计算机控制系统中模拟量输入通道

    模拟量输入通道是计算机和生产过程之间设置的信息传送和信号转换的连接通道。

   (1)基本组成：信号处理装置、多路转换器、数据放大器、采样保持、A/D转换等。

   1)多路转换器：分时地切换信号。可利用一个通道输入多个信号。

   2)数据放大器：进行电路的阻抗匹配、信号放大、电平转换、提高共模抑制比，具有增益可调功能。

   3)信号处理：主要包括有标度变换、信号滤波、电平转换、线性化处理等。

   (2)采样和保持。将时间上连续的信号变成一串不连续的脉冲时间序列的过程，称为采样或离散化过程。

   (3)采样周期及采样宽度。完成一次转换所需要的时间称之为孔径时间，它决定了每一个采样时刻的最大的转换误差。

    对于一定的转换时间，误差的百分数和信号的频率成正比。

    为了提高模拟输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，它有效地减少孔径误差。

   (4)香农采样定理：如果随时间变化的模拟信号的最高频率为fmax，只要满足采样频率fs≥2fmax进行采样，则采样信号f*(t)能无失真的恢复原连续信号f(t)。常用的采样频率fs=(3-4) fmax。

   (5)量化：采用一组数码（如二进制数）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。当要求较高时，必须评估由此带来的误差。

    量化单位q=（最大信号一最小信号）/2I

    量化误差：e表示量化时的误差，即量化噪声。量化时可能引入的最大误差为±q/2，也就是量化噪声的峰值。

    更为重要的是量化噪声的方差，它与噪声的平均功率成正比。当量化噪声与被测信号是统计独立的，且概率密度均匀分布时（产生任何偏差的可能性一样大），量化噪声的方差为

   (2-1)

量化噪声的均均方根，即“标准差”或量化噪声有效值

    σ=q/2√3=0. 2887q    (2-2)

误差的概率分布图如图2-3所示。

    图2-3    误差的概率分布图