「科普」你分得清什么是模擬量、數(shù)字量、開關(guān)量和脈沖量嗎？

數(shù)字量是最常用的模擬量。例如，開關(guān)量有一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)（如電壓、電流、脈沖等）。數(shù)字量是一種數(shù)字化的數(shù)據(jù)。它在一個(gè)給定的范圍內(nèi)連續(xù)變化。這些數(shù)字可以由一個(gè)或多個(gè)傳感器或邏輯單元收集。

模擬量和數(shù)字量是相對(duì)的，即模擬量是指“物理信號(hào)”，而數(shù)字量是指“數(shù)據(jù)信息”。我們?cè)谶@里談?wù)摰氖悄M信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程和數(shù)據(jù)信息的傳輸過(guò)程。

什么是模擬量？

模擬量是一種由傳感器采集的物理信號(hào)，如電壓、電流、溫度等，它們可以被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)采樣和處理，得到相應(yīng)的數(shù)字信息，這些數(shù)字信息通常都以二進(jìn)制數(shù)形式存在。這些二進(jìn)制數(shù)據(jù)通常通過(guò)模擬設(shè)備生成、傳輸和處理，例如A/D轉(zhuǎn)換器或數(shù)字I/O卡等。

模擬信號(hào)不能用來(lái)傳輸或轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，因?yàn)樗鼈儾荒鼙粩?shù)字化。正如我們將在第二部分中解釋的那樣，例如開關(guān)、按鈕等模擬變量在模擬設(shè)備中無(wú)法被數(shù)字化，因?yàn)樗鼈儧]有對(duì)應(yīng)的模擬輸出設(shè)備和對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入設(shè)備。

模擬量中有些數(shù)據(jù)也可以用數(shù)字來(lái)表示。例如：

1.開關(guān)量

開關(guān)量通常是用一個(gè)或多個(gè)物理開關(guān)來(lái)表示，例如，開關(guān)接通或斷開。開關(guān)量通常以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式輸入，例如電壓、電流等，但它們也可以用數(shù)字量表示，例如脈沖。

開關(guān)量的類型有很多種。

一些開關(guān)量可以直接使用數(shù)字輸入設(shè)備進(jìn)行模擬操作。例如，門和燈的開關(guān)是直接用數(shù)字來(lái)表示的；或者開關(guān)（繼電器）可以在模擬設(shè)備中被觸發(fā)（動(dòng)作）后立即輸出。

另一些開關(guān)量是通過(guò)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換器或數(shù)字I/O卡進(jìn)行模擬操作。如果二進(jìn)制數(shù)據(jù)與輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)之間的差異很大，那么這種方法就不太可能工作。例如，開關(guān)量輸入可以被轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，但無(wú)法被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，因?yàn)殚_關(guān)沒有對(duì)應(yīng)的模擬輸出設(shè)備。但是，開關(guān)量可以被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)數(shù)字I/O卡輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

使用開關(guān)量作為模擬變量會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題。當(dāng)兩個(gè)變量之間存在很大的差異時(shí)，會(huì)導(dǎo)致使用轉(zhuǎn)換器或I/O卡進(jìn)行模擬操作時(shí)產(chǎn)生的誤差過(guò)大；當(dāng)兩個(gè)變量之間的差異非常小時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真、噪聲或信號(hào)丟失等問(wèn)題。此外，這些差異可能導(dǎo)致不同傳感器或不同輸入設(shè)備之間產(chǎn)生誤差。

將開關(guān)量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息需要用到A/D轉(zhuǎn)換器或數(shù)字I/O卡等設(shè)備。但如果要使用模擬輸入設(shè)備進(jìn)行數(shù)字操作并保持輸入數(shù)據(jù)的完整性，則需要在信號(hào)輸入前使用合適的前置放大器（例如濾波電路）。同時(shí)應(yīng)避免在 AD轉(zhuǎn)換器中使用過(guò)多的增益（例如16- bit）。

2.模擬量

我們把模擬量描述成一系列連續(xù)變化的物理量。這意味著它們可以以數(shù)字形式被編碼或解碼，并且可以通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理。

模擬量中的信號(hào)通常由兩部分組成：傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器，傳感器將輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，信號(hào)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為模擬輸出信號(hào)。

常見的模擬量是電壓、電流、溫度和壓力。模擬量的信號(hào)一般可以用一個(gè)或多個(gè)邏輯單元來(lái)表示，例如A/D轉(zhuǎn)換器或數(shù)字I/O卡。

模擬量可以從物理設(shè)備轉(zhuǎn)換為數(shù)字設(shè)備，因?yàn)樗鼈兛梢杂肁/D轉(zhuǎn)換器或數(shù)字I/O卡來(lái)采集。它們的輸出可以是模擬信號(hào)，也可以是數(shù)字信號(hào)，但是大多數(shù)情況下它們都是數(shù)字信號(hào)。因?yàn)槟M量沒有對(duì)應(yīng)的物理設(shè)備，所以它們不能用來(lái)傳輸或處理。相反，模擬量可以通過(guò)各種A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但這些A/D轉(zhuǎn)換器不能接收數(shù)字信號(hào)。

當(dāng)我們談?wù)摗伴_關(guān)”時(shí)，我們通常指的是兩個(gè)輸入之間的開關(guān)。這意味著當(dāng)有一個(gè)開關(guān)時(shí)，它必須打開和關(guān)閉以接通或斷開它。這種類型的開關(guān)也被稱為“繼電器”。由于繼電器有觸點(diǎn)（而不是電線），因此它的位置非常重要：如果它沒有接觸到觸點(diǎn)，那么該觸點(diǎn)就不會(huì)打開或閉合。因此，繼電器必須與特定的電路連接才能接通或斷開電路。

繼電器、電磁閥和其他類型的開關(guān)需要特殊的電路連接，稱為“接插件”或“接線端子”。盡管接插件通常用于連接器件（如開關(guān)、繼電器或電磁閥門），但它們也可以用于其他目的。

接插件也稱為“模塊”，它是由不同類型的電子元器件組成的電路模塊、單元或子系統(tǒng)。接插件由電線連接在一起時(shí)構(gòu)成一個(gè)電路系統(tǒng)，它們通常連接在一個(gè)電路板上。接插件通?？梢宰鳛椤半娐钒濉眮?lái)使用，但它們也可以通過(guò)接插件、連接器組成的系統(tǒng)來(lái)使用。

3.脈沖量

脈沖量也稱為脈沖，是一個(gè)持續(xù)時(shí)間為0.1微秒的輸入信號(hào)，通常以脈沖的形式傳輸。如果輸出端同時(shí)存在兩個(gè)或多個(gè)模擬量，則稱為多路開關(guān)。脈沖通常作為數(shù)字輸入和輸出設(shè)備的一部分。

數(shù)字信號(hào)的傳輸？

數(shù)字信號(hào)的傳輸包括數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中的轉(zhuǎn)換和處理。數(shù)字信號(hào)通常以二進(jìn)制形式進(jìn)行傳輸，但也可以使用其他表示形式（如矢量數(shù)據(jù)）。這些數(shù)據(jù)通常被稱為“碼元”（例如： bits, shift, and range）。

在傳感器中使用的數(shù)字I/O卡中就存在二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式和字符串格式之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。這些轉(zhuǎn)換涉及到數(shù)字I/O卡與計(jì)算機(jī)之間的通信，可能會(huì)產(chǎn)生許多其他問(wèn)題。例如，一些數(shù)字I/O卡不支持模擬輸入，因?yàn)樗鼈儧]有數(shù)字輸出設(shè)備或接口。如果您想通過(guò)計(jì)算機(jī)訪問(wèn)脈沖量或開關(guān)信號(hào)，則必須使用轉(zhuǎn)換器（如A/D轉(zhuǎn)換器、串行轉(zhuǎn)換器等）或軟件工具來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理。

除了數(shù)字I/O卡外，一些數(shù)字I/O卡還帶有一個(gè)數(shù)字輸入端口和一個(gè)數(shù)字輸出端口。對(duì)于許多其他設(shè)備，則需要將輸出端與模擬輸入端分開連接以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行或更簡(jiǎn)單地使用模擬輸入（例如電壓）作為驅(qū)動(dòng)。

如何根據(jù)需要選擇模擬量和數(shù)字量？

對(duì)于某些應(yīng)用程序，需要一種設(shè)備來(lái)進(jìn)行模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，例如測(cè)量溫度、壓力或振動(dòng)等。在這種情況下，您可以使用模擬輸出設(shè)備（例如溫度計(jì)）來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，或使用數(shù)字輸出設(shè)備（例如繼電器或接觸器）來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。對(duì)于其他應(yīng)用程序，您可以使用模擬輸入設(shè)備來(lái)生成脈沖信號(hào)或用于通信的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。