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數據采集系統設計原則與基本方法
作者：
時(shí)間：2014-03-11
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1、硬件設計的基本原則
【1】良好的性?xún)r(jià)比
系統硬件設計中，一定要注意在滿(mǎn)足性能指標的前提下，盡可能地降低價(jià)格，以便得到高的性能價(jià)格比，這是硬件設計中優(yōu)先考慮的一個(gè)主要因素。因為系統在設計完成后，主要的成本便集中在硬件方面，當然也成為產(chǎn)品爭取市場(chǎng)關(guān)鍵因素之一。
【2】安全性和可靠性
選購設備要考慮環(huán)境的溫度、濕度、壓力、振動(dòng)、粉塵等要求，以保證在規定的工作環(huán)境下，系統性能穩定、工作可靠。要有超量程和過(guò)載保護，保證輸入、輸出通道正常工作。要注意對交流市電以及電火花等的隔離。
【3】較強抗干擾能力
有完善的抗干擾措施，是保證系統精度、工作正常和不產(chǎn)生錯誤的必要條件。例如強電與弱電之間的隔離措施，對電磁干擾的屏蔽，正確接地、高輸人阻抗下的防止漏電等。
2、軟件設計的基本原則
【1】結構合理
程序應該采用結構模塊化設計。這不僅有利于程序的進(jìn)一步擴充或完善，而且也有利于程序的后期修改和維護。
【2】操作性能好，使用方便，具備良好的人機界面。
【3】具有一定的保護措施和容錯功能
系統應設計一定的檢測程序，例如狀態(tài)檢測和診斷程序，以便系統發(fā)生故障時(shí)，便于查找故障部位。對于重要的參數要定時(shí)存儲，以防止因掉電而丟失數據。
【4】提高程序的執行速度，盡量減小占用系統的內存。
【5】給出必要的程序說(shuō)明，便于后期程序維護。
二、系統設計的一般步驟
1、分析問(wèn)題和確定任務(wù)
在進(jìn)行系統設計之前，必須對要解決的問(wèn)題進(jìn)行調查研究、分析論證。如產(chǎn)品的應用場(chǎng)合、面向的客戶(hù)類(lèi)型等。在此基礎上，根據實(shí)際應用中的問(wèn)題提出具體的要求，確定系統所要完成的數據采集任務(wù)和技術(shù)指標，確定調試系統和開(kāi)發(fā)軟件的手段等。另外，還要對系統設計過(guò)程中可能遇到的技術(shù)難點(diǎn)做到心中有數，初步定出系統設計的技術(shù)路線(xiàn)。
2、確定采樣周期Ts
采樣周期Ts決定了采樣數據的質(zhì)量和數量。利用采樣定理和系統設指標來(lái)確定采樣周期。
3．系統總體設計
在系統總體設計階段，一般應做以下幾項工作。
【1】進(jìn)行硬件和軟件的功能分配
一般來(lái)說(shuō)，多采用硬件，可以簡(jiǎn)化軟件設計工作，并使系統的速度性能得到改善，但成本會(huì )增加，同時(shí)，也因接點(diǎn)數增加而增加不可靠因素。若用軟件代替硬件功能，可以增加系統的靈活性，降低成本，但系統的工作速度也降低。要根據系統的技術(shù)要求，在確定系統總體方案時(shí)進(jìn)行合理的功能分配。
【2】系統A／D通道方案的確定
（1）模擬信號輸人范圍、被采集信號的分辨率；
（2）完成一次轉換所需的時(shí)間；
（3）模擬輸入信號的特性是什么，是否經(jīng)過(guò)濾波，信號的最高頻率是多少；
（4）模擬信號傳輸所需的通道數；
（5）多路通道切換率是多少，期望的采樣/保持器的采集時(shí)間是多少；
（6）在保持期間允許的電壓下降是多少；
（7）通過(guò)多路開(kāi)關(guān)及信號源串聯(lián)電阻的保持器旁路電流引起的偏差是多少；
（8）所需精度（包括線(xiàn)性度、相對精度、增益及偏置誤差）是多少；
（9）當環(huán)境溫度變化時(shí)，各種誤差限制在什么范圍，在什么條件下允許有漏碼；
（10）各通道模擬信號的采集是否要求同步；
（11）所有的通道是否都使用同樣的數據傳輸速率；
（12）數據通道是串行操作還是并行操作；
（13）數據通道是隨機選擇，還是按某種預定的順序工作；
（14）系統電源穩定性的要求是什么，由于電源變化引起的誤差是多少；
（15）電源切斷時(shí)是否可能損壞有關(guān)芯片（對CMOS的多路開(kāi)關(guān)是安全的，因為當電源切斷時(shí)，多路開(kāi)關(guān)是打開(kāi)的；而對結型FET多路開(kāi)關(guān)是接通的，因此有損壞芯片的可能。
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