随着计算机技术的飞速发展和推广，数据采集技术的应用越来越广泛。无论是在工业生产过程，还是科研中都发挥着重要的作用。一般的数据采集系统的工作过程如下：湿度、高度、速度等这一类模拟量，可以通过各类的传感器将其转换为模拟电信号 (如电压、电流等)，再经过信号调理电路的处理之后把信号传输至A/D转换器，转换为可以进一步处理的数字信号并传递给数字信号处理器（DSP）或微处理机（MCU），最后通过各类总线传送至上位机进行后续处理或直接显示[5]。其处理过程通常如图1.1所示。

图1.1数据采集系统框图

1.1.2  数据采集系统的分类与现状

数据采集系统一般有两类形式：一类是可独立工作的数据采集器的形式；另一类是数据采集卡的形式[6]。

数据采集器能够独立工作，一般具有数据显示和存储功能，或是通过通用的通信总线接口（如GPIB、RS232、USB等）输出采样数据。图1.2所示的是NI公司的USB-6000多功能数据采集系统。它采用USB作为数据传输接口，具有8路同步模拟输入通道，12位的分辨率，采样率可达10 kS/s[7]。

图1.2  NI USB-6000 多功能数据采集系统

另一种以板卡形式出现的数据采集卡，其本身不能独立工作，它一般采用通用的I/O总线（如VXI、PXI、PCI等），与具有相同I/O总线的计算机主板一起工作，完成数据采集功能。图1.3所示为NI公司的PXIe-6361数据采集卡，它具有16路模拟输入通道、2 MS/s (单通道)、1 MS/s (多通道)、16位分辨率的特点[8]。

图1.3  NI PXIe-6361数据采集卡

两种类型的数据采集系统都有自己的优势和不足。

独立的数据采集器携带方便，只需将采集器放置在信号采集现场，就可方便地进行数据测量。由于从底层开始设计，因此无论通道数、分辨率还是采样率，可灵活设计，针对性强，性价比较高。但设计工作量较大，可靠性需要精心设计。论文网

数据采集卡式通常采用工业标准的计算机I/O总线结构，随着I/O总线带宽的提高，在多通道采样时，其采样速率也很少受到限制。但采集卡必须与一台带有相应I/O总线插槽的计算机配合工作，体积较大，功率较高[9]。

总体而言，数据采集系统向着下述几个方向发展：系统的精度越来越高，采集速度越来越快；系统利用微控制器控制，自动化程度不断提高；系统向着网络化、多参数方向发展[10]。

1.2.3  模数转换技术

对于现代数据采集系统，人们对其采样率、抗干扰能力、分辨率、数字信号处理速度等方面提出了越来越高的要求。其中对于数据采集系统整体性能起到关键性作用的就是A/D转换器（ADC）。现在常用A/D转换器主要有如下几种：

(1)逐次逼近型A/D转换器

逐次逼近型A/D转换器通过对输入电压与已知电压的不断比较，将模拟量转换成数字量。这种A/D转换器转换速率高，功耗相对于其它A/D转换器更低，可达到的分辨率较高。但是这种A/D转换器的抗干扰能力差，需要精密元件数量较多，造价较高[11]。

(2)积分型A/D转换器

积分型A/D转换器的特点是在积分周期内使干扰的正、负周期相互抵消，因此，这类A/D转换器具有转换精度高、抗干扰能力强、需要精密元件少、造价低等优点。缺点是转换速率低，适用于精密、低速的测量领域[11]。

(3)∑-Δ型A/D转换器

Σ-△模数转换技术是近些年出现的一种模数转换方式，Σ-△模数转换器是由Σ-△调制器和数字抽取滤波器构成的。其优点是转换精度高、线性度好、成本低等。但相比于逐次逼近型A/D转换器，功耗高，高速转换时，需要高阶调制器，因此不适合高频信号的采集。