測控的電路-信號細(xì)分和辯向第七章第一部分

1、第七章第七章 信號細(xì)分與辨向電路信號細(xì)分與辨向電路什么是細(xì)分電路？什么是細(xì)分電路？又稱插補(bǔ)器，是采用電路手段對又稱插補(bǔ)器，是采用電路手段對周期性的測量信號周期性的測量信號進(jìn)行插進(jìn)行插值提高儀器分辨力的一種方法。值提高儀器分辨力的一種方法。 細(xì)分的基本原理細(xì)分的基本原理? ?為什么要采用細(xì)分電路？為什么要采用細(xì)分電路？信號周期計數(shù)法測量位移時，儀器分辨力是一個周期所對信號周期計數(shù)法測量位移時，儀器分辨力是一個周期所對應(yīng)的位移量。要提高儀器的應(yīng)的位移量。要提高儀器的分辨力分辨力，就需要使用細(xì)分電路。，就需要使用細(xì)分電路。根據(jù)周期性測量信號的波形、振幅或者相位的變化規(guī)律，根據(jù)周期性測量信號的波形、振

2、幅或者相位的變化規(guī)律，在一個周期內(nèi)進(jìn)行插補(bǔ)，從而獲得優(yōu)于一個信號周期的在一個周期內(nèi)進(jìn)行插補(bǔ)，從而獲得優(yōu)于一個信號周期的更高的分辨力。更高的分辨力。1面向光柵面向光柵, , 磁柵磁柵, ,容柵和激光干涉儀等設(shè)備輸出的周容柵和激光干涉儀等設(shè)備輸出的周期信號期信號細(xì)分電路的應(yīng)用范圍？細(xì)分電路的應(yīng)用范圍？按工作原理分：直傳式和平衡補(bǔ)償式細(xì)分按工作原理分：直傳式和平衡補(bǔ)償式細(xì)分按處理信號分：調(diào)制信號和非調(diào)制信號細(xì)分按處理信號分：調(diào)制信號和非調(diào)制信號細(xì)分細(xì)分電路的分類？細(xì)分電路的分類？2ABCDE什么是辨向？為什么要辨向？什么是辨向？為什么要辨向？辨向：辨別機(jī)構(gòu)的移動方向辨向：辨別機(jī)構(gòu)的移動方向位移傳感器

3、一般允許在正、反兩個方向移動；位移傳感器一般允許在正、反兩個方向移動；無論測量直線位移還是角位移，都需要根據(jù)傳感器的輸無論測量直線位移還是角位移，都需要根據(jù)傳感器的輸出信號判別移動的方向出信號判別移動的方向(即判斷正、反向移動？順時針、即判斷正、反向移動？順時針、逆時針旋轉(zhuǎn)？）；逆時針旋轉(zhuǎn)？）；細(xì)分電路設(shè)計時要考慮辨向！細(xì)分電路設(shè)計時要考慮辨向！3 難以根據(jù)單一信號辨向，辨向需要兩路信號AB前進(jìn)前進(jìn)B在在A 前面前面后退后退A在在B 前面前面ttuu無法根據(jù)兩路相位差 或 的信號辨向，相位差 的兩路信號最可靠。90 0 180 4第一節(jié)第一節(jié) 直傳式細(xì)分電路直傳式細(xì)分電路位移傳感器位移傳感器的

4、周期信號的周期信號頻率更高頻率更高的模擬信的模擬信號、脈沖號、脈沖信號、數(shù)信號、數(shù)字信號字信號 xi x1 xo K1 K2 Km x1 x2 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)：波形變換電路，比較轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)：波形變換電路，比較器，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和邏輯電路器，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和邏輯電路5一、單穩(wěn)四細(xì)分辨向電一、單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路路6積分型積分型單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器7原理：原理：利用單穩(wěn)提取兩路方波信號的邊沿實現(xiàn)利用單穩(wěn)提取兩路方波信號的邊沿實現(xiàn)四細(xì)分四細(xì)分正向運(yùn)動（正向運(yùn)動（A A超前超前B B）反向運(yùn)動（反向運(yùn)動（ B B超前超前A A ）8HCTL-20XX系列四細(xì)分辨向電路系列四細(xì)分辨向電路 該系列芯片具有細(xì)分與

5、辨向功能；該系列芯片具有細(xì)分與辨向功能； 具有抗干擾設(shè)計；具有抗干擾設(shè)計； 將可逆計數(shù)器設(shè)計在芯片上，芯片的集將可逆計數(shù)器設(shè)計在芯片上，芯片的集成度高；成度高； 簡化外圍電路的設(shè)計。簡化外圍電路的設(shè)計。9HCTL-20XX系列集成電路細(xì)分原理圖 CLKCK 數(shù)字?jǐn)?shù)字濾波器濾波器施密特施密特觸發(fā)器觸發(fā)器CHACHB計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖計數(shù)方向計數(shù)方向計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖計數(shù)方向計數(shù)方向 四細(xì)分四細(xì)分辨向電路辨向電路 12/16 12/16位位可逆計數(shù)器可逆計數(shù)器Q0-Q7Q8-Q11,1512/1612/16位位 鎖存器鎖存器B0-B7 A0-A7888D0-D7細(xì)分脈沖細(xì)分脈沖計數(shù)方向計數(shù)方向級聯(lián)脈沖

6、級聯(lián)脈沖 U/D CNTCASHCTL-2020HCTL-2020具有的功能具有的功能多路切換器多路切換器三態(tài)緩沖器三態(tài)緩沖器SELOE禁止邏輯禁止邏輯* *HCTL-2000HCTL-2000中中A A4 4-A-A7 7接地接地CNTDECR10INHQ0-Q11,15D0-D11,15OESEL 211RRER u1 u2 uo u2 R1 R2 uo u1 212RRER 將將正余弦信號正余弦信號施加在電阻鏈兩端，在電阻鏈的節(jié)點(diǎn)施加在電阻鏈兩端，在電阻鏈的節(jié)點(diǎn)上可得到幅值和相位各不同的電信號。上可得到幅值和相位各不同的電信號。這些信號經(jīng)整形，這些信號經(jīng)整形，形成脈沖后形成脈沖后，就能在

7、正余弦信號的一個周期內(nèi)獲得若干計，就能在正余弦信號的一個周期內(nèi)獲得若干計數(shù)脈沖，實現(xiàn)細(xì)分。數(shù)脈沖，實現(xiàn)細(xì)分。二、電阻鏈分相細(xì)分二、電阻鏈分相細(xì)分原理圖原理圖矢量圖矢量圖11電阻鏈五倍頻細(xì)分電路電阻鏈五倍頻細(xì)分電路 36o 108o 18o 0o 162o 90o 54o 72o 144o 126o 56k 33k 18k 24k 18k 24k 56k 33k 24k 33k 56k 18k 33k 24k 18k 56k 12k 12k 1 2 3 5 6 4 13 12 11 9 8 10 6 5 4 1 13 12 11 8 9 10 Esint Ecost -Esint - + + N

8、 - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N = = 1 = = 1 = = 1 = = 1 = = 1 2 3 = = 1 = = 1 = = 1 UR12電阻移相網(wǎng)絡(luò)、電阻移相網(wǎng)絡(luò)、比較器、邏輯比較器、邏輯電路三部分組電路三部分組成成133+ 1311+ 11優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 具有良好的動態(tài)特性具有良好的動態(tài)特性,應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛缺點(diǎn)缺點(diǎn): 細(xì)分?jǐn)?shù)越高所需的元器件數(shù)目也成比例地細(xì)分?jǐn)?shù)越高所需的元器件數(shù)目也成比例地增加，使電路變得復(fù)雜，因此電阻鏈細(xì)分增加，使電路變得復(fù)雜，因此電阻鏈細(xì)分主要用于細(xì)分?jǐn)?shù)

9、不高的場合。主要用于細(xì)分?jǐn)?shù)不高的場合。電阻鏈分相細(xì)分優(yōu)缺點(diǎn)電阻鏈分相細(xì)分優(yōu)缺點(diǎn)14設(shè)計一電阻鏈二倍頻細(xì)分電路。設(shè)計一電阻鏈二倍頻細(xì)分電路。 練習(xí)練習(xí)7-245o0o135o13A24B118k18k18k12k18k12kEsintEcost-Esint-+N-+ +N-+N-+N90o= =1= =1UR15三、微型計算機(jī)細(xì)分三、微型計算機(jī)細(xì)分微機(jī)細(xì)分是利用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計算來進(jìn)行細(xì)分，微機(jī)細(xì)分是利用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計算來進(jìn)行細(xì)分，它用數(shù)字計算機(jī)代替硬件電路對模擬量進(jìn)行計算達(dá)到細(xì)分它用數(shù)字計算機(jī)代替硬件電路對模擬量進(jìn)行計算達(dá)到細(xì)分的目的。的目的。微機(jī)細(xì)分按照其工作原理可分為三種類型：微機(jī)細(xì)分按

10、照其工作原理可分為三種類型：1、與硬件細(xì)分相結(jié)合的細(xì)分技術(shù)；、與硬件細(xì)分相結(jié)合的細(xì)分技術(shù)；2、時鐘脈沖細(xì)分技術(shù)；、時鐘脈沖細(xì)分技術(shù)；3、量化細(xì)分技術(shù)、量化細(xì)分技術(shù)16 辨向電路 可逆計數(shù)器 數(shù)字計算機(jī) Acos 過零 比較器 /# /# 顯示電路 Asin 微機(jī)量化細(xì)分電路原理圖微機(jī)量化細(xì)分電路原理圖17 1 2 3 4 5 6 7 8 u1 u2 微型計算機(jī)細(xì)分卦限圖微型計算機(jī)細(xì)分卦限圖18卦限卦限u1極性極性u2極性極性|u1|、|u2|大小大小1+|u1|u2|3+ |u1|u2|4+ |u1|u2|5 |u1|u2|7 +|u1|u2|8 +|u1|u2| 1 2 3 4 5 6 7

11、8 u1 u2 tantan(/ 2)xcx191、4、5、8卦限用tan2、3、6、7卦限用ctan微機(jī)量化細(xì)分的優(yōu)缺點(diǎn)微機(jī)量化細(xì)分的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：利用判別卦限和查表實現(xiàn)細(xì)分，相對利用判別卦限和查表實現(xiàn)細(xì)分，相對來說減少了計算機(jī)運(yùn)算時間，若直接算反函來說減少了計算機(jī)運(yùn)算時間，若直接算反函數(shù)數(shù) 或或 要化更多的時要化更多的時間；通過修改程序和正切表，很容易實現(xiàn)高間；通過修改程序和正切表，很容易實現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)。的細(xì)分?jǐn)?shù)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：需要進(jìn)行軟件查表，細(xì)分速度慢，主需要進(jìn)行軟件查表，細(xì)分速度慢，主要用于輸入信號頻率不高或靜態(tài)測量中。要用于輸入信號頻率不高或靜態(tài)測量中。)/arctan(21uu)/cot(21uuarc20四、只讀存儲細(xì)分四、只讀存儲細(xì)分只讀存儲器細(xì)分