典型模拟信号采集系统的基本要素

典型模拟信号采集系统的组成如图4-24所示，各部分作用简要介绍如下：

图4-24 典型模拟信号数据采集系统框图

1.多路模拟开关（MUX）

多数的数据采集系统支持多个模拟输入通道，这些通道分时使用A/D变换器，在一个特定时间间隔里只允许一个模拟信号通过，完成这一功能的部件称为多路模拟开关（MUX）。

一般的MUX器件有2ⁿ个模拟输入端，n个通道选择端，由通道选择信号译码选中一个开关闭合，使其对应的模拟输入端与输出端接通，让该路模拟信号通过。有规律地周期性改变n个选通信号，可以按固定的序列周期性闭合各个开关，构成一个周期性的时分复用输出信号，由后面A/D转换器时分复用，对各通道模拟信号进行周期性转换。

2.可编程放大器（PGA）

信号如果为统一的标准信号，则采用固定放大倍数放大器，然而，由于采集系统适用面广，大多是支持多路模拟通道，各通道之间电压范围可能有较大差异，一般对各通道采用不同的放大倍数，通道切换同时改变放大器的放大倍数。

3.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。采样/保持单元的加入，提高了采集系统的有效采集频率。

4.A/D转换器

A/D转换器是数据采集系统前向通道（模拟至数字转换通道）的核心，由A/D转换器决定前向通道的主要参数。A/D转换器的位数决定了前向通道的精度，一个n位的A/D转换器能够提供的分辨率为ΔV/2ⁿ，为了不产生输出误码，一般要求输入误差小于1/2LSB=ΔV/2ⁿ⁺¹。例如对12位A/D转换器，1/2LSB=0.012%ΔV，即为了不产生输出误码，输入电压误差不超过0.012%。A/D转换器完成一次转换需要的时间t_ad和采样/保持的跟踪时间th之和决定了系统的采集频率f_s。

5.D/A转换器

D/A转换器是后向通道（数字至模拟转换通道）的核心，决定了后向通道的速度与精度。(www.xing528.com)

6.模拟放大与平滑

这部分电路提供了三个方面的功能：一是对D/A转换器的输出模拟值进行放大，以满足驱动的要求；二是进行阻抗匹配，由于D/A转换器的输出阻抗较大而且动态改变，必须由一个高输入电阻低输出电阻的运放电路提供输出缓冲，才能与一般的负载相接；三是提供低通滤波，将D/A输出的阶梯形状形变成平滑波形，这在利用微机数字序列产生任意函数波形的应用场合是必需的。

7.数据缓冲与接口电路

A/D转换完成的数字通过数据锁存或缓冲以后，由接口电路控制将数据传入内存，或者在内存中已产生的数字序列，通过接口电路送入数字缓冲或锁存单元，再传送给D/A转换器进行模拟输出。

8.定时与控制逻辑

数据采集系统各部分必须按一定的定时关系进行工作，时序要求是比较严格的。如果定时精度低会严重地影响系统稳定性，特别是采样间隔，直接影响信号的精度和频响。编程时要注意时序及各级延时，一般遵守以下时序规则。

1）开启MUX开关切换。

2）开启PGA放大倍数切换。

3）开启采样/保持。

4）开启A/D转换。

5）A/D转换完成。

定时电路就是要按照各电路单元的工作次序产生各种时序信号，而控制单元是在时序信号控制下产生各种控制信号，一般由CPU或单片机实现。