1输入信号极性变换及A／D转换

一般来说，从传感器送来的电信号经预处理(包括隔离、滤波、放大等)后，还要根据信号极性、A／D转换器允许的输入范围等来分析信号是否可直接进入。若信号为双极性，A／D转换器为单极性输入，则须对信号进行极性变换。

1.1信号的双极性—单极性变换

当信号不满足A／D转换器信号输入范围要求时，信号须经一线性网络变换。线性网络的具体形式可以根据信号的具体情况来设计。以双极性信号转变为单极性信号为例，可以用图1所示的线性网络来实现。

根据戴维南定理，当只有VCC作用时，A／D转换器的输入信号为：

由此可知，A／D转换器信号输入端的实际输入信号为：

由式(3)可知，当VCC=5V、R1=R3=2R2时，可将-10V～+10V的输入信号转变为0～+5V的信号；当VCC=5V，R1=R2，而R3开路时，可将-5V～+5V信号转换为0～+5V的信号，改变R1，R2和R3之间的比例关系，可以允许Vi输入不同范围的双极性信号。

1.2A／D转换

A／D转换过程一般有微机直接参与，A／D转换器将模拟量变为数字量后，由微机直接读取转换结果。当采用V／F转换时，可将经过预处理的模拟电压信号转变为与之成正比的频率信号，然后与CPU定时器的计数端子连接，微机以单位时间内计数的多少来确定模拟量的大小。模拟量转换为频率信号的过程，可以由专用压频转换器件来完成，故不赘述。

2单片机内部的信号变换

微机检测模拟信号时，采集到的是经过传感器变换并由A／D转换器转换成的二进制信号，并不是被测的物理信号本身，因而必须把采集到的二进制信号进行标度变换，才能进行控制或输出(例如显示、打印等)。

设传感器输出信号X和被测物理量Y之间有如图2所示关系(Ym为被测物理量的最大值)，A／D转换器输入信号范围为0～Xm，对应的输出数字信号范围为0～Nm，则可推导出A／D转换结果N与实际物理量y之间的标度变换表达式。

根据图2可知

式(6)描述了被测物理量y与A／D转换结果X之间的数学关系，为被测物理量的显示、打印提供了标度变换依据。

3应用实例

图3为某调速系统的速度给定及给定速度显示电路原理图，其信号处理采用了本文所述的信号变换方法。速度给定电路的给定信号为-5V～+5V，代表的速度范围为0～2000r／min，采用LED显示给定速度(实际系统中也可显示电机的实际转速)。

该系统中，采用式(6)描述的关系检测出给定电压信号的大小，再将其变换为对应电机的给定速度值，然后通过显示器显示出来。8098单片机的A／D转换器为10位，允许的模拟信号输入范围为0～5V，图中R1、R2将速度给定信号由-5V～+5V转换为0～+5V，电机的调速范围为400～2000r/min，故式(6)中各常量为：

将上述参数代入式(6)，则根据A／D结果可直接计算出对应的给定速度，该速度值也作为PID控制参数。8098单片机实现上述标度转换的程序如下：

4结束语

本文根据标度变换需求，推导出一般传感器输出信号标度变换的表达式，给出了实现该变换的单片机程序，它们已应用于几种不同功率的开关磁阻电动机调速系统中。实践证明，这种变换方法是有效的。

参考文献：

［1］ 金海明，等.微机测控技术［M］.北京：煤炭工业出版社，1994.