第11章-模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(已修改)
2025-08-17 20:05 本頁面
【正文】 第十一章 模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換 ? 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) ? DA轉(zhuǎn)換原理 ? 典型 DA轉(zhuǎn)換器件 ? AD轉(zhuǎn)換原理 ? 典型 AD轉(zhuǎn)換器件 第十一章 模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換 概述 問題的提出： ? 模擬量 :自然界連續(xù)變化的物理量。所謂連續(xù)，包括兩方面的含義： ? 一方面從時(shí)間上來說，它是隨時(shí)間連續(xù)變化的； ? 另一方面從數(shù)值上來說，它的數(shù)值也是連續(xù)變化的。這種連續(xù)變化的物理量通常稱為模擬量。 ? 數(shù)字量：計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理的是不連續(xù)變化的量 當(dāng)計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)采集和過程控制的時(shí)候，采集對象往往是連續(xù)變化的物理量（如溫度、壓力、聲波等），但計(jì)算機(jī)處理的是離散的數(shù)字量，因此需要對連接變化的物理量（模擬量）進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換為不連續(xù)的數(shù)字量交給計(jì)算機(jī)處理、保存等。計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量有時(shí)需要通過 D/A轉(zhuǎn)換為模擬量去控制某些執(zhí)行元件（如聲卡播放音樂等）。 A/D轉(zhuǎn)換器完成模擬量 →數(shù)定量的轉(zhuǎn)換， D/A轉(zhuǎn)換器完成數(shù)字量 → 模擬量的轉(zhuǎn)換。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 控 制 對 象 傳感器 放大濾波 傳感器 放大濾波 多 路 開 關(guān)MUX 采樣保持器S/H A/D 轉(zhuǎn)換器 I/O接口 D/A轉(zhuǎn) 換 器 執(zhí)行部件 I/O接口 計(jì) 算 機(jī) 多 路 開 關(guān) MUX ? 傳感器：是把非電量的模擬量（如溫度、壓力、流量等）轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào) ? 量程放大器：把微弱的傳感器信號(hào)（通常為毫伏或微伏級）放大到 A/D轉(zhuǎn)換器所需的量程范圍。 ? 低通濾波器：用來降低噪聲，濾去不必要的干擾，以增加信噪比。 ? 多路開關(guān)：可以使多個(gè)模擬信號(hào)共用一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器。 ? 采樣 保持電路：（ Sample/hold circuit）把轉(zhuǎn)換的信號(hào)采樣后還保持一段時(shí)間，以便給 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。 采樣、量化和編碼 1. 采樣 ? 采樣就是按相等的時(shí)間間隔 t從電壓信號(hào)上截取一個(gè)個(gè)離散的電壓瞬時(shí)值。 ? 采樣定理： 為了能從采樣后的信號(hào)能夠無失真的恢復(fù)原信號(hào)，必須滿足兩個(gè)條件： ①被采樣的模擬信號(hào)必須是頻帶受限的，即它有頻率上限值 fm；② 采樣頻率 fs≥ 2fm。在實(shí)際應(yīng)用中常取 fs=(3~4)fm ? 對 0～ 5V（或 0～ 10V ）電壓進(jìn)行 2n等分（ n＝ 1 16），形成 2n個(gè)區(qū)間 ? 采樣后的模擬電壓落在哪個(gè)區(qū)間，就以該區(qū)間的下限值表示該電壓值 量化的實(shí)例 ? 自然二進(jìn)制編碼： 0電壓用數(shù)字量全 0表示；滿量程（ FSR）電壓用數(shù)字量全 1表示（實(shí)際上全 1并不等于滿量程電壓）。 ? 雙極性二進(jìn)制編碼：負(fù)滿量程電壓用全 0表示，正滿量程電壓用全 1表示（實(shí)際上全 1也不等于正滿量程電壓） 。 自然二進(jìn)制編碼 (n=4) 輸入模擬量 輸出數(shù)碼 對應(yīng)電壓 FSR(滿量程 )=+5V FSR(滿量程 )=+10V 0 0000 1/16 FSR(滿量程 ) 0001 2/16 FSR 0010
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