第四章模拟量转换为频率和周期
模拟数据转换为数字信号的主要方法及转换过程
模拟数据转换为数字信号的主要方法及转换过程在当今数字化的世界中，模拟数据到数字信号的转换是至关重要的。
这个过程涉及到许多复杂的原理和方法，而这篇文章将对其进行全面的探讨。
在我们开始深入讨论之前，让我们首先了解一下什么是模拟数据和数字信号。
一、模拟数据和数字信号的基本概念1. 模拟数据模拟数据是连续变化的信号，它可以在一定范围内取任意数值。
声音信号、光信号和温度信号都属于模拟数据。
模拟数据可以用一个连续的函数来表示，其取值可以是实数，因此在处理模拟数据时会受到各种噪音的影响。
2. 数字信号数字信号是离散的信号，它只能取有限个数值中的一个。
数字信号是通过对模拟数据进行采样和量化获得的，然后经过编码传输和解码再重现成模拟数据。
数字信号相对于模拟数据来说，更容易处理和传输，并且在传输过程中不易受到噪音的干扰。
二、模拟数据转换为数字信号的主要方法及转换过程在进行模拟数据到数字信号的转换时，主要有三个关键步骤：采样、量化和编码。
下面我们将对这些步骤进行详细的介绍：1. 采样采样是将连续的模拟数据在时间或空间上离散化的过程。
通过采样，模拟数据将被离散化为一系列的样本点。
在采样过程中，需要考虑到采样频率和信号的最大频率。
采样频率需要满足奈奎斯特采样定理，即采样频率至少是信号最大频率的两倍。
如果采样频率过低，会导致混叠现象，使得原始信号无法还原。
合理的采样频率对于保证原始信号的完整性至关重要。
2. 量化量化是将连续的模拟数据幅度范围限制在一定的离散值上的过程。
通过量化，模拟数据的幅度将被近似为最接近的离散值。
在量化过程中，要考虑到量化精度和信噪比。
量化精度越高，表示信号的每个样本点都可以被近似为更精细的离散值，但这也会增加存储和传输的成本。
而信噪比则是表示信号中所含信息与噪音的比例，量化精度的增加会使信号的动态范围变小，容易造成信噪比的降低。
3. 编码编码是将采样和量化后的离散信号转换为数字信号的过程。
常用的编码方式包括脉冲编码调制（PCM）、三角编码和循环编码等。
数字信号模拟频率变换
模拟频率变换
只讨论取 +号情况
模拟频率变换
3. 原型低通到带通的变换
w
w 0.5(w B (w B)2 4w 2 )
wp1
w2 p1
wp1wp
2
(wp2 wp1)wp1
1
0
w
s2
w p2
w
wp2
w2 p2
wp1wp2
10 0.1As 1
N
log
10
( 10
0.1
Ap
) 1
3.28
2 log10 (ws / wp )
取N=4
wc
ws
(100.1As 1)1/ 2N
5.033 105
例： 设计满足下列条件的模拟BW型高通滤波器 fp=5kHz, fs=1kHz, Ap1dB, As 40dB
解： (2) 设计BW型原型低通滤波器
模拟带通滤波器的设计
MATLAB实现 [numt,dent] = lp2bp(num,den,W0,B)
模拟频率变换
例: 试设计一个满足下列指标的BW型带通滤波器
wp1=6 rad/s, wp2=8 rad/s, ws1=4 rad/s, ws2=11 rad/s,
Ap1 dB, As 32dB。
Ap1 dB, As 32dB。
解： (3) 设计BW型原型低通滤波器 N=4，wc=1.3211
HL (s)
[(s
/wc )2
0.7654 s
/ wc
1 1][(s
/wc )2
1.8478s
/ wc
电路基础原理交流电的频率与周期
电路基础原理交流电的频率与周期在电路基础原理中，交流电是一个重要的概念。
交流电的频率和周期是电路中的基本参数，对于我们理解电路的工作原理非常重要。
首先，我们来了解一下频率和周期的概念。
频率指的是单位时间内交流电信号的周期个数，用赫兹（Hz）来衡量。
周期则是指交流电信号完成一个往复运动所需的时间，用秒（s）来衡量。
频率和周期是密切相关的，可以通过下列公式相互转换：频率 = 1 / 周期，周期 = 1 / 频率。
为了更好地理解频率和周期，我们以一个简单的振荡电路为例。
当一台交流电源连接到这个振荡电路中时，振荡电路会产生交流电信号。
这个信号的频率和周期取决于振荡电路的元件参数。
在电路中，频率和周期的概念经常被用来描述交流电信号的特征。
交流电信号的频率决定了信号在单位时间内的周期个数，而周期则决定了信号完成一个往复运动所需的时间。
频率和周期对于电路设计和分析非常重要。
不同的电子设备和电路对于交流电信号的频率和周期有不同的要求。
比如说，电视机和手机需要接收高频率的信号，而电源适配器则需要输出稳定的交流电信号。
我们可以通过示波器来测量交流电信号的频率和周期。
示波器可以显示交流电信号的波形，从而帮助我们更好地了解信号的特性。
通过示波器，我们可以轻松地测量信号的周期，并通过频率和周期的关系计算出频率。
交流电的频率和周期还与电力系统密切相关。
在电力系统中，交流电的频率是非常重要的。
不同国家或地区的电力系统通常都会规定一个标准的频率。
比如说，在中国大陆的电力系统中，交流电的标准频率为50赫兹。
而在美国和加拿大，标准频率为60赫兹。
交流电的频率和周期的控制对于电力系统的稳定性和协调运行非常重要。
如果电力系统中的发电机和负载设备的频率不一致，就会出现电力供应不稳定的情况。
因此，电力系统需要通过精确的频率控制来保证稳定可靠的电力供应。
总之，电路基础原理中交流电的频率和周期是非常重要的概念。
频率和周期可以用来描述交流电信号的特征，它们在电路设计和分析中起着重要的作用。
模-数转换原理
模-数转换原理ADC的转换原理根据ADC的电路形式有所不同。
ADC电路通常由两部分组成，它们是：采样、保持电路和量化、编码电路。
其中量化、编码电路是最核心的部件，任何ADC转换电路都必须包含这种电路。
ADC电路的形式很多，通常可以并为两类：间接法：它是将采样-保持的模拟信号先转换成与模拟量成正比的时间或频率，然后再把它转换为数字量。
这种通常是采用时钟脉冲计数器，它又被称为计数器式。
它的工作特点是：工作速度低，转换精度高，抗干扰能力强。
直接法：通过基准电压与采样-保持信号进行比较，从而转换为数字量。
它的工作特点是：工作速度高，转换精度容易保证。
模—数转换的过程有四个阶段，即采样、保持、量化和编码。
采样是将连续时间信号变成离散时间信号的过程。
经过采样，时间连续、数值连续的模拟信号就变成了时间离散、数值连续的信号，称为采样信号。
采样电路相当于一个模拟开关,模拟开关周期性地工作。
理论上，每个周期内，模拟开关的闭合时间趋近于0。
在模拟开关闭合的时刻（采样时刻），我们就“采”到模拟信号的一个“样本”。
量化是将连续数值信号变成离散数值信号的过程。
理论上，经过量化，我们就可以将时间离散、数值连续的采样信号变成时间离散、数值离散的数字信号。
我们知道，在电路中，数字量通常用二进制代码表示。
因此，量化电路的后面有一个编码电路，将数字信号的数值转换成二进制代码。
然而，量化和编码总是需要一定时间才能完成，所以，量化电路的前面还要有一个保持电路。
保持是将时间离散、数值连续的信号变成时间连续、数值离散信号的过程。
在量化和编码期间，保持电路相当于一个恒压源，它将采样时刻的信号电压“保持”在量化器的输入端。
虽然逻辑上保持器是一个独立的单元，但是，工程上保持器总是与采样器做在一起。
两者合称采样保持器。
八位串行A/D转换器ADC0832简介ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。
由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。
变频器的频率给定方式大全
变频器的频率给定方式大全变频器常见的频率给定方式主要有：操作器键盘给定、接点信号给定、模拟信号给定、脉冲信号给定和通讯方式给定等。
这些频率给定方式各有优缺点，必须按照实际的需要进行选择设置，同时也可以根据功能需要选择不同频率给定方式之间的叠加和切换。
2操作器键盘给定操作器键盘给定是变频器最简单的频率给定方式，用户可以通过变频器的操作器键盘上的电位器、数字键或上升下降键来直接改变变频器的设定频率。
操作器键盘给定的最大优点就是简单、方便、醒目(可选配led数码显示和中文lcd液晶显示)，同时又兼具监视功能，即能够将变频器运行时的电流、电压、实际转速、母线电压等实时显示出来。
如果选择键盘数字键或上升下降键给定，则由于是数字量给定，精度和分辨率非常高，其中精度可达最高频率×±0.01%、分辨率为0.01hz。
如果选择操作器上的电位器给定，则属于模拟量给定，精度稍低，但由于无需像外置电位器的模拟量输入那样另外接线，实用性非常高。
变频器的操作器键盘通常可以取下或者另外选配，再通过延长线安置在用户操作和使用方便的地方。
一般情况下，延长线可以在5m以下选用，对于距离较远则不能简单地加长延长线，而是必须需要使用远程操作器键盘。
图1艾默生变频器远程操作器连线图1所示为艾默生td系列变频器的远程操作器连线示意。
该远程操作器型号为tdo-rc02，与其变频器td2000/2100系列操作器键盘的外观、基本操作方法以及显示风格等基本一致。
它是采用内置rs-485通讯方式实现远程操作控制的，工作电压为直流24v，在距离只有几十米的范围内可以采用变频器内部直流电源，若超过50m以上或者变频器内部直流电源另有他用，可以选用10w左右的标准直流24v电源。
由于采用通讯方式实现远程操作控制，所以该操作器的安装距离可以在数百米范围内正常工作，并且通过采用不同的通讯地址对多达32台变频器进行远控操作。
这些操作内容包括正反转运行、电动运行、停机、功能码设置、功能码参数查看、运行参数查看、故障复位等。
模拟量输入输出通道
效数字量存入RAM中，当CPU要求输入第n路信号时，则由
CPU控制将第n路对应的放大倍数从RAM中取出，经数据总线 送入AM-542相应端接点，这样信号便按预先设定的放大倍数 进行放大。
第四章模拟量输入输出通道
2． 放大器并联反馈电阻方案 如图4-12所示，A1、A2组成同相关联差动放大器，A3为起
减法作用的差动放大器。电压跟随器A4 的输入来自A点即共模
电压Ucm,其输出作为运放A1、A2的电源地端， 以使A1、A2的电 源电压浮动幅度与Ucm 相同，从而大大削弱共模干扰的影响，
这就是共模自举技术。信号从Us1、Us2以差动方式输入，放大器
有结构简单，闭合时接触电阻小，断开时阻抗高，工作寿命较 长，不受环境温度影响等优点，在小信号中速度的切换场合仍
可使用。由单个干簧管继电器组成的多路开关均采用开关矩阵
方式，如图4-4所示的开关矩阵可对64个点进行检测和选通， X轴和Y轴的选通电路受CPU控制，其程序框图如图4-5所示。
第四章模拟量输入输出通道
一种以光控制信号的器件，输入端为发光二极管，输出端为光 敏三极管。当PIO的某一位为高电平时，经反相为低电平，发 光二极管导通并发光，使光敏三极管导通， 经倒相输出高电 平。 光电开关能使输入和输出在电气上完全隔离，主要用于
抗干扰场合。
第四章模拟量输入输出通道
图4-8 光电耦合开关用法之一
第四章模拟量输入输出通道
图4-9(b)是差动多路输入连接方式，模拟量双端输入， 双端输出接到运算放大器上。由于运算放大器的共模抑制比 较高， 故抗共模干扰能力强，一般用于低电平输入，现场干 扰较严重，信号源和多路开关距离较远，或者输入信号有各
计算机基础第四章
一、单选题1. A/D 转换器的功能是将―。
A. 声音转换为模拟量B. 模拟量转换为数字量C. 数字量转换为模拟量D. 数字量和模拟量混合处理B2. D/A 转换器的功能是将―。
A. 声音转换为模拟量B. 模拟量转换为数字量C. 数字量转换为模拟量D. 数字量和模拟量混合处理C3. 在多媒体的模拟波形声音数字化时，常采用的标准采样频率为____。
A. 44.1KHzB.88.2KHzC.20KHzD.10KHz4. 标准是用于视频影像和高保真声音的数据压缩标准。
A.MPEGB.PEGC.JPEGA5. 在windows?中，录音机录制的声音文件扩展名是。
A. MIDB.WMAC.AVIB6. ―标准是静态数字图像数据压缩标准。
A. MPEGB.PEGC.JPEGC___ 。
A. 流媒体技术B. 网络信息传输技术C. 媒体技术D. 网络媒体技术 A8. ―是流媒体技术的基础。
A. 数据传输 B.数据压缩 C.数据存储D.数据运算B9. 通常所说的16位声卡的意思是―。
A. 声卡的数据和地址总线都是16位B. 声卡采样后的量化位数是16位C. 声卡信号处理时数据长度是16位D. 声卡采用16位的ISA 接口B10. 多媒体计算机在对声音讯息进行处理时，必须配备的设备室 _____ 。
A. 扫描仪 B.彩色打印机C.音频卡D.数码相机 C11. 以下—不是计算机中使用的声音文件格式。
A. WAVB.MP3C.TIFD.MIDC12. 以下 文件是视频影像文件。
A.MPG B.MP3 C.MID D.GIF第四章A D.JPGD.WAVD.JPG7. 把连续的影视和声音信息经过压缩后，放到网络媒体服务器上， 让用户边下载边收看，这种技术称为13.在goldwave主窗口中，要提高放音音量，应用菜单中的命令。
A.文件B.效果C.编辑D.选项B14.立体声双声道采样频率为44.1KHz，量化位数为8位，一分钟这样的音乐需要的存储量可按—公式计算。
模拟量模块工作原理
模拟量模块工作原理
模拟量模块是一种电子设备，用于将模拟信号转换为数字信号或其他形式的处理和传输。
其工作原理基本如下：
1.信号采集：模拟量模块首先通过采集电路采集外部传感器或
设备产生的模拟信号。
采集电路通常包括信号调理电路，负责对输入信号进行放大、滤波、去噪等处理，以确保输入信号的准确性和稳定性。
2.信号转换：采集到的模拟信号经过信号转换电路，将其转换
为数字信号。
常见的转换方法包括模数转换（ADC）和电压
到频率（V/F）转换等。
模数转换将模拟信号转换为数字编码，通常使用逐次逼近转换或者成功逼近转换等方法。
电压到频率转换则将模拟信号转换为频率信号，输出的频率与输入信号的大小成正比关系。
3.数字信号处理：转换后的数字信号可以进行进一步的处理和
分析。
模拟量模块通常会配备微处理器或数字信号处理器（DSP），用于对数字信号进行滤波、数据处理、算法运算等
操作，以满足特定的应用需求。
4.信号输出：处理后的数字信号可以通过各种方式进行输出。
常见的输出方式包括数字接口（如串行通信接口或以太网接口）、模拟输出（如电流输出或电压输出）、报警信号输出等。
输出信号可用于监控、控制、记录等应用。
总之，模拟量模块的工作原理就是将模拟信号转换为数字信号，
并通过数字信号处理和输出实现对模拟信号的处理和传输。
通过模拟量模块可以方便地将模拟信号与数字系统进行交互，提高系统的灵活性和精确性。
模-数转换原理
模-数转换原理ADC的转换原理根据ADC的电路形式有所不同。
ADC电路通常由两部分组成，它们是：采样、保持电路和量化、编码电路。
其中量化、编码电路是最核心的部件，任何ADC转换电路都必须包含这种电路。
ADC电路的形式很多，通常可以并为两类：间接法：它是将采样-保持的模拟信号先转换成与模拟量成正比的时间或频率，然后再把它转换为数字量。
这种通常是采用时钟脉冲计数器，它又被称为计数器式。
它的工作特点是：工作速度低，转换精度高，抗干扰能力强。
直接法：通过基准电压与采样-保持信号进行比较，从而转换为数字量。
它的工作特点是：工作速度高，转换精度容易保证。
模—数转换的过程有四个阶段，即采样、保持、量化和编码。
采样是将连续时间信号变成离散时间信号的过程。
经过采样，时间连续、数值连续的模拟信号就变成了时间离散、数值连续的信号，称为采样信号。
采样电路相当于一个模拟开关,模拟开关周期性地工作。
理论上，每个周期内，模拟开关的闭合时间趋近于0。
在模拟开关闭合的时刻（采样时刻），我们就“采”到模拟信号的一个“样本”。
量化是将连续数值信号变成离散数值信号的过程。
理论上，经过量化，我们就可以将时间离散、数值连续的采样信号变成时间离散、数值离散的数字信号。
我们知道，在电路中，数字量通常用二进制代码表示。
因此，量化电路的后面有一个编码电路，将数字信号的数值转换成二进制代码。
然而，量化和编码总是需要一定时间才能完成，所以，量化电路的前面还要有一个保持电路。
保持是将时间离散、数值连续的信号变成时间连续、数值离散信号的过程。
在量化和编码期间，保持电路相当于一个恒压源，它将采样时刻的信号电压“保持”在量化器的输入端。
虽然逻辑上保持器是一个独立的单元，但是，工程上保持器总是与采样器做在一起。
两者合称采样保持器。
八位串行A/D转换器ADC0832简介ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。
由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。
PLC模拟量与数字量之间的转换
1、逐渐逼近式A/D转换器
A/D转换器有直接转换法和间接转换法两大类。
直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比 较，从而直接将模拟量转换成数字量。其特点是工作 速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。直接 A/D转换器有计数型、逐次比较型、并行比较型等。
间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量 时间t或频率f, 然后再将t或f转换成数字量。其特点是 工作速度较低，但转换精度可以做得较高，且抗干扰 性强。间接A/D转换器有单次积分型、双积分型等。
SAR寄存器中的二进制码就是ADC的输出。
ACD1143及其应用 ACD1143是一个16位逐次逼近式A/D转换器。 主要特性： ① 16位高分辨率 ② 转换时间 ADC1143J最大转换时间为70μs
ADC1143K最大转换时间为100μs
③ 自带参考电源和时钟脉冲 ④ 低功耗 当VS=±15V时，最大功耗为175mW
换速度。
A／D转换器的类型较多。按其转换输出数据的方式，可分 为并行和串行两种，其中并行又分为8位、10位、14位和16位 等；按其转换原理可分为逐次逼近式和双积分式等。
并行与串行ADC各有其优势。并行ADC占用较多的数据线， 具有输出速度快的优点，在转换位数较少时具有很高的性价比。 串行ADC占用的数据线少，转换速度慢，但它也有自身的优点： 一是便于信号隔离，只需少数几路光电隔离器件就可以实现电 气隔离，在转换位数较多的情况下具有较高的性价比；二是其 芯片小、引脚少，便于线路板的制作。
逐次逼近的方法ADC的内部主要由逐 次逼近寄存器SAR、D／A转换器、电压比 较器和一些时序控制逻辑电路等组成。其
原理框图如图1所示：
图1 逐次逼近式A/D转换器
其工作原理非常类似于用天平称重。在转换 开始前，先将SAR寄存器各位清零，然后设其最 高位为1（对8位来讲，即为10000000B）―就像 天平称重时先放上一个最重的砝码一样，SAR中 的数字量经D/A转换器转换为相应的模拟电压VC， 并与模拟输入电压VX进行比较，若VX≥VC，则 SAR寄存器中最高位的1保留，否则就将最高位清 零(若砝码比物体轻就要保留此砝码，否则去掉此 砝码)。然后再使次高位置1，进行相同的过程直 到SAR的所有位都被确定。转换过程结束后，
计算机控制作业答案1
第一章作业课本(p.12)题2．计算机控制系统由哪几部分组成？请画出计算机控制系统的组成框图。
答：计算机控制系统由计算机主机系统、模拟量输入输出接口、数字量输入输出接口、键盘显示接口、打印接口和通信接口等部分组成。
课本(p.12)题4. 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的`方式称为在线方式或联机方式；生产过程不和计算机直接连接，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
实时地概念不能脱离具体的过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。
补充题1. 两种USB口的特点及区别？通用指标，传输模式，USB器件，硬件接口。
答：两种USB的特点：(1)USB接口支持设备的热插拔功能,采用菊花式的连接.(2)USB有2电源线（5V）,2数据线,采用差分信号传输,可为连接在其上的设备提供5V电压/100mA电流的供电,最大可提供500mA的电流.(3)一个USB控制器可以连接多达127个外设,而两个外设间的距离（线缆长度）可达5米.两种USB的区别:协议不同,USB1.1传输速率是12Mbps,USB2.0传输速率是480Mbps.补充题2. 光驱、硬盘、软驱的总线形式。
答：(1)光驱:IDE，ATA/ATAPI，SCSI，USB，内部并行总线.(2)硬盘:IDE，SATA，SCSI，内部并行总线.(3)软驱:软驱分内置和外置两种,内置软驱使用专用的FDD接口,而外置软驱一般用于笔记本电脑,使用USB接口.补充题3. I²C、SPI、SCI总线的特点？答：(1)I²C总线由数据线SDA与时钟线SCL两条线构成通信线路，既可以发送数据也可以接收数据，在CUP与被控IC之间，IC与IC之间都可以进行双向传送，最高传输速度为400Kbps.(2)SPI是一个环形总线结构,是一种标准的四线同步双向串行总线,在SCK的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换,可以同时发出和接收串行数据.(3)SCI是一种通用异步通信接口UART. SCI模块采用标准非归零（NRZ）数据格式,能够实现多CPU之间或同其他具有兼容数据格式SCI端口的外设进行数据通信.第二章作业PC总线PC总线共有62条信号线，用双列插槽连接，分A面（元件面）和B面。
数模转换原理
数模转换原理
数模转换原理是指将模拟信号转换为数字信号的过程。
在现代电子技术中，数字信号处理已经成为主要的信号处理方式，而模拟信号处理逐渐被淘汰。
为了将模拟信号转换为数字信号，并进行相应的处理和分析，需要使用数模转换原理。
数模转换原理的基本思想是将模拟信号按照一定的规则分段并量化，然后将各段信号转换为对应的数字信号。
具体的实现过程包括以下几个步骤：
1. 采样：将模拟信号在一定时间间隔内进行离散采样，得到一系列模拟信号的采样值。
2. 量化：对采样到的模拟信号进行量化处理，将连续的模拟信号值转换成离散的数字信号值。
在量化过程中会引入量化误差，该误差会对信号的恢复和处理产生影响。
3. 编码：将量化后的数字信号用二进制代码表示，形成数字信号的编码。
编码方式有很多种，常见的有脉冲编码调制（PCM）、Δ调制（DM）等。
4. 数字信号处理：对编码后的数字信号进行进一步处理、分析和传输。
由于数字信号具有稳定性、可靠性和灵活性等优势，可以通过数字信号处理算法实现各种信号的增强、解码和恢复等功能。
数模转换原理的应用广泛，例如在通信领域中，将模拟音频信号转换为数字信号后可以进行数字压缩、传输和重放；在计算机与控制系统中，将模拟物理量信号转换为数字信号可实现高精度测量和控制等功能。
数模转换原理的发展使得模拟与数字信号处理相互结合，为现代电子技术的发展提供了重要的支撑。
第四章：时间和频率测量技术
(一)时间、频率和周期的基本概念
时间是国际单位制中7个基本物理量之一。它的基本 单位是秒。“时间”有两个含义，一是指“时刻”， 指某事件发生的瞬间。二是指“间隔”，即两个时刻 之间的间隔，表示该事件持续了多久。
频率定义:为相同的现象在单位时间内重复出现的次 数。
f 1/ T 周期:则是指出现相同现象的最小时间间隔。
4．2．1 电子计数器主要电路技术
(一)电路组成及各部分作用: 电子计数器由输入电路、计数显示电路、标准 时间产生电路、逻辑控制电路构成。 1、输入电路：又称为输入通道。其作用是接 受被测信号，并对它进行放大和整形然后送入 主门（闸门）。一般设置2个或3个输入通道， 记作A、B、C。A通道用于测频、自校；B通 道用于测周；B、C通道合起来测时间间隔；A、 B通道合起来测频率比。
秒是 C s 原子基态的两个超精细结构能级 [ F 4, mF 0 ]和[ F 3, mF 0 ]之间跃迁频 率相应的射线束持续9192631770个周期的时间”。 以此为标准定义出的时间标准称为原子时秒。
133
3、协调世界时（UTC）秒： 协调世界时“秒”是原子时和世界时折 中的产物，即用闰秒的方法来对天文时进 行修正。这样，国际上则可采用协调世界 时来发送时间标准，既摆脱了天文定义， 又使准确度提高4—5个数量级。现在，各 国标准时号发播台所发送的就是世界协调 时，我国的中国计量科学院、陕西天文台、 上海天文台都建立了地方原子时，参加了 国际原子时（ATI），与全世界200多台原 子钟连网进行加权修正，作为我国时间标 准由中央人民广播电台发布。
现在已明确:时间标准和频率标准具有同一 性，可以用时间标准导出频率标准，也可 由频率标准导出时间标准，故通常统称为 时频标准。
模拟量和数字量的转换知识考点笔记
模拟量和数字量的转换知识考点笔记一、基本概念。
1. 模拟量。
- 定义：在时间和数值上都是连续变化的物理量。
例如温度、压力、声音等。
这些物理量可以取任意的实数值，并且在一定范围内是连续可变的。
- 表示：通常用传感器来获取模拟量信号，如热电偶测量温度时输出的电压信号就是模拟量，它的电压值会随着温度的连续变化而连续变化。
2. 数字量。
- 定义：在时间和数值上都是离散的物理量。
它只能取有限个离散的值，通常用二进制数表示。
例如计算机中的数据，只有0和1两种状态的组合。
- 表示：在数字电路中，数字量以高电平（通常表示为1）和低电平（通常表示为0）的形式存在。
二、模拟量转换为数字量（A/D转换）1. A/D转换原理。
- 采样：- 定义：按照一定的时间间隔对模拟量进行取值的过程。
- 采样定理（奈奎斯特定理）：为了能够从采样后的离散信号中无失真地恢复出原始的模拟信号，采样频率必须大于等于模拟信号最高频率的两倍。
例如，如果模拟信号的最高频率是1kHz，那么采样频率至少要2kHz。
- 量化：- 定义：将采样得到的模拟量的幅值按照一定的量化单位转换为离散的数字量的过程。
- 量化误差：由于量化过程中是将连续的模拟量近似为离散的数字量，必然会产生误差。
例如，将0 - 5V的模拟电压范围按照0.1V的量化单位进行量化，当模拟电压为0.05V时，会被量化为0V，这里就产生了0.05V的量化误差。
- 编码：- 定义：将量化后的数字量用二进制代码表示的过程。
常用的编码方式有自然二进制编码、格雷码等。
例如，将量化后的数字量10转换为二进制编码就是1010（自然二进制编码）。
2. A/D转换器的主要性能指标。
- 分辨率：- 定义：A/D转换器能够分辨的最小模拟量变化。
通常用数字量的位数来表示，例如8位A/D转换器，它可以分辨的最小模拟量变化为满量程值除以2^8。
如果满量程值为5V，那么分辨率为5V/256≈0.0195V。
- 转换精度：- 定义：指A/D转换器实际输出的数字量与理想输出数字量之间的误差。
模拟量转频率表
模拟量转频率表Analog to Frequency Converter模拟量转频率表In industrial automation and control systems, analog to frequency converters play a crucial role in signal processing.在工业自动化和控制系统中，模拟量转频率表在信号处理中发挥着至关重要的作用。
These devices convert analog signals, which are continuously varying electrical quantities, into discrete frequency signals. 这些设备将模拟信号——即连续变化的电学量——转换为离散的频率信号。
The conversion process ensures that the information carried by the analog signal can be accurately represented and transmitted in the form of frequency.转换过程确保了模拟信号所携带的信息能够以频率的形式被准确表示和传输。
The analog to frequency converter typically receives an input signal in the form of a voltage or current, which represents the physical quantity being measured.模拟量转频率表通常以电压或电流的形式接收输入信号，这些信号代表被测量的物理量。
This input signal is then processed by the converter, whichgenerates an output signal in the form of pulses or frequency variations.随后，转换器处理这个输入信号，生成以脉冲或频率变化形式存在的输出信号。
plc模拟量转换公式
plc模拟量转换公式PLC模拟量转换公式是一个重要的概念，它在工业自动化领域中起着至关重要的作用。
本文将介绍什么是PLC模拟量转换公式以及它的应用。
PLC模拟量转换公式是指将模拟信号转换为数字信号的过程。
在工业自动化系统中，传感器通常会输出模拟信号，如电压或电流。
然而，PLC是数字设备，它只能处理数字信号。
因此，需要将模拟信号转换为数字信号，以便PLC能够正确地读取和处理这些信号。
PLC模拟量转换公式的基本原理是使用一个模拟量转换模块来将模拟信号转换为数字信号。
这个模块通常包括一个模数转换器（ADC），它将模拟信号转换为数字信号，以及一些运算单元，用于对数字信号进行处理和转换。
在进行PLC模拟量转换时，需要使用一些基本的公式来计算和转换模拟信号。
最常用的公式是线性变换公式。
线性变换公式基于线性关系，它将输入信号的范围映射到输出信号的范围。
这个公式可以表示为：输出信号 = 斜率 × 输入信号 + 截距其中，斜率和截距是根据实际应用和要求进行调整的参数。
斜率决定了输入信号和输出信号之间的比例关系，而截距则决定了输出信号的基准值。
除了线性变换公式，还可以使用其他的公式来进行PLC模拟量转换，如非线性变换公式和多项式拟合公式。
这些公式可以根据实际应用的需求来选择和调整。
PLC模拟量转换公式在工业自动化系统中有着广泛的应用。
它可以用于温度、压力、流量等各种模拟信号的转换。
通过将这些模拟信号转换为数字信号，PLC可以进行更精确和可靠的控制和监测。
例如，在温度控制系统中，PLC可以读取温度传感器输出的模拟信号，并根据预设的温度范围来控制加热器或冷却器的操作。
PLC模拟量转换公式还可以用于信号校准和补偿。
由于传感器和其他设备的制造误差和环境影响，模拟信号可能存在一定的偏差。
通过使用PLC模拟量转换公式，可以对这些偏差进行校准和补偿，以提高系统的准确性和稳定性。
PLC模拟量转换公式是工业自动化领域中的重要概念。
PLC模拟量与数字量之间的转换
(2)ADC1143的工作过程
(3) ADC1143与80C31接口
ADC1143与80C31接口
双积分型A/Dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ换器
双积分型ADC的转换原理是先将模拟电压UI转换成与其大 小成正比的时间间隔T，再利用基准时钟脉冲通过计数器将T变
3. 转换速度
从输入的数字量发生突变开始， 到输出电压进入与稳定值相差 ±0.5LSB范围内所需要的时间，称为
建立时间tset。目前单片集成D/A转换
器（不包括运算放大器）的建立时间 最短达到0.1微秒以内。
4. 温度系数
在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变 化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变 化的百分数作为温度系数。
(5) 其他参数如对电源电压变化的抑制比(PSRR)、零点和增 益温度系数、输入电阻等。
A／D转换器除了以上主要技术特性外，作为一个测量系 统中的一个环节，它也有测量环节的基本特性(静态特性、动 态特性)相对应的技术指标，如零点、非线性误差(线性度)、量 程等，除厂家给出外，用户可以自行检验或标定。
CS：片选信号，低电平有效。
WR1：输入数据选通信号，低电平有效。（ 存）
上升沿锁
XFER：数据传送选通信号，低电平有效。
WR2：数据传送选通信号，低电平有效。（ 存）
上升沿锁
IOUT1：DAC输出电流1。当DAC锁存器中为全1时，IOUT1最 大（满量程输出）；为全0时，IOUT1为0。
IOUT2：DAC输出电流2。它作为运算放大器的另一个差分 输入信号（一般接地）。满足 IOUT1+IOUT2 ＝常数。
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I2 =
如果 R2=2R1 R3=R4=R 则有 I2=
VxR1 1 VxR 2 1 × − × R1 + R 2 R 3 R1 + R 2 R 4
I1
I1=Vx/3R V/F 转换的过程 第一阶段 I=I1
假设 Vx>0 积分电流
开关 S 断开
积分输出负斜率
当积分输出 VA
下降到双限比较器的低电压阀值时 比较 器输出翻转 开关 S 闭合 第一阶段积分 结束 第二阶段 开关 S 闭合 积分电流 I= I1 积分输出正斜率 翻转 开关 S 断开闭合 如此重复 图 4-5 双限比较器切换电阻网络 V/F 转换 比较器输出
此时 T1≠T2
V/F 转换频率关系表达式为
F = (1 −
R1R 4 R1 Vx )÷ × R 2R 3 R1 + R 2 R 3C∆V ∆ V 的精度和
由此式可以知道 影响影响 V/F 转换稳定性的因素有 电阻 电容 C 以及 ∆ V 的稳定性
稳定性 如果有较准 考虑到电阻的稳定性较高 则主要因素是电容 C 的温度系数的影响 进一步的提高 V/F 转换稳定性的方法是 采用温度系数小的电容 C
图 4-3 时电容的温度漂移 实际使用时
AD7741 原理图
引脚图
尽可能选择高质量的温度系数小的单稳定时电容
集成 V/F 转换 AD652 带有时钟端 其复原积分的时间通过数字电路技术
由时钟来
决定 消除了单稳定时电容的缺点 集成 V/F 转换 AD7741 只有 8 个引 0 脚 内部自带有 时钟端 的电流 自带 2.5V 参考电压端 如图 4-3 所示 用时钟来决定复原积分时间 用参考电压来决定电流源
第四章 模拟量转换为频率和周期
在智能系统中 CPU 识别模拟量的方法 除了利用 A/D 转换把模拟量变换为数字量 还可以把模拟量转化为频率 周期的方法 因为计算机除了可以直接识别数字量外 借助 定时器 计数器 还可以识别频率 周期 是把输入电压信号转换为相应的频率信号的电路
VFC Voltage Frequency Convert 属于压控振荡器范畴 习惯上把压空振荡器根据其用途 VCO 电压控制震荡器
在 VFC 的发展中 逐渐淘汰了那些存在缺陷的和复杂的 VFC 电路 如早期在原理中 存在忽略积分复原时间缺陷的 VFC 专用模拟集成电路 V/F 转换器主要采用定时间复原型 其性能稳定 灵敏度高 非线性误差小
VFC 广泛的应用于模\数 A\D 变换 数字电压表 数据测量仪器及远距离遥测遥控 设备中
双限比较器电阻网络型 V/F 转换的特点 <1> <2> <3> 电路简单
合理的设置对开关的控制方式
可以实现对正电压和负电压的 V/F 转换
转换精度与电阻网络和电容 C 以及滞回比较器的上下阀值电压差 ∆ V 有关 R3=R4=R 关系不一定满足 只要满足 R1R4<R2R3 也可以实现
如果考虑 R2=2R1 V/F 转换功能
性能和要求分为三类 其输出信号的频率随输入
其主要目的是产生所需要的信号
电压的变化而变化 通过改变输入电压可以获得所需要的频率信号 但对电压和频率之间 的线形关系不做要求 FM 调频电路 将一定的电压的变化调节为所需频率的变化 稳定度要求高 过度响应好 一般其频率变化较小
VFC 电压频率转化器 其目的是为了获得正比于电压的频率信号 因而对线形关系和 稳定性的要求较高 就是人们通常所说的 V/F 转换
1mA
Vx/R
开关 S 切换的电荷传送很小
有利于实现高精
度和高速度 AD650 的转换频率高达 1MHZ 线性度在 1MHZ 时为 0.07% 100KHZ 时为 0.005% 10KHZ 时为 0.002% 电容器 Cw AD650 只需外接积分 R C 和决定单稳态暂态时间的外接
就可以实现 V/F 转换
一个放电
在定时间复原型 V/F 转换 其特点是在第二段积分中引入恒流源 且第二段积分时间 由单稳态决定 定时间复原型 V/F 转换易于实现集成化 如 AD650 VFC32 LM331 等 其内部电路基本和上图相同 AD650 就是基于定时间复原型 V/F 转换原理基础上的高速集成 V/F 转换器 AD650
∆Q 2 = (
Vx − I1) × T 2 R
Q1= Q2 假设单稳态的暂
形成稳定的振荡后时 两段积分电荷的绝对值相等 态输出时间为 Tw 则有
Vx Vx × T1 = − − I1T 2 R R
可以得到定时间复原型 V/F 转换的周期和频率
RI1 − 1Tw T1 = Vx 1 Vx = T RTwI1
4.1 定时间复原型 V/F 转换 定时间复原型 V/F 转换由积分器 比较器 单稳态 电流源和模拟开关构成 其原理
图 4-1
定时间复原型 V/F 转换原理图
时序图
电路图如图 4-1 所示 当单稳态输出控制开关 S 断开时 积分器对输入电压 Vx 积分 积分电流为 Vx/R 假 设 Vx>0 积分输出 V 下降 当 V 下降到比较器阀值电压 Vss 时 比较器输出翻转 触发 单稳态 单稳态输出进入暂态 开关 S 闭合 这段时间称为第一段积分期 这段积分时间 为 T1 在单稳态输出的暂态时间 T2 内 电流为 Vx/R-I1 积分输出 V 上升 开关 S 闭合 电流源 I1 I1> Vx/R 被接通 积分
双限比较器的阀值电压用基准电压产生
双限比较器 在上边两种由双限比较器构成的 V/F 转换中 双限比较器在其中担任重要的环节 判 断积分的输出电压是否到达阀值 如果到达阀值 则双限比较器的输出翻转
滞回比较器就是一种双限比较器 图 4-6 是滞回比较器的转移特性和输入 输出波形 图 其中输入 输出电压分别为 Vi 和 Vo 在转移特性中上限阀值电压为 UH 下限阀值
T = T1 + T 2 =
RI1 × Tw Vx
F=
可见 V/F 转换的输出频率 F 和输入电压 Vx 成正比例关系 在定时间复原型 V/F 转换中 所以称为定时间复原型 相反 一个充电 第二段积分的积分时间由单稳态的暂态时间 Tw 决定
所谓的复原是指第二段的积分电荷和第一段对被 Vx 的积分电荷 复原
电容 C 上的放电电荷为
∆Q 2 = (
R1 × Vx R 2 × Vx − ) × T2 (R1 + R 2)R 3 (R1 + R 2)R 4
形成稳定的震荡时 充放电的电荷数值相等 假设双限比较器的上 下限阀值电压的 差值为∆V 则充 放 电电荷为∆VC=∆Q1= ∆Q2 可以得到这种 V/F 转换的周期为
T = T1 + T 2 =
如果取 R2=2R1
R 2 × R3 R1 + R 2 ∆V × × R3 × C × R 2 × R 3 − R1 × R 4 R1 Vx
则 T1=T2 则 V/F 转换的周期和频率为
R3=R4=R
T=
6RC × ∆V Vx
易于用普通元件实现
F=
1 Vx = T 6RC × ∆V
R1 R 2 < R3 R 4
也就是
积分输出正 开关 S 断开
积分输出电压 VA 上升到双限比较器的上限阀值时 第二阶段积分结束 重新进入第一阶段 形成振荡
设第一阶段的时间为 T1 当 S 断开时
第二阶段的时间为 T2
有
电容 C 上的充电电荷为
∆Q1 =
当 S 导通时
R1 × Vx × T1 (R1 + R 2)R3
单稳态定时电容 Cw 受温度的影响 恒流源的电流值随时间和温度变化
转换的精度取决于单稳态的暂态时间和恒流源的精度 尤其是决定单稳态的暂态时间 的电容 一是电容不像电阻那样可以连续调节 二是电容的温度系数的影响 这对于高精 度的测量尤其显得重要 例如 在集成 V/F 转换 AD650 中 主要的误差来源为单稳态定
电压为 UL
由上图可以看出滞回比较器能够满足上述两种 V/F 转换的要求
图 4-6
滞回比较器转移特性图与波形图
4.3 555 的几种实用电路 集成电路 555 是广泛应用的一种集成电路 OC 输出驱动为一体的集成器件 个引脚 3 脚和 7 脚 它集比较器 分压电阻 R-S 触发器
内部原理图和管脚分布图如下图所示 是 OC
AD650 外接元件的参数选用估计公式
37 × 10 6 Cw = − 44pF ≥ 51pF Fmax C= 10 −4 ≥ 1000pF Fmax Ux 6.8RC
FOUT = (0.01% ~ 100%) × Fmax = R= Ux max 0.25mA
其中 Cw 是单稳态定时电容 分电阻 电容
当积分输出 VA 上升到双限比较器的高电压阀值时 第二阶段积分结束 恢复到第一阶段
形成振荡 R3=R4=R 是一种特殊情况 实际的 V/F 转换的过程 假设 Vx>0
上面 R2=2R1
第一阶段 积分电流为
R1 × Vx (R1 + R 2)R3
积分输出斜率为正
积分输出电压 VA 下降 第一阶段结束
当 VA 下降到双限比较器下限阀值时 第二阶段 积分电流为
第一阶段积分结束 开关 S 接地
第二阶段 负值 为 Vx
换极性放大器的极性为正极性 积分器对
Vx 积分 积分则积分输出上升 当积分输出到双限比较 开关 S 动作 第二阶段积分结束 回到第一阶段
器的上阀值电压时 如此往复
输出 V0 翻转
形成振荡 同样可以实现振
如果 Vx<0 只要双限比较器的输出和极性切换开关的逻辑配合好 荡过程 V/F 转换
555 的输出有两 Open Collector
可以看出 7 脚的输出和 3 脚具有相同逻辑