4、数据采集系统误差的计算
计算数据采集系统误差时，必须对各部分电路 进行仔细分
析，分别计算各部分的相对误差，然后进行误 差综合。如果
误项差在在 五5(项项M 以以)U 2 上 下X (，，A按M )2和 P (方S) 根H 2 方(A 式D )综2C 合；若误差
按绝对 值(和M的U 方X A 式M 综 合P S 。H AD )C
非 线性误差、增益误差、零位误差等。
3、转换的误差
是数据采集系统中的重要部件，它的性能指 标对整
个系统起着至关重要的作用，也是系统中的重 要误差源。选择
转换器时，必须从精度和速度两方面考虑，考 虑位数、速
ADC (2~3)LSB
度及输出接口。
转换器的静态误差。
包括量化误差、失调误差、增益误差、非线性 误差。
三、设计实例
例1、设计基于8031单片机的通用数据采集与处理系统。 系统功能要求： 实现16路通道单端模拟量输入，输入电压范围0-10V,信号源
内阻10Ω，信号变化频率≤100 分辨率：12位 二进制码输出，数据传输方式为并行方式 顺序测量每一个通道，对每一个通道的扫描不超过50 系统最大允许误差不超过满刻度的0.5% 温度范围+25-55℃，现场提供+5V及±15V的稳压电源。
单片微型机芯片、个人微型计算机等作为数据 采集系统的控制处理机。选择何种机型，对整 个系统的性能、成本和设计进度等均有重要的 影响。
二、数据采集系统的误差分析
数据采集系统中的元器件很多，从数 据采集、信号调理、模数转换，直至信号输 出，经过许多环节，其中既有模拟电路，又有 数字电路，各种误差源很复杂。误差分析需要 结合具体系统、电路和元器件来进行。
模拟开关存在一定的导通电阻， 信号经
过模拟开关会产生压降。另外，导 通电阻的
变化会使放大器或采样保持器的输 入信号波
多路模拟开关泄漏电流引起的误差
模拟开关断开的泄漏电流一般在1左右， 当
某一路接通时，其余各路均断开，断开的各 路的泄
漏电流都经过导通的开关和这一路的信号源 流入
地。在信号源的内阻上产生的压降，引起误
§4.3 数据采集系统设计
一、数据采集系统设计的一般步骤 二、数据采集系统的误差分析 三、设计实例
一、数据采集系统设计的一般步骤
1、分析问题和确定任务
在进行系统设计之前，必须对要解决的问 题
进行调查研究、分析论证，在此基础上，根据 实际
应用中的问题提出具体的要求，确定系统所要 完成
的数据采集任务和技术指标，确定调试系统和 开发
降低成本，但系统的工作速度也降低。 要根据系统的技术要求，在确定系统总体方案时
进行合理的功能分配。
(2)系统A／D通道方案的确定
模拟信号输入范围；
完成一次转换所需的时间；
模拟输入信号的特性是什么，是 否经过滤波，信号的最高频率是 多少；
模拟信号传输所需的通道数；
➢所需精度（包括线性度、相对精度、增益及偏置 误差）是多少；
和方根方式综合误差的表达式：
MUX 多路模拟开关的误差 AMP 放大器的误差
绝对值和SH 方 采式样综保合持器误的差误的差表达式：
ADC A/D转换器的误差
选择元器件精度的一般原则：
每一个元器件的精度指标应该优于系统规定 的某一最严格的性能指标的10倍。
例如： 0.ห้องสมุดไป่ตู้%级精度性能的数据采集系统，所 选元器件的精度应该不大于0.01%。
➢当环境温度变化时，各种误差限制在什么范围; ➢各通道模拟信号的采集是否要求同步； ➢所有的通道是否都使用同样的数据传输速率； ➢数据通道是串行操作还是并行操作； ➢数据通道是随机选择，还是按某种预定的顺序工
作； ➢系统电源稳定性的要求是什么，由于电源变化引
起的误差是多少；
(3) 确定微型计算机的配置方案 可以根据具体情况，采用微处理器芯片、
数据采集系统的误差主要包括模拟电路 误差、采样误差和转换误差。
1、采样误差 采样频率引起的误差 采样频率必须大于信号最高有效频率的两
倍 系统的通过速率引起的误差 通过速率：单位时间内系统对模拟信号的
采集 次数。 系统的通过速率的倒数为吞吐时间，表明
系统通过周期（吞吐时间）可用下式表示：
tT H tO N to ftfA C tA P ts tc tout
2、确定采样频率 采样频率决定了采样数据的质量和数量。
利用采样定理来确定采样频率。 3．系统总体设计
在系统总体设计阶段，一般应做以下几项 工作。 (1) 进行硬件和软件的功能分配 (2) 系统A／D通道方案的确定 (3) 确定微型计算机的配置方案
(1) 进行硬件和软件的功能分配 一般来说，多采用硬件，可以简化软件设计工 作，并使系统的速度性能得到改善，但成本会增 加，同时，也因接点数增加而增加不可靠因素。 若用软件代替硬件功能，可以增加系统的灵活性，
设计过程： 1、粗略地选择与系统功能要求相当的器件
首先根据设计要求提出的技术指标，例如精度、 转换 时间、输入信号幅值、环境温度以及提供的电源，粗 略地选择 与这些参数相当的器件。因此本设计选用单片机 8031作为系 统的控制器，管理整个数据采集系统。多路模拟开关 选用 7506，建立时间是1。采样保持器选用398，建立时 间是6，转换器选用574，其分辨率为12位，转换精 度
多路模拟开关接通时间和断开时间、采样保持器的捕 获 、孔径时间 和保持建立时间、转换时间和数据输 出时间。
为了保证系统正常工作，消除系统在转换过程的动
态误差，模拟开关对N 路信号顺序进行等速率切换时，
采样周期至少为
，NtTH
每通道的吞吐率为：
1 fTH N tTH
2、模拟电路误差
模拟开关导通电阻的误差
差。 11 9 075 00.35 V
例如：一个8路的模拟开关，泄漏电流为1， 信
采样保持器衰减率引起的误差 保持状态下，由于保持电容的漏电流和其他杂散电 流，引起保持电压的衰减，衰减率反映了采样保持 器的输出值在保持期间的变化。衰减率为：UC ID
t C H
为流入保持电容的总泄漏电流，包括采样保 持中的缓冲放大器的输入电流和模拟开关截止时的 漏电流，电容内部的漏电流。 放大器的误差 数据采集系统往往需要使用放大器对信号进行放大。 放大器是系统的主要误差源之一。其中有放大器的