数模转换器的工作原理(数模转换器工作原理图)

A/D转换

模数转换器

模数转换过程包括量化和编码。

量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。

编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。

最普通的码制是二进制，它有2n个量级（n为位数）,可依次逐个编号。

模数转换的方法很多，从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。

直接法是直接将电压转换成数字量。

它用数模网络输出的一套基准电压，从高位起逐位与被测电压反复比较，直到二者达到或接近平衡（见图）。

控制逻辑能实现对分搜索的控制，其比较方法如同天平称重。

先使二进位制数的最高位Dn-1＝1，经数模转换后得到一个整个量程一半的模拟电压VS，与输入电压Vin相比较，若Vin>VS,则保留这一位；若Vin<Vin，则Dn-1＝0。

然后使下一位Dn-2＝1,与上一次的结果一起经数模转换后与Vin相比较,重复这一过程，直到使D0＝1，再与Vin相比较,由Vin>VS还是Vin<V来决定是否保留这一位。

经过n次比较后，n位寄存器的状态即为转换后的数据。

这种直接逐位比较型（又称反馈比较型）转换器是一种高速的数模转换电路，转换精度很高，但对干扰的抑制能力较差，常用提高数据放大器性能的方法来弥补。

它在计算机接口电路中用得最普遍。

间接法不将电压直接转换成数字，而是首先转换成某一中间量,再由中间量转换成数字。

常用的有电压-时间间隔(V/T)型和电压-频率(V/F)型两种，其中电压-时间间隔型中的双斜率法（又称双积分法）用得较为普遍。

模数转换器的选用具体取决于输入电平、输出形式、控制性质以及需要的速度、分辨率和精度。

用半导体分立元件制成的模数转换器常常采用单元结构，随着大规模集成电路技术的发展，模数转换器体积逐渐缩小为一块模板、一块集成电路。

例子：

例1：对于一个2位的电压模数转换器，如果将参考设为1V，那么输出的信号有00、01、10、11，4种编码，分别代表输入电压在0V-0.25V,0.26V-0.5V,0.51V-0.75V,0.76V-1V时的对应输入。

分为4个等级编码，当一个0.8V的信号输入时，转换器输出的数据为11。

例2：对于一个4位的电压模数转换器，如果将参考设为1V，那么输出的信号有0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111，16种编码，分别代表输入电压在0V-0.0625V,0.0626V-0.125V,...........0.9376V-1V。

分为16个等级编码（比较精确）当一个0.8V的信号输入时，转换器输出的数据为1100

数模转换器工作原理图

D0为从温度模块中读取到的当前温度值，D128为设定温度和D156回差温度。可以在触摸屏上设置。设置温度45度后，温度会在30-60度之间工作。如图所示：

一、控制要求

将被控系统的温度控制在某一范围之间，当温度低于下限或高于上限时，应能自动进行调整，如果调整一定时间后仍不能脱离不正常状态。

则采用声光报警，来提醒操作人员注意，排除故障。系统设置一个启动按钮来启动控制程序，设置绿、红、黄三台指示灯来指示温度状态。

当被控系统的温度在要求范围内，则绿灯亮，表示系统运行正常；当被控系统的温度超过上限或低于下限时，经调整且在设定时间内仍不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并伴有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。

该系统充分利用电气智能平台现有设备，引入PLC和变频器于系统中，将硬件模拟和软件仿真有机结合，有效的运用了平台资源。本文通过对该系统的阐述，详细介绍了PLC和变频器在模拟量信号监控中的运用。

转换原理：

1、数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通滤波即可以实现。数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。

根据信号与系统的理论，数字阶梯状信号可以看作理想冲激采样信号和矩形脉冲信号的卷积，那么由卷积定理，数字信号的频谱就是冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱（即Sa函数）的乘积。

这样，用Sa函数的倒数作为频谱特性补偿。

由采样定理，采样信号的频谱经理想低通滤波便得到原来模拟信号的频谱。一般实现时，不是直接依据这些原理。

因为尖锐的采样信号很难获得，因此，这两次滤波（Sa函数和理想低通）可以合并（级联），并且由于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能近似完成。

2、模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后通过编码器，使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。