汽车测试技术 唐岚 第八章.ppt

计算机测试系统 通用串行总线（USB） 虚拟仪器与系统 学习要求 了解现代测量系统，数据采集系统组件的基本原理； 了解有关通用串行总线的基础知识； 掌握虚拟仪器及其组成和基本概念； 1 2 3 微机测试系统的基本组成 与传统的测试系统比较，微机测试系统通过将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，利用计算机系统丰富的软、硬件资源达到测试自动化和智能化的目的。 微机测试系统的基本组成 接口 数据采集子系统 接口 数据通信子系统 微机基本子系统 接口 数据分配子系统 接口 基本I/O子系统 传感器1 传感器2 传感器n … 其他仪器或系统 控制 被控制对象 被控制组件 测试信号发生器 … 其他控制对象 显示 记录 打印 键盘输入 … 其他I/O设备 微机测试系统的典型结构 数据采集系统 数据采集系统的基本功能 连续量的时间离散化 连续量的数值化 数据采集系统(DAS，Data Acquisition System)是对多路模拟信号进行较长时间的数字化测量，并对获得的大量数据进行分析与处理的系统。 所谓进行数字化测量，就是以一定时间间隔测定各时刻的瞬时值，再将各瞬时值转换为数字量。从而使一个在时间与幅值上都连续变化的模拟信号在时间上被离散化、在幅值上被数字化。 数据采集系统 数据采集系统的基本组成单元 (1) 信号调理 如：多路转换器、可调增益放大器、抗混叠(淆)滤波器； (2) 采样/保持 如：采样/保持器(S/H)； (3) 模/数转换 如：A/D转换器(ADC)，V/F变换器； (4) 其他 如：定时/计数器、总线接口电路等。 实际的测试系统通常需要进行多参量的测量，即采集来自多个传感器的输出信号，如果每一路信号都采用独立的输入回路（信号调理、采样/保持、A/D），则系统成本将比单路成倍增加，而且系统体积庞大。为此，通常采用多路模拟开关来实现信号测量通道的切换，将多路输入信号分时输入公用的输入回路进行测量。 多路模拟开关 多路模拟开关的作用主要用于信号的切换，目前集成模拟电子开关在小信号领域已成为主导产品。 选择开关时需要重点注意以下指标： 1)通道数量 2)泄漏电流 3)导通电阻 4)开关速度 5)芯片的电源电压范围 多路模拟开关 采样/保持单元 A/D转换器完成一次转换需要一定的时间，在这段时间里希望A/D转换器的输入端电压保持不变，可以由采样/保持单元完成。 基本原理：主要由保持电容C、输入、输出缓冲放大器以及控制开关S组成。 接成跟随器形式 采样期间：开关闭合，电容器C快速充电； 保持期间：开关断开，由于输出缓冲放大器的输入阻抗极高，电容器存储的电荷基本维持不变，保持最终值供A/D转换。 采样/保持单元 (A/D）转换与（D/A）转换 A/D和D/A转换是数字信号处理的必要程序。通常所用的A/D和D/A转换器其输出的数字量大多是用二进制编码表示，以与计算机技术相适应。 A/D转换 A/D转换过程包括采样、量化和编码三个步骤，其转换原理如下图所示。若信号x(t)可能出现的最大值为A，令其分为d个间隔，则每个间隔大小为q=A/d，q称为量化当量或量化步长。 当采用舍入量化时，最大量化误差为 ±q/2，而采用截尾量化时，最大量化误差为-q。 量化误差的大小一般取决于二进制编码的位数，因为它决定了幅值被分割的间隔数量d。如采用8位二进制编码时，d=28=256，即量化当量为最大可测信号幅值的1/256。 D/A转换 D/A转换器将输入的数字量转换为模拟电压或电流信号输出，基本要求是输出信号A与输入数字量D成正比，即： A=q·D 其中q为量化当量，即数字量的二进制码最低有效位所对应的模拟信号幅值。 将数字量表示为模拟量，应将每一位代码按其权大小转换成相应的模拟量，然后根据迭加原理将各位代码对应的模拟分量相加，其和即为与数字量成正比的模拟量，此即为A/D转换的基本原理。 模拟信号的输入通道 根据输入信号的数量，输入通道可分为单通道和多通道。 单通道数据采集系统 A AF S/H A/D CPU 可程控放大器 抗混淆滤波器 采样保持 模数转换 计算机 根据多路开关所处位置不同，多路输入通道可分为以下三种结构： 模拟信号的输入通道 多路通道独立并行型 A AF S/H A/D CPU I/O A AF S/H A/D I/O A AF S/H A/D I/O … … … … … … 模拟信号的输入通道 多通道同步型 A AF S/H A/D A AF S/H A AF S/H … … … … 多路开