采用SoC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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圖2：N通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體方框圖。
d)ADC：
由于處理數(shù)字信號(hào)簡(jiǎn)單易行，因而需要將模擬多路復(fù)用器中出來(lái)的多路復(fù)用信號(hào)輸入饋送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。ADC的所需分辨率完全取決于應(yīng)用需求，但其采樣率則取決于輸入信號(hào)的帶寬。我們假定通道1的帶寬是f1，通道2是f2，……通道N是fn，那么N通道多路復(fù)用的模擬輸入則被饋送至ADC，采樣頻率應(yīng)為
Fs ≥ 2 * max (f1, f2, …, fn).
Fs = k * max (f1, f2, …, fn), k≥2
推薦使用較大的k值，以便讓數(shù)字解碼的信號(hào)能夠緊密跟蹤模擬信號(hào)且不會(huì)丟失任何有效數(shù)據(jù)。
有人也許會(huì)感到奇怪，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用之前為什么不單獨(dú)數(shù)字化各個(gè)通道。假設(shè)我們的某個(gè)應(yīng)用需要監(jiān)控10個(gè)左右的通道，如果在進(jìn)行多路復(fù)用之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，那么不得不使用10個(gè)單獨(dú)的ADC（每個(gè)通道分配一個(gè)），這樣就需要10個(gè)單獨(dú)的ADC IC。
對(duì)于上述提及的ADC使用方法，需要考慮的一大重要問(wèn)題就是溫度、壓力等各種參數(shù)在不同實(shí)例下進(jìn)行采樣的情況，即溫度處于時(shí)間“t”，壓力處于“t+Δt”，其中Δt = 1 / Fswitch，而Fswitch = 多路復(fù)用器的開(kāi)關(guān)頻率 = Fs/N。如果在“t”和“t+Δt”之間環(huán)境條件發(fā)生突變，那么初始時(shí)間點(diǎn)測(cè)量的溫度讀數(shù)無(wú)法反應(yīng)出這種變化，而在“t+Δt”測(cè)得的壓力讀數(shù)才能反映出這一突然變化。如果需要在相同情況下測(cè)量所有的物理參數(shù)，那么將信號(hào)饋送至模擬多路復(fù)用器之前需要在每個(gè)通道中運(yùn)用單獨(dú)的采樣與保持電路。觸發(fā)信號(hào)應(yīng)被同時(shí)饋入所有通道的采樣與保持電路中，觸發(fā)信號(hào)的頻率應(yīng)為Fswitch/N，其中N表示通道的數(shù)量。這類系統(tǒng)也被稱為時(shí)間同步系統(tǒng)。
模擬多路復(fù)用器的開(kāi)關(guān)頻率由所用的通道數(shù)量控制，并需要考慮采樣速率。但是，開(kāi)關(guān)頻率還需要受ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間參數(shù)的限制。
實(shí)例：
如果ADC的工作時(shí)鐘頻率是FADC，而且每次轉(zhuǎn)換需要“L”個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行采樣，“M”個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行轉(zhuǎn)換，那么
以上條件可被解讀為兩種情況：
1. 如果“M”和“L”非常大，那么加到ADC的時(shí)鐘要求就會(huì)更高。
2. 具有較大“L”和“M”的ADC固定時(shí)鐘會(huì)限制Fswitch，這樣反過(guò)來(lái)也會(huì)限制被監(jiān)控信號(hào)的信號(hào)帶寬。
這一條件并非強(qiáng)制性的。如果前一個(gè)通道已經(jīng)完成采樣階段并開(kāi)始進(jìn)入轉(zhuǎn)換階段（假設(shè)ADC具備此功能），我們就可以將多路復(fù)用器切換到下一個(gè)通道。在這種情況下
使用PSoC（片上可編程系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
除了外部傳感器、隔離器和存儲(chǔ)PC外，以上系統(tǒng)一般需要‘N’個(gè)低通濾波器、‘N’個(gè)高增益放大器、‘N’個(gè)采樣與保持電路、1個(gè)外部N:1模擬多路復(fù)用器、1個(gè)ADC芯片（帶外部參考電壓）和1個(gè)可用來(lái)讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并通過(guò)RS-232接口將讀數(shù)傳送到PC的專用MCU。總的來(lái)說(shuō)，需要‘3N+2’顆芯片；如果我們需要監(jiān)控10個(gè)通道的信號(hào)，那么實(shí)際需要32顆芯片，這樣會(huì)使系統(tǒng)過(guò)于龐大和昂貴。
評(píng)論