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1、 6.5 信号变换信号变换 信号一般有模拟量信号和数字量信号，为了进行计算机处理或长距信号一般有模拟量信号和数字量信号，为了进行计算机处理或长距离传输，一般情况下将模拟量信号离传输，一般情况下将模拟量信号(Analog Signal)转换成数字量信号转换成数字量信号(Digital Signal )；同时为了驱动模拟量设备，需要将数字量信号转换；同时为了驱动模拟量设备，需要将数字量信号转换成模拟量信号。系统如图成模拟量信号。系统如图6-47所示。所示。 常用的信号变换有常用的信号变换有A/D、D/A、V/F。 多种多样的工业用计算机。多种多样的工业用计算机。 图6-47计算机控制系统物理信号物
2、理信号对象对象传传感感器器电信号电信号信信号号调调理理模拟信号模拟信号A/D转换转换数字信号数字信号计计算算机机显显示示D/A转换转换电信号电信号控制控制物理信号物理信号 灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统图6-48虚拟仪器系统 6.5.1 6.5.1 模数模数(A/D)(A/D)和数模和数模(D/A)(D/A) 1 1、A/DA/D转换转换 采样采样利用采样脉冲序列利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列离散值，使之成为采从信号中抽取一系列离散值，使之成为采 样信号样信号x(nTsx(nTs) )的过程的过程量化量化把采样信号经过舍入变为只有有限个有效数字的数，
3、这一过程把采样信号经过舍入变为只有有限个有效数字的数，这一过程 称为量化称为量化编码编码将经过量化的值变为二进制数字的过程。将经过量化的值变为二进制数字的过程。 图6-49A/D变换 A/DA/D转换器的技术指标转换器的技术指标: : (1) (1) 分辨率分辨率; ; 用输出二进制数码的位数表示。位数越多，量化误差越小，分辨用输出二进制数码的位数表示。位数越多，量化误差越小，分辨 力越高。常用有力越高。常用有8 8位、位、1010位、位、1212位、位、1616位等。位等。(2) (2) 转换速度转换速度; ; 指完成一次转换所用的时间，如指完成一次转换所用的时间，如:1ms(1KHz):1
4、ms(1KHz)； 10us(100kHz) 10us(100kHz) (3) (3) 模拟信号的输入范围模拟信号的输入范围; ; 如，如，5V5V， +/-5V+/-5V，10V10V，+/-10V+/-10V等。等。 常用常用A/DA/D类型有逐次逼近型和斜坡型类型有逐次逼近型和斜坡型 2 2、D/AD/A转换过程和原理转换过程和原理 D/AD/A转换器是把数字信号转换为电压或电流信号的装置。转换器是把数字信号转换为电压或电流信号的装置。 D/AD/A转换器的技术指标转换器的技术指标 分辨率分辨率; ;转换速度转换速度; ; 模拟信号的输出范围模拟信号的输出范围; ;图6-50D/A变换
5、3 3 采样定理采样定理 采样是将采样脉冲序列采样是将采样脉冲序列p(t)p(t)与信号与信号x(t)x(t)相乘，取离散点相乘，取离散点x(ntx(nt) )的的值的过程。值的过程。X(0), X(1), X(2), , X(n) 每每周周期期应应该该有有多多少少采采样样点点 ？最最少少2 2点点: :图6-51采样 采样定理采样定理 为为保保证证采采样样后后信信号号能能真真实实地地保保留留原原始始模模拟拟信信号号信信息息（避避免免迭迭混混以以便便采采样样后后仍仍能能准准确确地地恢恢复复原原信信号号 ），信信号号采采样样频频率率必必须须至至少少为为原原信信号号中中最最高高频频率率成成分分的的
6、2 2倍倍。这这是是采采样样的的基基本本法法则则，称称为为采采样样定定理理。（ShannonShannon香农采样定理香农采样定理 ）Fs 2 Fmax 2020世纪，香农世纪，香农(Claude (Claude E.ShanonE.Shanon),),美国数学家美国数学家, ,信息论的创始人信息论的创始人, ,也是电也是电子计算机理论的重要奠基人之一子计算机理论的重要奠基人之一. . 需注意，满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而不能保证需注意，满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而不能保证此时的采样信号能真实地反映原信号此时的采样信号能真实地反映原信号x(tx(t) )。工程实际中采样频率
7、通。工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分。常大于信号中最高频率成分。 4 4 电压频率电压频率(V/ F) (V/ F) 转换器转换器 采用电压频率采用电压频率(V/ F) (V/ F) 转换器以频率形式传输模拟信号是远距转换器以频率形式传输模拟信号是远距离传输模拟信号而又不损失精度的最好解决方法。电压频率转换器离传输模拟信号而又不损失精度的最好解决方法。电压频率转换器将模拟输入信号转换为频率与其电压幅值对应的输出信号将模拟输入信号转换为频率与其电压幅值对应的输出信号, ,它是模它是模数转换器的另一种形式数转换器的另一种形式, ,是一种输出频率与输入信号成正比的电路。是一种输出频率与输
8、入信号成正比的电路。AD650 AD650 电路电路: :满刻度频率高满刻度频率高( (达达1MHz)1MHz)很低的非线性度很低的非线性度( (在在10kHz 10kHz 满刻度时非线性度小于满刻度时非线性度小于0.002% ,0.002% ,在在 100kHz 100kHz 满刻度时非线性度小于满刻度时非线性度小于0.005 %,0.005 %,在在1MHz1MHz满刻度时非线满刻度时非线 性度小于性度小于0.07%) ;0.07%) ;输出电压范围宽输出电压范围宽( (用作用作F/ V F/ V 转换器转换器, , 其输出电压范围为其输出电压范围为0 010V) ;10V) ;温度范围宽
9、温度范围宽( - 40( - 4085 ) ;85 ) ;既能用作电压频率转换器既能用作电压频率转换器, ,又可用作频率电压转换器。又可用作频率电压转换器。 通过光电隔离器和无线电技术在远距离传输线路上传输频率通过光电隔离器和无线电技术在远距离传输线路上传输频率信号使其不受干扰是较为容易的。其组成原理如图所示。因此在通信号使其不受干扰是较为容易的。其组成原理如图所示。因此在通讯、仪器仪表、雷达、远距离传输等领域得到广泛的应用。讯、仪器仪表、雷达、远距离传输等领域得到广泛的应用。图6-52V/F变换 图6-53正负电压输入(-5V+5V)的电压频率转换器应用电路AD650 AD650 的输出频率的输出频率f fOUTOUT 与输入电压与输入电压V VININ 的关系可用公式来描述：的关系可用公式来描述： f OU T = V IN / 7. 5 C1 ( R1 + R3 ) 图6-54远距离传输电路
