電力行業企業案例模擬量的輸入、輸出原理電力系統中的電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、水位、溫度等均屬模擬量。模擬量都是隨時間連續變化的物理量。模擬量輸入電路的作用是隔離、規范輸入電壓及完成模數轉換，以便于CPU接口完成數據采集任務。根據模數轉換原理不同，模擬量輸入電路分兩種：一是基于逐次逼近型AD轉換方式，直接將模擬量轉變為數字量；二是利用電壓頻率變換（VFC）原理進行模數變換，它是將模擬量電壓先轉換為頻率脈沖量，通過脈沖計數變換為數字量的一種變換方式。模擬量的輸入、輸出原理2.1基于逐次逼近型A/D轉換模擬量輸入電路2.1.1模擬量輸入通道由以下幾部分組成：1.電壓形成電路2.低通濾波電路3.采樣保持器4.多路模擬開關5.模/數（A/D）轉換器模擬量的輸入、輸出原理逐次逼近型A/D轉換模擬量輸入電路框圖變換器電壓形成回路電壓形成回路低通濾波采樣保持低通濾波采樣保持多路轉換開關A/D總線來自互感器的信號.........模擬量的輸入、輸出原理模擬量輸入電壓變換原理圖（一）、電壓形成電路作用：將電壓降低到AD轉換芯片所需電壓，并實現一次設備與微機的隔離。模擬量的輸入、輸出原理（二）低通濾波器和采樣定理

采樣過程示意圖

（1）連續時間信號的采樣。模擬量的輸入、輸出原理對模擬量進行采樣，就是將一個連續的時間信號f(t)變成離散的時間信號f'(t)。采樣周期與采樣頻率：采樣時間間隔由采樣控制脈沖f(t)來控制，相鄰兩個采樣時刻的時間間隔稱為采樣周期，用Ts表示。采樣頻率fs=1/Ts例：被采樣信號是工頻50Hz，若工頻每個周期采樣12次，則采樣頻率fs=50*12=600Hz.模擬量的輸入、輸出原理(2)采樣定理。采樣是否成功，主要表現在采樣信號能否真實的反映出原始連續時間信號中所包含的重要信息，采樣定理就是回答這個問題。采樣頻率的選擇

采樣間隔Ts的倒數稱為采樣頻率fs。采樣頻率的選擇是微機保護硬件設計中的一個關鍵問題，為此要綜合考慮很多因素，并要從中作出權衡。采樣頻率越高，要求CPU的運行速度越高。因為微機保護是一個實時系統，數據采集系統以采樣頻率不斷地向微型機輸入數據，微型機必須要來得及在兩個相鄰采樣間隔時間Ts內處理完對每一組采樣值所必須做的各種操作和運算，否則CPU跟不上實時節拍而無法工作。相反，采樣頻率過低，將不能真實地反映采樣信號的情況。由采樣(香農)定理可以證明，如果被采樣信號中所含最高頻率成分的頻率為fmax，則采樣頻率fs必須大于fmax的2倍(即fs＞2fmax)，否則將造成頻率混疊。模擬量的輸入、輸出原理(3)采樣保持器的工作原理圖5.12采樣保持器的基本組成電路

模擬量的輸入、輸出原理3、采樣保持器（S/H）模擬量的輸入、輸出原理

采樣保持器的作用

（1）保證轉換時的誤差在A/D轉換器的量化誤差內（2）實現多個模擬量的同步采樣模擬量的輸入、輸出原理4、多路轉換開關

多路轉換開關又稱多路轉換器，它是將多個采樣保持后的信號逐一與A/D芯片接通的控制電路。它一般有多個輸入端，一個輸出端和幾個控制信號端。在實際的數據采集系統中，被模數轉換的模擬量可能是幾路或十幾路，利用多路開關(MUX)輪流切換各被測量與A/D轉換電路的通路，達到分時轉換的目的。在微機保護中，各個通道的模擬電壓是在同一瞬間采樣并保持記憶的，在保持期間各路被采樣的模擬電壓依次取出并進行模數轉換，但微機所得到的仍可認為是同一時刻的信息(忽略保持期間的極小衰減)，這樣按保護算法由微機計算得出正確結果。

模擬量的輸入、輸出原理多路開關的作用和要求

圖5.12多回路分時共用A/D、D/A轉換器

模擬量的輸入、輸出原理1）逐次逼近式A/D轉換器

5、模數轉換器(A/D轉換器，或簡稱ADC)模擬量的輸入、輸出原理

A/D轉換器的主要技術性能（1）分辨率：分辨率反映A/D轉換器對輸入模擬信號微小變化響應的能力，通常以數字量輸出的最低位（LSB）所對應的模擬輸入電平值表示。N位A/D轉換能反映1/2n滿量程的模擬量輸入電壓。一般用A/D轉換器輸出數字量的位數來表示分辨率。

A/D位數分辨率

8

10

1214161/28=1/2561/210=1/10241/212=1/40961/214=1/163841/216=1/65536模擬量的輸入、輸出原理（2）精度：①絕對精度：對應一個數字量的實際模擬量的值和模擬量的理論值之差，為絕對誤差。用數字量的最小有效位表示。例如：±1/2LSB,±1LSB②相對精度：(相對誤差/滿量程的模擬量）×100%（3）轉換時間：完成一次A/D轉換所需的時間。例如：AD574A的轉換時間為25～35μsAD1674A的轉換時間為10μsMAX125的轉換時間為3.5～13μs（4）量程：A/D轉換器所能轉換的模擬輸入電壓的范圍①單極性：0～＋5V，0～＋10V，0～＋20V，②雙極性：－2.5～＋2.5V,－5～＋5V,－10～＋10V

模擬量的輸入、輸出原理（5）輸出邏輯電平：多數為TTL電平，即0～＋5V