信号处理单元和软件来自调节元件的输出信号通常是直流电压，直流电流或可变频率交流电压的形式。在许多情况下，必须对调节元件的输出信号执行计算，以建立要测量的变量的值。示例是从热电偶EMF信号来计算温度，根据流速和密度信号计算产物气体的总质量。这些计算被称为信号处理，并且通常使用微计算机数字化地执行。本章的第一部分讨论了模数转换的原理和典型的模数转换器的操作。以下部分阐明了典型的微型计算机系统的结构和操作。下一节将讨论各种形式的微型计算机软件，包括低级和高级语言。最后一节主要讲测量系统中的两种主要类型的信号处理计算：测量值的稳态计算、动态数字补偿和滤波。73741

10 模拟到数字的转换 

本节开始讨论A / D转换中涉及的三个操作：这些操作是采样，量化和编码。第一步操作由采样和保持器件执行，第二和第三步操作在模数转换器中组合运用。

10。1。1  采样

在第6章中，我们看到连续信号y（t）可以由在离散的时间间隔ΔT（采样间隔）处取得的一组样本yi ，i = 1，。。。，N来表示。操作如图10。1所示：开关每秒闭合fS次，其中采样频率fS = 1 /（ΔT）。为了使采样信号yS（t）是y（t）的适当表示，fS应满足奈奎斯特采样定理的条件，其可以表示如下。

连续信号可以由一组样本值表示，并且从一组样本值重构，条件是每秒样本数量是信号中存在的最高频率的至少两倍。

测量系统原理

采样信号的时间波形和频谱。

数学上我们需要

     fS ≥ 2fMAX                              [10。1]

奈奎斯特抽样

定理

其中fMAX  是基于连续信号功率谱密度Ф(f)上的变的可忽略的频率（第6章和图10。1）。

上述结果可以解释采样信号的功率谱密度ФS(f)。由于采样信号是一系列尖锐脉冲，ФS(f)包含以采样频率的倍数为中心的附加频率分量。

                                      信号处理元件和软件

原始波形

示例值

混淆波形

图10。2 频率混淆

图10。1显示了ФS(f)的三种情况：fS＞2fMAX  、fS =2fMAX和fS＜2fMAX  。如果：fS＞2fMAX ，则可以使用带宽为0至fMAX  的理想低通滤波器容易地滤除附加频率分量，并且重构原始信号。如果fS =2fMAX  ，它只是可以过滤出采样分量并重构信号。如果fS＜2fMAX ，采样分量占据与原始信号相同的频率范围，并且不可能将它们滤出并重构信号。

在太低频率下的采样效果如图10。2所示。这里是周期为1秒的正弦波，它的采样频率低于奈奎斯特最小值时为2个采样/秒。该图显示了可以从样本值重建完全不同的频率低得多的正弦波。这被称为原始信号的“别名”。这决定了样本值是不可能从原始信号或其别名导出的。从给定的一组样本值构造两个不同信号的现象被称为别名。

模数转换的操作可能需要几毫秒;因此有必要在转换发生时保持采样器的输出恒定在采样值上。这是使用如图10。3所示的采样保持器件来完成的。在采样状态下，输出信号跟随输入信号;在保持状态下，输出信号在发送保持命令的时刻保持恒定在输入信号的值。所示的采样保持波形是理想的;实际上，由于采样和保持状态（孔径时间）和保持信号（下降）之间的转换的有限时间，有可能发生误差。