数据采集课后习题答案--马明建

数据采集与处理习题与思考题点评和讨论第1章习题与思考题第1章习题与思考题1-3.简述数据采集系统的基本结构形式，并比较其特点。解：数据采集系统的基本结构形式有⑴微型计算机数据采集系统⑵集散型数据采集系统第2章习题与思考题第2章习题与思考题2-2.试说明为什么在实际采样中，不能完全满足采样定理所规定的不失真条件？解：当时，模拟信号的采样值为fTCS12只有在时，xS(nTS)与x(t)的幅值才相同。2)2sin()(tfAtxC若模拟信号为sin)1()(SSnAnTx但在工程上很难做到。2-3.对某种模拟信号x(t)，采样时间间隔TS分别为4ms、8ms、16ms，试求出这种模拟信号的截止频率fC分别为多少？解：由采样定理，有，则ffSC≥22CSff当TS=4ms时，fS=250Hz∴Hz1252250Cf当TS=8ms时，fS=125Hz∴Hz5.622125Cf当TS=16ms时，fS=62.5Hz∴Hz25.3125.62Cf第2章习题与思考题2-4.采样周期与哪些因素有关？如何选择采样周期？解：1.采样周期与信号x(t)的截止频率fC有关。2.根据采样定理，确定采样周期。TfSC≤12第2章习题与思考题2-6.对采样信号进行量化的最小数量单位是多少？它与FSR和量化器的位数n之间有何关系？解：2.q与FSR成正比，与2n成反比。1.最小数量单位是量化单位q，q=。FSRn2第2章习题与思考题2-9.把十进制数256转换成相应的BCD码。解：256001001010110第2章习题与思考题第3章习题与思考题第3章习题与思考题3-2.模拟多路开关输入端一般是几个端子？输出端为几个端子的通道选择器？解：模拟多路开关输入端一般是8个端子，输出端为1个端子的通道选择器。3-3.某数据采集系统具有8个模拟通道。各通道输入信号的频率可达5kHz，而且至少要用每个采样周期10个采样点的速度进行采样。问：⑴多路开关的切换速率应是多少？⑵可选用什么类型的多路开关？解：⑴∵fC=5kHz，)Hz(1011052243SCff采样频率第3章习题与思考题)s(0001.0)s(1011011144SSfT采样周期每个采样点的采样周期)s(00001.0100001.010dSTT∴切换速率)kHz(100)Hz(10000000001.011dTv第3章习题与思考题第3章习题与思考题⑵选择多路开关则CD4051开关的切换时间为1.6μs开关的切换速率kHz625625000106.116∴多路开关选择CD4051。∵由表3.5可知，CD4051的ton和toff都为0.8μs第4章习题与思考题第4章习题与思考题4-2.设一数据采集系统有测量放大器，已知R1=R2=5kΩ，RG=100Ω，R4=10kΩ，R5=20kΩ，若R4和R5的精度为0.1%，试求此放大器的增益及CMRR。解：∵放大器的增益35G1)21(RRRRK其次R3=R4∴⑴当R4-0.05%，R5+0.05%时⑵当R4+0.05%，R5-0.05%时202.20210%)05.01010(10%)05.02020()10010521(333K798.20110%)05.01010(10%)05.02020()10010521(333K第4章习题与思考题4-3.设AD521测量放大器的增益为100，试画出其接线原理图，算出外接电阻值的大小。解：∵放大器的增益GSRRG∴当时，100GSRRG100SRRG又∵RS=100±15%第4章习题与思考题当RS=100+15%时，当RS=100-15%时，115010010%)15100100(3GR85010010%)15100100(3GR第4章习题与思考题123456781011121314+IN-INRG10KΩU-UOUTRS100KΩU+其接线原理图第4章习题与思考题第5章习题与思考题5-4.孔径时间tAP影响A／D转换的什么参数？第5章习题与思考题解：主要影响转换精度和转换速率。第5章习题与思考题5-6.设在某数据采集系统中，采样／保持器的孔径时间tAP=10ns，A/D转换器的位数为12位，求：12⑴采样精度能达到LSB的最高信号频率fmax是多少？⑵若采样／保持器的孔径不定△tAP=1ns，则最高信号频率fmax是多少？解：⑴采样精度能达到12LSB的最高信号频率kHz887.3101014.3212191121maxAPntf第5章习题与思考题⑵若采样／保持器的孔径不定△tAP=1ns则最高信号频率kHz702.310)2110(14.321)21(2191121maxAPAPnttf第5章习题与思考题5-7.一个数据采集系统的孔径时间tAP=2ns，试问一个10kHz信号在其变化率最大点被采样时所能达到的分辨率是多少？解：第5章习题与思考题∵APntf21max641.1602510214.3101011293maxAPntf∴相对分辨率第5章习题与思考题%00624.0%100641.160251%10021n则有n≈14第5章习题与思考题5-8.设一数据采集系统的输入满量程电压为+10V，模拟输入信号的最高频率是1kHz，采样频率为10kHz，A／D转换器的转换时间为10s，采样／保持器的tAP=20ns，保持电压的下降率为100V/s，捕捉时间为50s。问⑴如果允许的孔径误差和下降误差都是0.02%，所选的采样／保持器能否满足要求？⑵捕捉时间能否满足要求？第5章习题与思考题解：⑴所选的采样／保持器能否满足要求？①由于采样/保持器孔径时间应满足max)(21dtdULSBtiAP②保持电压下降率应满足LSBtdtdUCONV21第5章习题与思考题③输入信号的最大变化率为mUfdtdUimax则由③有33max104.311010114.3dtdUi（V）由②有第5章习题与思考题CONVtdtdULSB2166101010%)02.0100100(111098.99（V）第5章习题与思考题由①有1431110184.3104.311098.99APt510184.3(ns)APAPtt∴所选的采样／保持器不满足要求。第5章习题与思考题⑵捕捉时间能否满足要求？SCONVSTACTttt而55109105ACt∴捕捉时间满足要求。则sttCONVAC563310910101010110101∵5-9.设一采样／保持器在保持阶段，保持电容CH的漏电流ID=10nA，保持时间为10ns。如果希望在保持时间内采样／保持器的输出电压下降小于0.1%，试选择合适的CH值。解：第5章习题与思考题∵保持电压下降率为HCITUD∴9H91010%1.01010CTU第5章习题与思考题F101101%1.01011010131318HC由于1F＝106μF＝1012pF则CH0.1pF第6章习题与思考题第6章习题与思考题6-1.A／D转换时间tCONV=25s，最高采样频率fS≤kHz，对应的输入信号最高频率fmax≤kHz。解：⑴最高采样频率fS≤kHZ40102516⑵最高频率fmax≤kHZ202Sf6-6.从A／D转换时间考虑，什么情况下用查询方式好？什么情况下用中断方式好？第6章习题与思考题解：⑴当tCONV较短时，宜用查询方式。⑵当tCONV较长时，宜用中断方式。6-9.在A／D转换器中，最重要的技术指标是哪两个？第6章习题与思考题解：⑵转换速率⑴精度第6章习题与思考题6-10.一般用什么信号来表征A／D转换器芯片是否被选中？解：若A/D转换器芯片为AD574A，则以CS=0表征A/D转换器芯片被选中。第8章习题与思考题8-3.现有一BASIC语句为“U=(H*256+L)*10/4096”，试问该语句完成什么任务？语句中的“H*256+L”部分起什么作用，为什么要“H*256”？第8章习题与思考题解：⑴将12位二进制码转换成十进制数。⑶高四位二进制码上移八位，所以H*256。⑵“H*256+L”是将高四位二进制码与低八位二进制码组合成12位二进制码；8-4.用PC-6319接口板卡的0、1、2通道分别采集1节、2节、3节干电池的电压数据，要求每个通道各采集10个数据，3个通道巡回采集。设定PC-6139接口板基地址为0100H，试用QUICKBASIC语言编写双端输入、程序查询方式取数的数据采集程序，并将采集到的数据以“V”为单位，按通道号显示在屏幕上。第8章习题与思考题解：3个通道巡回采集是指在每个采样时刻，对3个通道各采集一次数据。第8章习题与思考题CLSN=10DIMU1(N),U2(N),U3(N)FORI=1TONCH%=0CALLCAIJI(CH%,U)U1(I)=UCH%=1CALLCAIJI(CH%,U)第8章习题与思考题U2(I)=UCH%=2CALLCAIJI(CH%,U)U3(I)=UNEXTIPRINTU1,U2,U3FORI=1TONPRINTU1(I),U2(I),U3(I)NEXTIEND第8章习题与思考题SUBCAIJI(CH%,U)ADDER%=&H100A=INP(ADDER%+3)OUTADDER%,CH%OUTADDER%+1,010IFINP(ADDER%+2)=128THEN10H=INP(ADDER%+2)L=INP(ADDER%+3)U=(H*256+L)*10/4096-5ENDSUB8-6.用PC-6319接口板卡来采集温室大棚的温度数据，要求在24小时内以每10分钟的间隔采集数据一次。设定PC-6319接口板基地址为0100H，程控放大器增益为1，试用QUICKBASIC语言编写单端输入、程序查询方式取数的数据采集程序，并将采集到的数据以“℃”为单位显示在屏幕上。第8章习题与思考题第8章习题与思考题解：∵24小时=1440min=86400s∴24小时内一共采集144个数据。另外，设温度传感变送器的测量范围为-5～55℃，输出0～5V直流电信号。则QuickBasic程序如下。DIMWD(144)DIMSHAREDSUM%,J%CLSADDER%=&H100A=INP(ADDER%+3)CH=0J%=1OUTADDER%,CHFORI=1TO300:NEXTI第8章习题与思考题第8章习题与思考题TIMERON10ONTIMER(600)GOSUB100IFSUM%=86400THENENDGOTO10END100OUTADDER%+1,0FORI=1TO300:NEXTI110IFINP(ADDER%+2)=128THEN110H=INP(ADDER%+2)L=INP(ADDER%+3)U=(H*256+L)*10/4096WD(J%)=-5+60／5*UPRINT“WD(”;J%;“)=”;WD(J%);“℃”SUM%=600*J%J%=J%+1RETURN第8章习题与思考题