淺談計算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，計算機(jī)被大量運(yùn)用于各種控制系統(tǒng)。通過計算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理，我們可以很清楚地了解各種工業(yè)化生產(chǎn)以及智能機(jī)械等控制程度較高的控制場合，進(jìn)而通過采集的信息進(jìn)行實時負(fù)反饋，達(dá)到我們所需要的控制狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模集成電路；控制系統(tǒng)；負(fù)反饋；控制狀態(tài)

中圖分類號：TP274.2

自從上個世紀(jì)計算機(jī)問世以來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展以及大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，計算機(jī)大量地被應(yīng)用于各種工作生產(chǎn)活動。在短短的幾十年里，計算機(jī)經(jīng)歷了4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)以及64位機(jī)等幾個較大的發(fā)展階段，而且種類也不斷增多。從家用計算機(jī)到微型計算機(jī)以及工業(yè)控制機(jī)（PC機(jī)），計算機(jī)已經(jīng)將人類從繁重的計算中解放出來，從而有更多的時間來進(jìn)行創(chuàng)新。

1 數(shù)據(jù)采集的意義

數(shù)據(jù)采集是計算機(jī)信息處理的一個重要組成部分，是通過傳感器、變化器等其他外部設(shè)備將壓力、溫度、光照強(qiáng)度、濕度等非電量信號轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠識別的電量，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號即A/D轉(zhuǎn)換。

這是一門有著極強(qiáng)實用價值的綜合學(xué)科，在石油、汽車、航空航天、機(jī)械制造等方面有著廣泛的應(yīng)用。人們可以輕易地通過外部設(shè)備對需要的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)控制以及數(shù)據(jù)管理，進(jìn)而對各種生產(chǎn)活動進(jìn)行綜合的一體化控制。在生產(chǎn)過程中，對工藝參數(shù)進(jìn)行采集、檢測，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全化生產(chǎn)、降低產(chǎn)品成本提供可行的信息支持。在各種科學(xué)研究中，通過數(shù)據(jù)的采集，可以獲得不同的宏微觀、動靜態(tài)等數(shù)據(jù)信息，例如植物生產(chǎn)過程中所需要的溫度、濕度、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)信息的采集與處理。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成。根據(jù)在現(xiàn)有的資料分析，計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般是由傳感器、放大電路、濾波器、多路模擬開關(guān)、采樣/保持器、D/A轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)I/O接口以及定時與控制邏輯電路。

傳感器的作用是把外界的模擬量轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能接受的數(shù)字量；放大電路通過晶體管的放大作用，將放大和緩沖輸入信號；濾波器用來衰減噪聲，以提高輸入信號的信噪比；多路模擬開關(guān)把多個模擬量參數(shù)分時接通，提高電腦工作效率；采樣/保持器是保證了采樣過程中信號的穩(wěn)定，提高采樣精度；D/A轉(zhuǎn)換器是把輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號；計算機(jī)I/O接口是保證輸入、輸出信號順利傳輸；定時與控制邏輯是控制各元器件的邏輯以及時間關(guān)系，保證各元器件能有序地工作。

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)。計算機(jī)只能處理數(shù)字量，絕大多說的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能接收模擬量，因此需要在數(shù)據(jù)進(jìn)入計算機(jī)之前將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量（A/D轉(zhuǎn)換），在其進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)之前將其轉(zhuǎn)化為模擬量（D/A轉(zhuǎn)換）。

采樣過程中由于計算機(jī)的處理速度非常快，而模擬量的變化速度一般情況下都比較慢。因此，往往一臺計算機(jī)采樣同時控制多個參數(shù)，這些參數(shù)被計算機(jī)控制進(jìn)行分時采樣。在采集過程中，為了保證采集的不同參數(shù)量的獨(dú)立性與完整性，需要用不同的開關(guān)去控制對應(yīng)的參數(shù)量，而且計算機(jī)在某一時候只能接受某一特定的模擬量，再通過多路模擬開關(guān)進(jìn)行切換，使不同的參數(shù)量通過不同的支路分時進(jìn)入計算機(jī)，保證了計算機(jī)運(yùn)行的高效性。

在數(shù)據(jù)采集的過程中，如果模擬量的變化，將直接影響到計算機(jī)的采樣精度。特別是在同步系統(tǒng)中，多個不相關(guān)的參數(shù)量取瞬態(tài)值的時候，而其A/D轉(zhuǎn)換又是采用同一臺計算機(jī)，那么采樣得到的幾個參數(shù)量就不是同一時刻的參數(shù)量，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和比較。所以在采樣的過程中就需要輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量在整個數(shù)據(jù)采集過程中保持不變，而且要保證在轉(zhuǎn)換之后，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號能夠隨著參數(shù)量發(fā)生變化。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 計算機(jī)中信息的計量單位。在計算機(jī)中信息是以字節(jié)（Byte）來進(jìn)行采集、存儲、處理以及管理的，字節(jié)是計算機(jī)基本的計量單位。在在UTF-8編碼中，一個英文字符等于一個字節(jié)，一個字節(jié)等于8位（bit），一個位反應(yīng)二進(jìn)制碼中0和1的信息。存儲容量通常用KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（千兆字節(jié)）以及TB來表示。

1KB=210B=1024B

1MB=210KB=1024KB=1048576B

1GB=210MB=1024MB=1048576KB

1TB=210GB=1024GB=1048576MB

ASCII碼是現(xiàn)當(dāng)今電腦通用的單字節(jié)編碼系統(tǒng)，任何的圖片、文字以及圖像/音頻等信息都是反映在ASCII碼中，在標(biāo)準(zhǔn)中一個字符占一個字節(jié)，一個漢子占兩個字節(jié)。例如一張容量為1MB的軟盤，能夠儲存的字符數(shù)為1024×1024=1048576（個），能夠儲存的漢字?jǐn)?shù)為1024×1024/2=524288（個）。

3.2 數(shù)制以及轉(zhuǎn)化。數(shù)制是計數(shù)的規(guī)則，主要有二進(jìn)制（B）、八進(jìn)制（O）、十進(jìn)制（D）以及十六進(jìn)制（H），一般情況下，在用這些數(shù)制表示數(shù)字時通常要把英文字母代號寫在后面。二進(jìn)制是計算機(jī)應(yīng)用最多的數(shù)制，因此需要研究數(shù)制之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，才能較好地傳遞信息。

（1）十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制。將十六進(jìn)制的每一位當(dāng)做二進(jìn)制對應(yīng)的的四位來處理，十六進(jìn)制每一位有十六個數(shù)碼，四位二進(jìn)制數(shù)碼總共十六位數(shù)，因此可以相互對應(yīng)。例如8AH=（1×27+0×26+0×25+0×24）+（1×23+0×22+1×21+0×20）=10001010B。

（2）十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制。將十進(jìn)制總體去跟2n去比較，當(dāng)十進(jìn)制數(shù)介于2n和2n+1之間時候，則用十進(jìn)制除以2n得到余數(shù)依次去除2n-1、2n-2......直到余數(shù)為1或者0。例如20D=1×24+0×23+1×22+0×21+0×20=10100B。

（3）八進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制。八進(jìn)制每一位有八個數(shù)碼，三維二進(jìn)制數(shù)碼共計八位數(shù)碼，因此可以相互對應(yīng)，可以將八進(jìn)制的每一位當(dāng)做二級制對應(yīng)的三位來處理。例如74O=（1×25+1×24+1×23）+（1×22+0×21+0×20）=111100B。

（4）二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，需要將對應(yīng)的位數(shù)乘以對應(yīng)的2的階數(shù)，然后累加就可以。例如：

100111B=1×25+0×24+0×23+1×22+1×21+1×20

=32+0+0+4+2+1

=39D

（5）其他進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制。其他進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，將對應(yīng)位數(shù)上的數(shù)字乘以進(jìn)制數(shù)的位階數(shù)，然后累加就可以的得到。例如：

103711O=1×85+0×84+3×83+7×82+1×81+1×80

=32768+0+1536+448+8+1

=34761D

（6）十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為其他進(jìn)制。十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為其他進(jìn)制，需要將將十進(jìn)制總體去跟其他進(jìn)制最高位的位階數(shù)以及次高位的位階數(shù)比較，當(dāng)十進(jìn)制在這兩個數(shù)之間，則用十進(jìn)制數(shù)一次去除以遞減的次高位的位階數(shù)，知道最后剩下的數(shù)字不大于其他進(jìn)制的階數(shù)上的最大數(shù)碼。例如：

13754D=12288+1024+384+56+2

=3×84+2×83+6×82+7×81+2×80

=32672O

4 結(jié)束語

計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)越來越廣泛地運(yùn)用在工業(yè)、醫(yī)療、通訊、教育等方面，它為獲取不同的信息提供了良好的基礎(chǔ)，為各種控制場合提供了先決條件。如何更好更便捷地進(jìn)行計算機(jī)數(shù)據(jù)采集以及處理，將是我們需要研究的一個重大課題。

參考文獻(xiàn)：

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作者單位：貴港市統(tǒng)計局，廣西貴港 537100