都由升支A和降支K构成。随后心 室舒张，心室内压低于主动脉血压，于是动脉血倒流，导致主动脉瓣关闭， 在曲线上形成降支切迹N，也叫降中峡或重波谷降支的形状与外周阻力的大 小有关；如阻力大则降支坡度较缓，其切迹的位置较高；反之，切迹的位置 较低。脉搏波的形状，因循环系统的情况改变而不同。 该系统的最大特点是用LabVIEW虚拟仪器的操作面板及相应的程序, 显 示出脉搏的波形。虚拟仪器系统一般是由计算机、应用软件、数据采集卡和
基于LabVIEW的多通道数据采集系统信号处理
目：基于LabVIEW的多通道数据采集系统 2010 年 03 月 20 日 互联网会议PPT资料大全技术大会产品经理大会网络营销大会交互体验大会 毕业设计开题报告 1．结合毕业论文课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 1. 本课题的研究背景及意义 近年来，以计算机为中心、以网络为核心的网络化测控技术与网络化测控得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防科技领域。网络化的测控系统大体上由两部分组成：测控终端与传输介质，随着个人计算机的高速发展，测控终端的位置原来越多的被个人计算机所占据。其中，软件系统是计算机系统的核心，设置是整个测控系统的灵魂，应用于测控领域的软件系统成为监控软件。传输介质组成的通信网络主要完成数据的通信与采集，这种数据采集系统是整个测控系统的主体，是完成测控任务的主力。因此，这种“监控软件-数据采集系统”构架的测控系统在很多领域得到了广泛的应用，并形成了一套完整的理论。 2. 本课题国内外研究现状 早期的测控系统采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监控，通过操作盘进行集中式操作；而计算机系统是以计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被控对象共同构成的整体。系统中的计算机实现生产过程的检测、监督和控制功能。由于通信协议的不开放，因此这种测控系统是一个自封闭系统，一般只能完成单一的测控功能，一般通过接口，如RS-232或GPIB接口可与本地计算机或其他仪器设备进行简单互联。随着科学技术的发展，在我国国防、通信、航空、气象、环境监测、制造等领域，要求测控和处理的信息量越来越大、速度越来越快。同时测控对象的空间位置日益分散，测控任务日益复杂，测控系统日益庞大，因此提出了测控现场化、远程化、网络化的要求。传统的单机仪器已远远不能适应大数量、高质量的信息采集要求，产生由计算机控制的测控系统，系统内单元通过各种总线互联，进行信息的传输。 网络化的测控技术兴起于国外，是在计算机网络技术、通信技术高速发展，以及对大容量分布的测控的大量需求背景下发展起来，主要分为以下几个阶段：第一阶段： 起始于20世纪70年代通用仪器总线的出现，GPIB实现了计算机与测控系统的首次 结合，使得测量仪器从独立的手工操作单台仪器开始总线计算机控制的多台仪器的测控系统。此阶段是网络化测控系统的雏形与起始阶段。第二阶段：
PLC的高速数据采集分析与记录工具介绍
PLC的高速数据采集分析与记录工具 在工业现场，设备调试时经常遇到需要对PLC各种变量捕捉分析，优化控制时序，检查动作过程是否准确等情况；在设备运行时又需要对设备的运行状态进行全方位的监控和记录，方便设备故障后，故障过程的重现与故障原因的分析，尤其一些控制逻辑复杂的设备，这种需求更加突出。 在一般情况下，SCADA监控软件的趋势记录就可以满足需求，但是SCADA在趋势与记录上存在很大的劣势，比如，采集数据量大的系统（系统本身庞大，需要采集的数据点多），采集速度要求高的系统（系统本身运行快，要求最大程度复现控制器内逻辑与数据的处理过程，如西门子TDC等），这些情况下，单纯的依靠SCADA已经无法满足我们的需要，那么就需要专用的数据采集分析与记录工具帮我们完成。 下面是对PLC的一些数据采集与记录工具的介绍。 1）、iba公司的PDA 既然要说数据采集记录工具，首先要提的当然是强大的PDA，软件本身支持很多驱动，可以选择带硬件支持的版本，一般采用控制器连接iba公司的模块，模块通过光纤连接工控机的配置方法，能够最大限度提高速度，当然也有纯软件的版本，这个软件在钢铁行业应用的比较多，如轧制过程的数据采集记录。（不过，这个软件的价格我只能呵呵了），软件截图：
2）、AUTEM公司的PLC-ANALYZER pro 关于此软件，同样提供多种驱动。支持的PLC-Driver有Siemens SIMATIC S7 / C7 / M7, SAIA xx7, VIPA, SIMATIC S5, Siemens LOGO!, SINUMERIK, SIMOTION, BOSCH, CoDeSys, PILZ, Phoenix, Jetter, Allen-Bradley, GE Fanuc, HITACHI, OMRON, Mitsubishi, Schneider, AUTEM AD_USB-Box?, Beckhoff TwinCat等，对于西门子的PLC，支持 MPI/PROFIBUS/ETHERNET等，但是在软件的实际使用时你会发现，软件功能较PDA逊色不少。软件截图：
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计 The Design Of Multi-channel Data Acquisition System Based On STM32 中国地质大学（北京） 指导教师 2013.3.31
摘要 本文是基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器的应用实践，介绍了基于STM32单片机的数据采集的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有着非常重要的作用。本文介绍的重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据采集与通信控制采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了单片机STM32来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括A/D模数转换模块，显示模块，和串行接口部分。该系统从机负责数据采集并应答主机的命令。输入数据是由现场模拟信号产生器产生，8路被测电压再通过模数转换器ADC0809进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据传输到上位机，由上位机负责数据的接受、处理和显示，并用LCD数码显示器来显示所采集的结果。软件部分应用Keil uVision4通过C++编写控制软件，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。 关键词：数据采集 89C52单片机 ADC0809 Keil uVision4
Abstract This article is an application of STM32 series embedded ARM controller based on Cortex-M3 and it describes the hardware design and software design of the data on which based on signal-chip microcomputer .The data collection system is the link between the digital domain and analog domain. It has an very important function. The introductive point of this text is a data to collect the system. The hardware of the system focuses on signal-chip microcomputer .Data collection and communication control use modular design. The data collected to control with correspondence to adopt a machine 8051 to carry out. The part of hardware’s core is STM32, is also includes A/D conversion module, display module, and the serial interface. Slave machine is responsible for data acquisition and answering the host machine.8 roads were measured the electric voltage to pass the in general use mold-few conversion of ADC0809,the realization carries on the conversion that imitates to measure the numeral to measure towards the data that collect .Then send the data to the host machine.the host machine is responsible for data and display, LED digital display is responsible display the data. The software is partly programmed with C++ of the Keil uVision4. The software can realize the function of monitoring and controlling the whole system. It designs much program like data-acquisition treatment,data-display and data-communication ect. Keyword: data acquisition AT89C52 ADC0809 Keil uVision4 目录
脉搏测量仪 报告
五邑大学 电子系统设计开题报告 题目：脉搏测量仪 五邑大学教务处制 2011年8月
一、课题来源、国内外研究现状与水平及研究意义、目的。 1．课题来源 便携式心率测试仪 2．国内外研究现状与水平 在先进科学技术的推动下，医疗仪器的相关技术日新月异，全球医疗仪器的发展朝微小化迈进。便携式、低功耗的心率计会越来越受到人们的青睐。长期以来，各种静态的、动态的、随身携带的、远程遥控的心率计已经相继问世。 由于心率和心率变异是临床心血管疾病诊断所需要的重要生理参数，有关心率和心率计的研究一直以来成为医学、电子学、工程技术领域科研的工作者们的涉足焦点。在国外到06年底，已经开始研究可佩戴式心率计。植入人体式心率计。国内的心率计产品由于受相关科学水平及生产设备的限制，功能和集成度不及国外。 脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势发展： （1）自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。 目前很多脉搏测量仪都具有检测血氧等其他功能，但是对于这些信号的分析和诊断还需要一些有经验的医生观察，进行分析以 后才能确认结果，浪费大量的人力，且认为引入的误差较大。因 此，未来脉搏自动监测的内容将更加详细，自动分析诊断的功能 也将更加强大。 （2）数字化技术等先进技术的应用。 随着数字科学技术的发展，脉搏测量仪的集成度将更高，更便于携带。数字信号处理的运用将使干扰更小，测量更加准确。 （3）多功能化越来越明显。 目前的脉搏测量仪，一般都有测试血氧、心电图等功能，单纯的脉搏测量仪已经很少见到。随着电子技术的发展，脉搏测量仪 必将实现更多的功能。 设计中使用到的系统利用压电陶瓷片将脉搏转化为电压信号，经过信号调理后利用AT89S51单片机进行信号采集和处理，在短时 间内，测量人体一分钟的脉搏数，并将心率进行实时显示，便于 携带。达到了方便、快速、准确测量心率的目的。这样的脉搏测 量系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定，比较适 应大众化，适合家庭进行自我检查以及医院护士进行每日的临床 记录。 3．研究意义和目的 （1）通过该课题学习掌握心率测量的原理、方法、实现过程。 （2）学会相关的单片机知识，能够较全面的融合电路、电子技术、信号采集和处理、程序设计等等的专业知识。 （3）使中医更加科学化，不是单凭经验就得出患病的诊断。 （4）实现脉搏的可见性，方便家庭和护士临床检查使用。
-基于Labview的多通道数据采集系统设计
第一节系统整体结构 系统的整体组成结构是测量目标经过传感器模块后转换成电信号，在由信号调理模块对信号做简单的调理工作，例如，scc-sg04全桥应变调整模块，scc-td02模块，scc-rtd01热电偶热电阻制约模块等，将调理好的信号传送到数据采集模块中进行数据采集，然后在用软件进行特定的处理。在采集的过程中同时将数据保存到指定数据库里。如图4-1多通道数据采集系统硬件结构图所示。 图4-1 多通道数据采集系统硬件结构图 第二节数据采集系统的硬件设计 一、PC机 传统仪器很多情况完成某些任务必须借助复杂的硬件电路，而由于计算机数据具备极强的信号处理能力，可以替代这些复杂的硬件电路，这便是虚拟仪器最大的特点。数据采集系统能够正常运行的前提便是选择一个优良的计算机平台。由于数据采集功能器件通常工作在工业领域中，往往伴随着强烈的振动，噪声，电源线的干扰和电磁干扰等。为了保证记录仪正常的运行，设计系统时选定工业计算机。考虑到计算机平台的可靠运行工业计算机通常采取了抗干扰措施。另一方面的考虑是工业计算机通常具有很多类型的接口，这样有利于功能进一步的扩展。 二、传感器 传感器设备能接受到来自测量目标发来的信号，而且把接受到的讯息，通
过设定的变换比例将其改变成为电信号亦或其它形式，从而能够完成数据信号的处理、存储、显示、记录和控制等任务。传感器是系统进行检测与控制的第一步。 三、信号调理 经过传感器的信号大多是要经过信号调理才可以被数据采集设备所接收，调理设备能够对信号进行放大、隔离、滤波、激励、线性化等处理。由于不同类型的传感器各有不同的功能，除了考虑一些通用功能之外，还要依据不同传感器的性质和要求来实现特殊的信号调理功能。信号调理电路的通用功能由如下几个方面： （1）放大功能为了提高系统的分辨率以及降低噪声干扰，微弱信号必须要进行放大，从而使放大之后信号电压与模数转换的电压范围一致。信号在经过传感器之后便直接进入信号调理模进行调理，这样就不易受到外部环境的影响，从而使得信噪比进一步的改善。 （2）隔离功能隔离是指为了避免直接的电连接，通过光线、交互电源或变压等方法，使得数据信息在系统之间进行传递。使用隔离的原因：一是为了安全考虑；二是能够保证采集到的数据不会受到其它原因的影响。 （3）滤波滤波是为了保证测量的信号的纯洁性，滤去不需要的信号。大部分的信号调理模块具有一个低通滤波器是用来过滤噪声。通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最高频率以上的所有频率的信号。 （4）激励功能信号调理模块能够为某些传感器提供激励信号，而且很多信号调理模块都提供有电流源和电压源以便给传感器提供激励。 （5）线性化大部分的传感器是测量信号的线性和非线性响应的结合，为了使传感器误差补偿，对输出信号的线性化是必要的。目前，该数据采集系统可以通过软件解决这个问题。 四、输入信号的类型 要知道信号采集到的数据集，这是因为信号的要求和系统性能的不同的测量是不同的，只有了解被测信号的性质，才可以准确地选择合适的采集系统。 一个任意的信号在时间上是一个物理量的变化。在一般情况下，信号携带的信息是非常广泛的，如：状态，率，水平，形式，频率等。根据信号运载信息的不同，可以将信号分为数字信号或模拟信号。其中数字信号包括脉冲信号和开关信号两种类型。模拟信号包括直流信号、时域信号、频域信号等。 （1）数字信号 第一类数字信号为开关量信号，如图4-2所示。一个开关信号携带信息信
脉搏参数采集
1 绪论 脉搏人体血管的跳动，脉搏跳动的状况可以在一定程度上反映出人体的健康状况。号脉是中医特有的传统诊疗方式，医生们通过号脉来诊断出病人的病情，但是传统的号脉方式主要是医生们通过经验来号脉，有一定的误差，如果诊断失误还可能会造成误判，从而导致病人的病情恶化。随着科技的发展，通过仪器完全可以代替传统的方式，而且其更有判断依据，更加的可靠。现在越来越多的医院，不论是大型的医院还是乡村医院都需要脉搏参数器。 该系统先采用传感器对人体的脉搏信号进行采集，然后将采集到的信号经过前置放大、模拟滤波、后后级放大电路进行处理，再经过A/D转换电路，最后单片机通过串口通信电路把信号送到PC机接口，最后显示信号。这种实时显示对于医学中心血管监护方面具有重要的参考价值，它可以非常方便医生对病人的诊断，同时也可以使诊断更准确。 一般人体的脉搏信号的幅度一般都在0~10mV左右，而A/D转换器的输入范围为-5~+5V，所以模拟信号处理电路应该放大到-5~+5V。通过仿真结果表明，脉搏信号频率范围为0.5~20Hz，并且最后通过主控电路，可以在PC机上实时显示采集波形信号。 1
2 整体电路设计 本系统主要脉搏信号采集电路、脉搏前置放大、滤波、后级放大电路、AT89S51单片机、A/D 转换模块、串口电路发送模块组成。对微弱的脉搏信号进行采集必须选择合适的传感器，通过传感器采集的信号经过各处理电路的放大、滤波后，再经过A/D 转换传给单片机通过串口通信输出到PC 机，直接显示出来。系统总原理框图如图2.1所示。 图2.1 系统总原理框图 信号采集传感器 前置放大电路 滤波电路 后级放大电路 A/D 转换电路 单片机控制 电 路 串口通信电 路 PC 显示端
Saleae 8通道24M采样逻辑分析手册
Saleae minilogic 24M 8CH 逻辑分析仪使用手册 MIRROROK QQ 4641452 https://www.sodocs.net/doc/3116648919.html,/ite m.htm?id=12378862970
一、软件的安装 1，首先安装软件Logic Setup 1.1.4 (32-bit)，可从https://www.sodocs.net/doc/3116648919.html,/downloads 下载，还有支持其他操作系统的软件版本，可选择对应的操作系统下载 2，选取安装的软件Logic Setup 1.1.4 (32-bit).exe，双击进行安装：
3.选择NEXT，进入下一步： 4.按照上图选择后，点击NEXT,出现下面界面
默认安装路径已经设置在C:\PROGRAM FILES\SALEAE LLC,不选的话按照默认的安装目录,此时选择NEXT;也可以设置自己设定的目录. 5.安装过程可能需要1-2分钟
6.安装完成后出现下面界面： 7.安装完毕之后启动一下我们可以到可以看到以下界面： 二、基本使用方法：
在没有连接MINILOGIC的时候软件处于模拟状态Simulation，此时可以进行软件的信号模拟； 2.1选取 Analyzers右侧的加号 + 如下图 提示增加一个协议分析 Add a protocol analyzer 2.2出现右侧一组协议分析类型共7种如下： CAN,I2C 1-WIRE ASYNC SERIAL,SPI,INI/O,I2S/PCM; 协议类型简介：请看附件选取I2C 协议类型，如下图 选择模拟I2C,出现分析设置界面： 选取默认设置，SDA信号模拟在通道0，SCL信号模拟在通道1，地址显示设置选用默认的。
LMS-SCADAS多功能数据采集系统简介
数据采集系统 LMS SCADAS多功能数据采集系统 当今，产品的研发周期越来越短，用于产品性能测试的时间越来越少。在全 球的各个行业中，试验部门正承受着巨大的压力——要用尽量少的时间和资 源配合产品的设计与更新，完成尽可能多的试验任务。LMS SCADAS数据采 集系统能够保证完成各种类型的试验任务，并且其高性能、高效率的特点， 可以让试验工程师更充分地利用资源，同时完成多项试验任务，大大地缩短试验周期。 LMS SCADAS硬件以其卓越的性能和高度的可靠性著称，无论是进行试验室 测试还是现场测试都能保证最优的测试质量和精度。LMS SCADAS硬件与LMS https://www.sodocs.net/doc/3116648919.html,b和LMS Test.Xpress软件无缝集成，可以快速完成所有的测试设 置，在保证最佳数据质量和精度的同时，高效地完成测试任务。正由于LMS SCADAS硬件具有如此多的优点，全球范围内每天都有数以万计的用户正在 使用LMS产品进行着测试工作，采集各种试验数据。 为您量身定制的LMS SCADAS解决方案——保证随时随地的完美表现 LMS SCADAS硬件的最大优点是灵活性与可扩展性，有多种型号可供客户选 择－从紧凑的便携式系统，全自动的智能记录仪，直至大通道数的试验室系统。LMS SCADAS硬件支持多种传感器，具有多种信号调理功能，是进行噪 声、振动、声学和耐久性等试验任务的理想前端。最重要的是，LMS SCADAS 注重多功能性，即可以作为一个移动的前端使用，也可以作为独立的记录仪 在外场使用。同时，LMS SCADAS硬件还为在恶劣条件下进行声学测试或耐 久性数据采集提供了统一的测试系统。 “LMS SCADAS系统注重于应用的多样性，使用户 的投入获得最大的回报。” ?通用的硬件平台，同时适用于试验室测试、外场测试，并支持记录仪模式，独立地完成数据采集 ?专业用于噪声、振动、声学和疲劳耐久性能测试
脉搏波提取电路的设计
无锡工艺职业技术学院毕业设计（论文） 题目：脉搏波提取电路的设计 系部：电子信息系 专业：应用电子技术 姓名：于鹏 学号：2009261231 指导教师：李冬 职称：高级实验师 二0一二年五月十日
目录 第一章绪论 (3) 第二章设计方案论证 (4) 2.1设计任务 (4) 2.2系统统计原则 (4) 2.3总体结构框架 (5) 2.3.1脉搏信号的提取 (5) 2.4信号调理电路设计 (5) 2.4.1设计要求 (5) 2.4.2滤波电路设计 (6) 2.4.3电压提升电路设计 (8) 2.4.4信号调理电路的仿真分析 (8) 第三章硬件电路设计 (9) 3.1单片机的选择 (9) 3.1.1数据采集 (10) 3.1.2MAX1240模数转换器简介 (10) 3.1.3串行通讯 (12) 3.2整体单片机电路模块 (15) 3.2.1电源模块设计 (15) 3.2.2+5v电源设计 (16) 3.2.3负电源设计 (16) 第四章软件设计 (17) 4.1初始化程序设计 (17) 4.2中断处理子程序设计 (17) 4.3输入口处理子程序设计 (18) 第五章总结 (19) 参考文献 (20) 附录 (21)
第一章绪论 人体的脉搏波可用特制的脉搏描记器记录下来。从可见每个脉搏波描记 曲线都由升支A和降支K构成。随后心室舒张，心室内压低于主动脉血压， 于是动脉血倒流，导致主动脉瓣关闭，在曲线上形成降支切迹N，也叫降中 峡或重波谷降支的形状与外周阻力的大小有关；如阻力大则降支坡度较缓， 其切迹的位置较高；反之，切迹的位置较低。脉搏波的形状，因循环系统的 情况改变而不同。本设计的的系统的主要功能是希望对所检测到的脉搏信号 进行动脉硬化程度的识别，需要对系统不断进行改进以提高识别的准确率， 从而提高检测的精确度和准确度，为广大病友提供医疗保障，保证他们的生 命健康。 脉搏波检测系统的数字化设计方法:从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号,脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号,必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。 目前的指端脉搏检测系统都是采用模拟技术来完成滤波,放大整型等处理，再经过模数转换和进一步处理。这种方法不仅增加了硬件的复杂程度，增大了功耗和体积，更主要的是增加了系统不可靠和不稳定因素。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。本文针对目前的脉搏波检测系统的问题，提出了脉搏波检测系统的数字化设计思想，采用了MAX1240芯片，它的体积小，功耗低。本课题利用过采样技术，通过对光电转换后的电信号高速采样实现高分辨率模数转换，然后再进行数字滤波处理，从而代替原有模拟电路完成放大滤波等工作，以简化设计，提高系统稳定性。
8通道温度数据采集系统
8通道温度数据采集系统 一、设计题目与要求： 设计一个8通道温度数据采集系统，系统误差小于1%；其中4路测量范围0-200?C ，选用Pt100热电阻；另4路测量范围0-600?C ，选用K 分度热电偶。 二、设计过程： 1、画出系统组成框图； 2、完成硬、软件功能分配和完成芯片选型； （1）运算放大器采用单电源,低功耗,精密四运算放大器MAX479 （2）AD 转换芯片采用带有8位A/D 转换器、8路多路开关的ADC0809 （3）硬件主要的功能是把采集到的温度信号转换成电信号，再经过运算放大器放大信号，传递给AD 转换芯片把模拟信号转换成数字信号，最后传给单片机处理信号并显示温度。 （4）软件主要的功能是对ADC0809 AD 转换芯片控制读取数据，读到单片机里对数据的处理转换成对应的温度值并显示。 3、ADC0809原理和应用： ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 ADC0809引脚图 IN0－IN7：8条模拟量输入通道 ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压 范围是0－5V ，若信号太小，必须进行放大；输 入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模 拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4条 ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将A ，B ，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选 中的通道的模拟量进转换器进行转换。A ，B 和C 为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模 拟量输入。 数字量输出及控制线：11条 ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时，所有内部
多通道数据采集系统
多通道数据采集系统 一、仪器结构 VXY2007虚拟化多道X－Y数据采集系统面板如下图所示。仪器板面上有开关，电源指示灯，Ⅰ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ道共四道数据采集通道。 当开关打向OFF时，电源指示灯熄灭；当开关打向ON时，电源指示灯变绿色，表明仪器正处于通电状态。四道数据采集通道各分正负两接线柱，分别与热电偶正负极相连。 X－Y数据采集仪面板图 二、工作原理 热电偶可将温度转换成电压信号（温差电势），通过X-Y多通道数据采集系统连续采集记录体系的温度，X-Y多通道数据采集系统与电脑相连，系统采集的数据显示在电脑上，从而得到所需的冷却曲线。通过数条冷却曲线，即可绘出二元相图。 在一定温度范围内，铜－康铜热电偶输出的温差电势与其热端和冷端的温度差成近似线性关系，为此只要绘制出热电偶的工作曲线（电势差－温差曲线），即可通过它的线性关系较方便地查到各mV值所对应的温度。热电偶工作曲线的绘制办法是，固定热电偶冷端的温度0℃（可将其插入冰水混合物中），取三个温度点（沸水、纯锡凝固点、纯秘凝固点）的温度为横坐标，其对应的温差电势为纵坐标，三点连线，作"电势差－温差"曲线图。当然，在仪器的系统误差很小的前提下，也可不做热点偶工作曲线，而是按照仪器读取的电势差值直接去查“铜－康铜热电偶值分度表”，得出对应的温度来。
三、实验步骤 用热分析法中应用VXY2007虚拟化多道X－Y数据采集系统和热电偶测熔融体步冷曲线的实验步骤如下： 1、配制实验样品 用台秤分别配制含Bi30％、57％、70％或80％的Bi-Sn混合物各60克，以及纯Bi、纯Sn各50克，将以上5个样品分别装入样品管中，再各加入少许石墨粉（减缓金属氧化）。 配制冰水混合物，将带玻璃套管的热电偶冷端插入冰水混合物底部，再将热电偶热端插入样品管中，注意使套管底部距样品管底部8～12mm距离。 2、将5种试样装入样品管中，分别放在电炉加热系统中某一个位置，调节电炉加热系统的选择旋钮到对应的档位。 3、打开VXY2007虚拟化多道X－Y数据采集系统软件，设置好X－Y数据采集系统对应的通道，这时采集系统开始工作－记录样品的温度（实际为mV 值）。给电炉通电，对样品进行加热，使金属或合金完全熔化后断电，然后让样品自动缓慢冷却，数据采集系统自动跟踪记录样品的温度随时间的变化。 4、从电脑所记录的图上准确读取各拐点的mV值（精确到±0.05mV）。 5、绘制相图 从热电偶工作曲线上分别查出各样品拐点处温差电势（mV）所对应的温度，以温度纵坐标，合金组成（以Bi含量计）为横坐标，绘制出Sn-Bi二元合金的简化相图。 四、有关注意事项： 金属熔化后，切勿将样品横置，以防金属熔液流出烫伤人体。另外，取热样品管时一定要戴手套，且不能从别人的头上或肩上的空中移过，以防样品管突然破裂而烫伤人体。 在测定当前样品冷却曲线的同时，可将下一个样品放入坩埚电炉里加热熔化，以节省时间，但应注意样品加热时间不可太长，温度不能过高，否则样品容易被氧化。 测定70％或80％Bi样品时，当温度降至约250℃以后，需要转动玻璃套管以轻轻搅动熔液，直至第一拐点出现为止。
单片机多通道数据采集系统
单片机多通道数据采集系统
目录 1.功能描述 (3) 2 方案设计 (3) 2.1 系统分析 (3) 2.2 器件选择 (4) 2.2.1 微处理器 (4) 2.2.2 显示器 (4) 2.2.3 按键 (4) 2.2.4 闹铃 (4) 3、硬件电路设计 (5) 3.1 最小系统设计 (5) 3.2 显示电路设计 (6) 3.3 按键电路设计 (7) 3.4 声音报警电路设计 (6) 3.5多通道数据采集电路设计 (8) 4、软件设计 (9) 4.1 操作功能设计 (9) 4.2程序编制思想 (9) 4.3 主程序 (10) 5 程序调试 (17) 6 技术小结 (18) 7多通道数据采集系统的使用说明 (19) 8心得体会 (20) 9参考文献 (21) 附录1：电路原理图 (22) 附录2：程序参考清单 (23)
设计报告 1.功能描述 利用单片机控制A/D转换器实现多通道数据采集系统。具有如下功能： 1.基本功能 （1）采集的数据为0-5V电压信号； （2）通过按键选择任意通道的数据显示或轮流显示； （3）可以设定报警上下限。 2.扩展功能 自行扩展功能，如音乐铃声，通讯功能等。 2 方案设计 2.1 系统分析 根据系统功能要求，可将系统组成结构分成五大部分：单片机控制中心、按键接口、多通道数据采集、数码管显示和报警播放音乐，如下图为系统的组成结构图。其中，单片机控制中心是核心。MCU根据按键输入，可切换不同的模式或设置不同的参数，从而实现多通道数据的采集。报警播放音乐可设置最高或最低温度报警值。 图2.1 系统总体结构图
2.2 器件选择 2.2.1 微处理器 市场上微处理器种类很多。这里，选取微处理器从多方面考：成本低、性能高、能够满足功能要求等等。 这里，选取STC89C52芯片。因为其功能与普通51芯片相同，其价格非常低廉、程序空间大、资源较丰富、在线下载非常方便。同时，使用该芯片，编程上亦可采用所熟悉的KEIL软件，使课程设计非常简单。 2.2.2 显示器 常见的显示器件LED数码管和LCD液晶器件。 LED数码管能够显示数字和部分字符，价格便宜，硬件电路、软件编程均非常简单，而且使用动态扫描技术可节省大量硬件成本。 LCD液晶显示器件，显示字迹清晰、能够显示数字、字符，本实验主要是用于显示所采集的电压与温度的显示。 系统显示主要还是数字，根据这两种显示器件的特性，选取LED数码管器件。由于系统要求显示所采集的通道数据，采用四位数码管显示即可。 2.2.3 按键 按键是用来变换显示模式以及设置传送上位机信息等功能的。这里采用普通按键即可，选用原则：以最少的按键，实现尽可能多的功能。所以这里，设置两个按键：模式键、传送键。 2.2.4 闹铃 选用最常见，亦最常用的声音提示方式——蜂鸣器，用于报警音乐定时播放。
人体脉搏信号检测系统设计
第1章绪论 1.1 研究背景和意义 随着社会和科学技术的不断进步，人们对生命现象的认识也越来越深入，生物医学信号的检查是对人体健康状况评估的手段。在医院里，通过检查必要的生物医学数据，医生可以对病人健康程度做一个评估，并且根据数据诊断出病患所得的疾病以及康复状况。同时，医药保健类产品早已经不是医院的专利，以家庭为单位，几乎每个家庭都配备了必要的医疗保健类用品[1-3]。在适宜的医疗设备条件下，病人可以不依靠医生的辅助，自己采集医学生理数据，通过医学根据对此参数分析，评估健康水平或者诊断自身是否有疾病。现代的医疗仪器给人民生活带来了便捷，在智能化、便携式、可靠性、安全性等方面都有了很大的提高。仪器在实现功能的同时都有不同的特点，有的仪器便于携带，有的仪器操作简单。当然，结合众多优点的仪器无疑受到消费者的青睐。以医院为单位，因为测量出来的数据可以直接提供给医生作为诊断或评估病人身体状况的参考，所以这类医疗仪器性能高、功能强大、测量数据准确。而对于以家庭或个人来说，在保证功能的同时，方便测量生理数据、便于携带、价格低廉、智能化这些特点是此类医疗仪器发展的趋势。 作为诸多生理信号的一种，脉象信号蕴含着丰富的信息，从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多 生理病理的血流特征[4]。许多中医文献分析脉象的形成和西医分析虽然表、述各有不同，但是有相同的科学原理。 人体循环系统由心脏、血管、血液所组成，负责人体氧气、二氧化碳、养分及废物的运送。血液经由心脏的左心室收缩而挤压流入主动脉，随即传递到全身动脉。当大量血液进入动脉将使动脉压力变大而使管径扩张，在体表较浅处动脉即可感受到此扩张，即所谓的脉搏[1]。 正常人的脉搏和心跳是一致的。脉搏的频率受年龄和性别的影响，婴儿每分钟