数字式测量的几个关键概念

（一）分辨率（Resolution）与精度（Accuracy）

精度是用来描述物理量的准确程度的，表达测量值接近真实值的程度，即绝对误差或相对误差的大小；“分辨率”是用来描述刻度划分的，表达能准确读数的最小刻度值的大小。分辨率高是精度高的必要条件，但不是充分条件，分辨率高不等于精度高。如常用1m长光栅尺的分辨率是0.001mm，由于栅线刻画等误差，量程内的实际精度约为±5μm，即±0.0005%FS（FS：Full Scale—整个刻度范围、全量程）。

（二）两种计量体制

1.模拟量

模拟量（Analog Value）指数值上连续变化的量，它既包括数值与时间上均连续的连续时间函数，也包括时间上离散而数值上连续的瞬时连续函数，一般包括非调制、调幅、调频、调相的信号量，如工程领域中常见的压力、速度、温度、加速度、电压等信号量。

2.数字量

数字量（Digital Value）指以一定步长步进的离散量，它的变化在时间上是不连续的，总是发生在一系列离散的瞬间，如零件的数量、信号的通断等。其信号量包括增量码信号、绝对码信号和开关信号。

（三）量化与量化误差

1.量化

量化（Quantization）是将模拟量变换成数字量表示的过程，其实质是将经采样得到的信号的实际幅度值用最靠近的离散电平值（数字值）代替。其结果是可以取无穷多个的连续实际采样幅度值变为有限数目的离散电平。量化所得的数字量必须赋以码制和量化物理单位，才能真正表示对应的模拟量。

2.量化误差(www.xing528.com)

由量化造成的计量或测量误差称为量化误差。量化误差可以表示为

Δ=被测模拟量值-量化数字量对应的模拟量值即Δ=f（t）-fq（t）

式中，f（t）为模拟信号；fq（t）为量化信号。量化误差的最大值就是量化单位，量化误差是固有的，无法消除，其大小与量化单位和测量点的位置有关，量化单位越小，测量点越接近量化数字量的对应点，则量化误差越小。同时量化误差与被测信号的数值大小也有关，是随机的，而最大量化误差是个确定的量，一般在数字化测量系统中所说的量化误差是指最大量化误差。

（四）数制与编码

数字式测量与计算机一样采用二进制或以二进制为基础的派生码。一般有自然二进制小数码、双极性二进制数码、格雷码、二/十进制（BCD）码、七段/八段码、ASCII码等，分别适应数字系统的各种功能需求。如七段/八段码，就是为驱动LED数码发光管的专用编码（Encode）。

1.自然二进制小数码

在数字电子系统中，二进制是最准确、可靠的一种数制。任何数都可以用n位以高、低电平状态代表的“1”“0”两个数所组成的代码来表述。自然二进制数是一种最简单的二进制数，对于n位的自然二进制数，其表示数的范围为2n-1。

在测试系统中，由于大多数情况下其输出数据都是与输入量/满量程的数值成某种函数关系，一般成正比，比值小于1，所以输出量采用自然二进制小数表示更为贴切。但是在通常情况下采用自然二进制整数表示输出结果，其中隐含了除2n的运算，即输出结果是n为自然二进制整数0，实际意义是D/2n。

2.双极性二进制数码

在许多情况下，不但要求用数字量表示模拟量的幅度大小，还要包含极性信息，这就需要采用双极性二进制数码表示测量或转换结果。在数字系统中常用的双极性二进制数码有符号-数值二进制码、偏移二进制码、2的补码三种形式。符号-数值二进制码规定最高有效数位标志符号信息，“0”为正号，“1”为负号，除MSB位外的各位数位组成数值码。偏移二进制码按自然二进制规则建数，不同的是将零点位置向上移动满量程的一半。量程范围内所有的负数的MSB位均为“0”，所有正数的MSB位均为“1”。2的补码的MSB位为代表符号位，“0”代表正号，“1”代表负号，其余各位组成数值位，正数的2的补码的数值位与自然二进制数原码相同，负数的2的补码的数值位是原码经过求反后再加1得出的代码。