气相色谱仪温控系统A/D和D/A转换技术的应用

　　众所周知，几乎所有高精仪器和装置的测控都采用计算机和相应的外围设备实现数字控制。而且这些系统中，往往是从模拟信号在采样元件、监测元件、控制对象，和执行机构等单元中输入输出和传送的。为了和数字系统相配合就需要有高速、多位、精确的A/D和I〕/A转换装置和电路来实现数控系统全过程最优化控制。

　　一、模数转换(A/D)技术和过程

　　以微处理机为中心的温度监控器(TMD是由测温元件、模拟多路开关、前置放大器、A/D转换器以及D/A转换器和相应电源组成，如图1。

　　微处理机(CPU)，通过输人/输出接口(PIO)定时访问温度监控器(TMI)，通过地址寄存器循环查询温控程序，实时启动模拟多路采样开关。将一次测温元件的模拟电流信号转变成电压信号通过和D/A转换信号相比后，送到前置放大器放大，再进入A/D转换器。A/D转换是采用逐次比较电压反馈编码。把经放大的信号转换成12位二进制的数字量信号，通过PIO，送到CPU单元。再通过计算机设定值和转换值比较、运算、和判断后，使系统得到调正，使运行值逐渐接近设定值。由此可见，A/D转换是数控系统中，不可缺少的工作环节。对其要求是采样速度快，转换精度高。A/D转换的故障，将会影响整个系统的控温质量在TMI中正常的A/D转换测试点波形如图2所示

　　当A/D工作不规则或产生故障时，波形会发生变化。借助于示波器来检查和分析A/I)的故障所在和产生原因是常用方法之一。

　　二、数模转换器(D/A)在控温系统的作用

　　温控系统中的D/A转换装置，是把CPU送出的二进制数字信号按一定比例转换成模拟电压信号，并与实际被控采样信号相比较，使系统作出判断和修正。D/A是按单极数字输入/单极模拟输出方式工作。由于选择10位二进制数字量输入，参考电压(额定电压一SV)被分解成21。一1024个电压增量，即每一个数字输入量为5/1024一4.gmV(额定值)。因此，凡是输入D/A的二进制数都会有。一+SV之问的电压信号运算放大器输出，该电压的大小与十位输入数字的二进制值和参考电压成正比。运算放大器的正相和反相输入电流来源于D/A的通过内部电阻梯形网络输入的一SV参考电压。当D/A转换所有数字输入都是逻辑“1”时，电阻梯形的值便等于反馈电阻的电阻值，故运算放大器的输出应为+SV。而当D/A转换所有数字输入均为逻辑“0"时。反相输入电阻梯形的值便为无穷大，使运算放大器输出为oV。因此运算放大器模拟量输出变化与D/A转换二进制输入值成正比。一般情况下，D/A和A/D转换失控或数据漂移，需选用合适的示波器来调整和确定精确的工作点。图3为D/A转换的正常波形。在D/A点的波形中有时会出现一系列不同幅值的尖峰扭曲三角波形，这些尖峰是由加在D/A转换输入上的A/D转换输出产生。有时峰的位置会发生变化。