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模拟量输入通道是完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机的任务。依据被控参量和控制要求的不同，模拟量输入通道的结构形式不完全相同。目前普遍采用的是公用运算放大器和A/D转换器的结构形式，其组成方框图如图1所示。 本文来自www.eadianqi.com
图1 模拟量输入通道方框图 本文来自www.eadianqi.com 模拟量输入通道主要由信号处理装置、采样单元、采样保持器、信号放大器、A／D转换器和控制电路等部分组成。本书第四章已经介绍了一些传感器的工作原理、信号的采集与保持的相关电路，以及信号放大和非线性补偿等内容，下面介绍其它相关内容。 本文来自www.eadianqi.com 1、信号处理装置 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 信号处理装置一般包括敏感元件、传感器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等。转换电路是把经由各种传感器所得到的不同种类和不同电平的被测模拟信号变换（电桥和信号放大）成统一的标准信号，为后端数据采集提供标准范围。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
在生产现场，由于各种干扰源的存在，所采集的模拟信号中可能夹杂着干扰信号。如通常生产过程被测参量（如温度、流量等）的信号频率低（1Hz以下），却夹杂上许多高于1Hz的干扰信号成分（如50Hz的电源干扰），为此必须进行信号滤波。根据检测信号的频带范围，合理选择低通、高通或带通等无源滤波器或有源滤波器，以消除干扰信号。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 另外，有些转换后的电信号与被测参量呈现非线性。如采用热敏元件测量温度，由于热敏元件存在非线性，所得到的温度—电压曲线就存在非线性特性，即所测电压值在某一段不能反映温度的线性变化。因此，应作适当处理，使之接近线性化。在硬件上可采用加负反馈放大器或采用线性化处理电路（如冷端补偿）的办法达到此目的。在软件上也可以用计算机进行分段线性化数字处理的办法来解决。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 2、采样单元 本文来自www.eadianqi.com 采样单元也称为多路转换器或多路切换开关，它的作用是把多个已变换成统一电压信号（0~40mV）的测量信号按序或随机的接到采样保持器或直接接到数据放大器上。即在模拟输入通道中，多路模拟输入量只用一个A/D转换器，借助采样单元把各路模拟量分时接到A/D转换器进行转换，实现了CPU对各路模拟量分时采样的目的。（见第四章） 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 3、计算机采样与量化 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 模拟信号的计算机数据采集过程需要解决用离散数据表达连续信号的精度问题。理论上，当信号采集时间间隔越短，计算机获取的模拟信号信息越真实。下面进一步分析一下模拟信号转换为数字信号的过程。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 （1）采样过程：所谓采样过程（简称采样）是用采样开关（或采样单元）将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。如图2所示。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
图2 采样过程 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 a）模拟信号 b）离散模拟信号 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
图2a是被采样的模拟信号f（t）， f（t）是时间上连续且幅值上也连续的信号。f（t）被按一定时间间隔T周期开、闭的采样开关分割成如图2b所示的时间上离散而幅值上连续的离散模拟信号 本文来自www.eadianqi.com
采样是计算机控制的特点之一。一个控制系统中的模拟输入量可能有多个，甚至上百个，计算机利用采样开关对各输入量逐个采样，依次处理，再逐个输出，实现对各通道和控制回路分时控制。 本文来自www.eadianqi.com
按分时采样控制的特点，在一个周期内，计算机对全部通道进行一次按序或随机采样，得到的是一组不同通道的输入信号，而对每一通道来说，只是在采样时间内向计算机输入信号。因此，A/D转换器从每一通道所得到的是一串以采样周期为周期，以采样时间为脉宽、以采样时刻的信号幅值为幅值的脉冲信号。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 2）量化过程 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 因采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，未数量化，不能直接送入计算机，故还需经数量化，变成数字信号才能被计算机接受和处理。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 量化过程（简称量化）就是用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号，如图3所示。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
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图3 量化过程 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 a）离散模拟信号 b）数字信号 本文来自www.eadianqi.com
由于计算机的数值信号是有限的，因此用数码来逼近模拟信号是近似的处理方法。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
量化单位q是指量化后二进制数的最低位所对应的模拟量的值。设 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
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对于同一转换信号范围，i越大、即转换后的位数越多，q就越小，量化误差越小。由于量化后的数值是以量化单位为单位逼近模拟量得到的，是取相邻两个数字量中更接近的一个数值（四舍五入）作为采样值的量化量，因此量化误差的最大值为± 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
例如，模拟信号 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
由以上分析可知，在采样过程中，如果采样频率足够高，并选择足够字长的量化数值，使得量化误差足够小，就会保证采样处理的精度。因此，我们可以用经采样量化后得到的一系列离散的二进制数字量来表示某一时间上连续的模拟信号。从而满足计算机计算、处理和控制的需要。 本文来自www.eadianqi.com |
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（t）。离散模拟信号
和
分别为转换信号的最大值和最小值，i为转换后二进制数的位数，则量化单位为 
（1） 
，而不是q。 
＝±0.5V。