今天這篇文章，我們要跟大家聊聊如何把現(xiàn)場的模擬量模塊測量到的模擬值轉(zhuǎn)換成實際需要的工程值。首先，搞清楚兩個概念，什么是模擬值？什么是工程值？

所謂“模擬值”，是指模擬量信號經(jīng)過模擬量輸入（或輸出）模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）后，所得到的數(shù)值。模擬值以二進制補碼的方式存放，其位數(shù)為16位（編號從0到15），屬于有符號整數(shù)（有正負之分）。最高位（第15位）為符號位，正數(shù)的符號位為0，負數(shù)的符號位為1；

在前面的文章《模擬量信號能被CPU直接處理嗎？》中，我們講過模擬量模塊的分辨率。比如：SM 1231 AI 4x13 bit，它表示該模塊能把模擬量信號轉(zhuǎn)換成一個“13bit”的二進制數(shù)值，其中包括“12bit”的分辨率和“1bit”的符號位。關于分辨率的問題，你如果不清楚，可以回看下原文。這里你有沒有發(fā)現(xiàn)一個問題？既然模擬值總共有“16bit”，可是模塊SM 1231 AI 4x13 bit模數(shù)轉(zhuǎn)換后僅有“13bit”。那么這“13bit”的二進制數(shù)值，是怎樣存放到“16bit”中的呢？是左對齊（低位補0）還是右對齊（高位補0）呢？

規(guī)定是這樣的：經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的模擬值，如果其位數(shù)（包括符號位）小于16位，則轉(zhuǎn)換值被自動左移，讓其最高位（符號位）處于模擬值的最高位（第15位）。數(shù)值左移后，其低位填“0”補位，這種處理方式稱為“左對齊”。

比如模塊SM 1231 AI 4x13 bit的轉(zhuǎn)換值會被自動左移3位，其低位（第0~2位）會被補“0”，相當于原數(shù)值乘以8（2的3次方）。

“左對齊”能保證模擬量的量程與移位后的數(shù)值關系是固定的，便于后續(xù)轉(zhuǎn)換處理。

由于“模擬值”屬于16位有符號整數(shù)，其取值范圍是：-32768~32767。其中，對于雙極性量程（以正負10V為例）來說，-27648~27648屬于正常范圍（對應-10V~10V）；32511為超出范圍（11.759V）；32767為上溢出值（11.851V）；-32511為低于范圍（-11.759V）；-32768為下溢出值（-11.851V）。

對于單極性量程（以0~20mA為例），5530~27648為正常范圍（對應4~20mA）；小于5530為低范圍（0~4mA）；32511為超范圍（23.52mA）；32767為上溢出（23.70mA）；

我們看到，每一個“模擬值”，都對應了一個現(xiàn)實中的物理量，這個物理量是可以在工程中通過儀器儀表檢測到的（比如10V電壓），我們把模擬值所對應的這個物理量，稱為“工程值”。

模擬值與工程值之間有比例關系，比如：某壓力傳感器的量程范圍為0~25bar，其輸出信號為4~20mA。使用模擬量模塊SM 1231 AI 4x13 bit，將0~20mA的電流信號轉(zhuǎn)換成模擬值0~27648，請問當壓力傳感器輸出壓力為5bar時，模擬量模塊測得的模擬值是多少？

解：假設模擬值為X，可通過下列公式計算：5/(X-5530)=25/(27648-5530)，計算得X=9953.6（浮點數(shù)會被轉(zhuǎn)換成無符號整數(shù)）。

當然，在Step7中，我們可以調(diào)用系統(tǒng)提供的函數(shù)SCALE_X完成轉(zhuǎn)換，如下圖：

把“SCALE_X”指令拖到程序中，添加相應的參數(shù)，如下圖：

其中，“MIN”為工程值的最小值（比如：0 mbar），“MAX”為最大值（比如：25000mbar），“VALUE”為標準化后的浮點輸入，其取值范圍為0.0~1.0。“OUT”為工程值的輸出；

為了得到標準化后的浮點輸入值“VALUE”，我們還需要一個函數(shù)：NORM_X

在“NORM_X”中，輸入模擬量模塊測量到的模擬值，“MIN”為下限；“MAX”為上限；“VALUE”為外設地址；“OUT”值就是標準化后的浮點值。

好了，關于模擬量信號的轉(zhuǎn)換就介紹到這里了，相關文章請參考：

模擬量信號能被CPU直接處理嗎？

如何使用SM1231測量現(xiàn)場的模擬量信號？

為什么工業(yè)現(xiàn)場的模擬量信號多使用4-20mA的電流信號？