PLC模拟量与数字量之间的转换.ppt

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1、3.3模拟量与数字量之间的转换3.3.1A/D转换器A／D转换器是一种将模拟量转换成数字量的器件，通常也称为ADC。在数据采集系统中，传感器的输出大部分为模拟信号(电压、电流)，而计算机只能接收数字量。为此，需要在传感器与计算机之间进行模／数转换，以便将模拟电压信号转换成计算机能识别的二进制数字信号。因此A／D转换器是数据采集系统的重要环节，它直接关系到测量的准确度、分辨力和转换速度。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

2、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。A／D转换器的主要技术特性如下：(1)分辨力与分辨率。A／D转换器的分辨率习惯上以输出二进制位数或BCD码位数表示。分辨力为1LSB(最低有效位数)。1

3、2位A／D转换器AD574的分辨率为12位，用百分数表示为·5G14433双积分式A／D转换器的分辨率为3位半。它的满度字位为1999，其百分数表示的分辨率为A／D转换器的分辨力(1LSB)对数据采集系统的总分辨力起着决定性作用。(2)量化误差e在理论上≤±1/2LSB。(3)转换时间。完成一次A／D转换的时间TC为A／D转换时间，在这段时间里输入A／D的模拟电压数值应稳定不变，否则就会造成A／D转换的误差。通常转换时间TC比采样/保持器的孔径时间TAP大，更比孔径抖动TAJ大得多，因此若不加采样保持器

4、，在保证转换误差不大于量化误差e的条件下，A／D转换器直接转换输入信号Vx(t)的最高频率是很低的，公式(2-2)是转换时间TC和转换器的位数与可采集信号的最高频率的关系：（2-2）例如：8位ADC(080X)，n=8，Tc=100μs，fH≤6.3Hz；12位ADC(AD574)，n=12，Tc=35μs，fH≤1.1Hz；例如：8位ADC(080X)，n=8，Tc=100μs，fH≤6.3Hz；12位ADC(AD574)，n=12，Tc=35μs，fH≤1.1Hz；为了对更高频率的输入信号进行模一数

5、转换，在A／D转换器前都要加采样保持器。(4)转换速率是转换时间Tc的倒数，如Tc=20ns，即转换速率为50MSPS。(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。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

6、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。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

7、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，SAR寄存器中的二进制码就是ADC的输出。ACD1143及其应

8、用ACD1143是一个16位逐次逼近式A/D转换器。主要特性：①16位高分辨率②转换时间ADC1143J最大转换时间为70μsADC1143K最大转换时间为100μs③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当VS=±12V时，最大功耗为150mW⑤最大非线性ADC1143J为±0.006%ADC1143K为±0.003%⑥动态非线性温度系数ADC1143J最大为±2×ADC1143K最大为±1×⑦供电范围VS