过程装备控制技术及应用教案 第五章计算机控制系统 4页共18页 ◆应用先进的通信网络 ◆具有开放性 ◆可靠性高 5.3AD与DA转换器 传感器与微机之间要通过模数转换器(AD)来连接,它的功能是将输入的摸拟量转化为数字量 般控制器采用模拟量参数,在计算机与控制器件之间要通过数模转换器(DA)进行连接。 5.31AD转换器 AD转换器是一种能够在规定的精度和分辨率之内,把接收的摸拟信号转换成与之成正比的数字信 号的器件 模数转换包括时间上等间隔的采样及保持和幅值上的量化及编码,它把电压等模拟量转换成数字 量,即把连续信号变成离散的时间序列 在AD转换过程中,设x(t)为给定的摸拟信号,x(t)代表对给定信号按同一时间间隔采样所得到的 系列离散值,于是AD转换得到相应的一系列数字量{a},每个数字代表x(t)的幅值。为了实现转换 过程;需要将采样值保持一定时间,保持中的采样值还是连续的模拟量,而数字量只能是离能值。所以 需要用量化单位对模拟量做整型量化,从而得到与模拟量对应的数字值。量化后的数字以编码形式表示。 量化就是在模数转换过程中,对时域上每个间隔采样分层取值的过程。它是采用有限字长的一组二 进制码去逼近离散的模拟信号的幅值,而字长位数的多少决定了数字量偏移连续量误差的大小。数字最 低位所代表的数值称为量化单位通常用字母q表示,它是分层的标准尺度。显然,量化单位越小,信号 精度越高,但任何量化都会引起误差。 由量化引起的误差称为量化误差。当输入信号随时间变化时,量化后的曲线呈阶梯形。对应的量化 误差c()即与量化单位有关又与被测信号x()有关。当量化单位与被测信号的幅值比足够小,量化误差 可看作量化噪声 由于量化单位对应数字量最低位所代表的数值,所以 q=FRS/2" 式中,FRS一满量程电压值 n-转换器的位数 如12位AD转换器,电压范围是0-10V或±5V,则q=10/2≈0.00244V。由于截尾误差的 均值不为零,即存在直流分量,所以一般采用舍入处理,显然舍入处理的最大量化误差为±q/2。 AD转换的编码方式为单极性和双极性两种。单极性方式用于信号恒为正值或负值的情况,例如温 度和压力等。振动信号在一个周期内有正负,所以采用双极性编码方式。在双极性方式中,最高位是符 号位,用于表示极性的正负,其余的位用来表示信号的幅值,这种将符号数码化的数叫做机器数。利用 计算机对数据进行运算时要考虑符号如何处理,能否同数值一起参加运算。为了妥善处理这些问题提出 了把符号位和数值一起编码的各种方法 1)原码 原码是一种最直接的机器数表示法,规定用0表示正号,用1表示负号,数值部分按一般二进制表 示,即尾数与真值一样。若xb=x1x2…xm,则 3=xx1x2…xn x为原码机器数:x为直值:x1,…,xn1分别表示各尾数位上的数值:x为原码机器数的符号位 它满足过程装备控制技术及应用教案 第五章 计算机控制系统 第 4 页 共 18 页  应用先进的通信网络；  具有开放性；  可靠性高； 5.3 A/D 与 D/A 转换器 传感器与微机之间要通过模数转换器(A/D)来连接，它的功能是将输入的摸拟量转化为数字量；一 般控制器采用模拟量参数，在计算机与控制器件之间要通过数模转换器（D/A）进行连接。 5.3.1 A/D 转换器 A/D 转换器是一种能够在规定的精度和分辨率之内，把接收的摸拟信号转换成与之成正比的数字信 号的器件。 模数转换包括时间上等间隔的采样及保持和幅值上的量化及编码，它把电压等模拟量转换成数字 量，即把连续信号变成离散的时间序列。 在 A/D 转换过程中，设 x(t)为给定的摸拟信号，x`(t)代表对给定信号按同一时间间隔采样所得到的 一系列离散值，于是 A/D 转换得到相应的一系列数字量{an}，每个数字代表 x`(t)的幅值。为了实现转换 过程；需要将采样值保持一定时间，保持中的采样值还是连续的模拟量，而数字量只能是离能值。所以 需要用量化单位对模拟量做整型量化，从而得到与模拟量对应的数字值。量化后的数字以编码形式表示。 量化就是在模数转换过程中，对时域上每个间隔采样分层取值的过程。它是采用有限字长的一组二 进制码去逼近离散的模拟信号的幅值，而字长位数的多少决定了数字量偏移连续量误差的大小。数字最 低位所代表的数值称为量化单位通常用字母 q 表示，它是分层的标准尺度。显然，量化单位越小，信号 精度越高，但任何量化都会引起误差。 由量化引起的误差称为量化误差。当输入信号随时间变化时，量化后的曲线呈阶梯形。对应的量化 误差 (t) 即与量化单位有关又与被测信号 x(t)有关。当量化单位与被测信号的幅值比足够小，量化误差 可看作量化噪声。 由于量化单位对应数字量最低位所代表的数值，所以 n q = FRS 2 式中，FRS—满量程电压值； n—转换器的位数。 如 12 位 A/D 转换器，电压范围是 0~10V 或±5V，则 10 2 0.00244 12 q =  V。由于截尾误差的 均值不为零，即存在直流分量，所以一般采用舍入处理，显然舍入处理的最大量化误差为  q / 2 。 A/D 转换的编码方式为单极性和双极性两种。单极性方式用于信号恒为正值或负值的情况，例如温 度和压力等。振动信号在一个周期内有正负，所以采用双极性编码方式。在双极性方式中，最高位是符 号位，用于表示极性的正负，其余的位用来表示信号的幅值，这种将符号数码化的数叫做机器数。利用 计算机对数据进行运算时要考虑符号如何处理，能否同数值一起参加运算。为了妥善处理这些问题提出 了把符号位和数值一起编码的各种方法。 1）原码 原码是一种最直接的机器数表示法，规定用 0 表示正号，用 1 表示负号，数值部分按一般二进制表 示，即尾数与真值一样。若 b = 1 2 n−1 x x x x ，则  0 = 0 1 2 n−1 x x x x x  0 x 为原码机器数； b x 为直值； 1 1 , , n− x  x 分别表示各尾数位上的数值； 0 x 为原码机器数的符号位， 它满足