测控电路PPT学习教案

1、会计学1 测控电路测控电路PPT课件课件 概概 述述 第1页/共68页 概概 述述 第2页/共68页 第3页/共68页 概概 述述 第4页/共68页 第5页/共68页 xi x1 xo K1 K2 Km x1 x2 Ks=K1K2K3Km 第6页/共68页 p 直传式细分电路由若干环节串联而成，图。 p 输入量为xi，一般是来自位移传感器的周期信号，以 一对正、余弦信号或者相移为90的两路方波最为常 见。 p 输出xo有多种形式:有时为频率更高的脉冲或模拟信号 ， 有时为可供计算机直接读取的数字信号。 p 中间环节完成从输入到输出的转换，常由波形变换电 路、比较器、模拟数字转换器和逻辑电路等组

2、成。 p 各个环节都依次向末端传递信息，这就是直传的意思 。 p 电路的结构属于开环系统， 系统总的灵敏度(也可称传 递函数)K，为各个环节灵敏度Kj(j=lm)之积： Ks=K1K2K3Km Ks=K1K2K3Km 第7页/共68页 p 由于直传系统信号单向传递，故越在前面的环节， 其输入变动量所引起的输出的变动量越大。 p 要保持系统的精度必须稳定各环节的灵敏度，特别 是减少靠近输入端的环节的误差。 p 一般来说，直传系统抗干扰能力较差，其精度低于 平衡补偿系统。 p 但由于直传系统没有反馈比较过程，电路结构简单 、响应速度快，故有着广泛的应用。 第8页/共68页 m j jj xKxKx

3、 1 siso Ksj xo对xj的灵敏度, Ksj=Kj+1Km 第9页/共68页 第10页/共68页 第11页/共68页 第12页/共68页 第13页/共68页 图7-2 单稳四细分辨向电路 DG7 由于由于B为低电平，与或非门为低电平，与或非门DG10无计数脉冲输出。无计数脉冲输出。 l 当当B发生正跳变时，发生正跳变时， 由非门由非门DG6、电阻、电阻R3、电容、电容C3和与门和与门DG8组成的单组成的单 稳触发器输出窄脉冲信号稳触发器输出窄脉冲信号B，此时，此时A为高电平，为高电平，DG5 有计数脉冲输出，有计数脉冲输出， DG10仍无计数脉冲输出。仍无计数脉冲输出。 第16页/共6

4、8页 l 当当A发生负跳变时，发生负跳变时， 由非门由非门DG2、电阻、电阻R2、电容、电容C2和与门和与门DG4组成的单组成的单 稳触发稳触发 器输出窄脉冲信号器输出窄脉冲信号A，此时，此时B为高电平，与或为高电平，与或 非门非门DG5有计数脉冲输出，有计数脉冲输出， DG10无计数脉冲输出。无计数脉冲输出。 l 当当B发生负跳变时，发生负跳变时， 由非门由非门DG5、电阻、电阻R4、电容、电容C4和与和与 DG9组成的单稳组成的单稳 触发器输出窄脉冲信号触发器输出窄脉冲信号B，此时，此时A为高电平，为高电平，DG5有计有计 数脉冲输数脉冲输 出，出， DG10无计数脉冲输出。无计数脉冲输出

5、。 在正向运动时，在正向运动时，DG5DG5在一个信号周期内依次输出在一个信号周期内依次输出AA 、BB、AA、BB四个计数脉冲，实现了四组分。四个计数脉冲，实现了四组分。 第17页/共68页 n 同样的方法可以分析在传感器反向运动时，同样的方法可以分析在传感器反向运动时，DG5无脉冲无脉冲 输出，输出，DG10有四个脉冲输出。同样实现了四组分。有四个脉冲输出。同样实现了四组分。 n DG5、DG10随运动方向的改变随运动方向的改变 交替输出脉冲，交替输出脉冲， 输出信号输出信号Uo1、Uo2可直接送入可逆计数器计数可直接送入可逆计数器计数 ，实现辨向计数。如，实现辨向计数。如74Ls194、

6、 第18页/共68页 图7-4 HCTL-20XX系列集成电路细分原理图 CLK CK 数字 滤波器 施密特 触发器 CH A CH B 计数脉冲 计数方向 计数脉冲 计数方向 Q0-Q11,15 四细分 辨向电路 12/16位 可逆计数器 Q0-Q7 Q0-Q11,15 D0-D11,15 INH 12/16位 锁存器 B0-B7 A0-A7 SEL OE 8 88 D0-D7 细分脉冲 计数方向 级联脉冲 U/D CNTCAS HCTL-2020具有的功能 多路切换器 三态缓冲器 SEL OE 禁止逻辑 *HCTL-2000中A4-A7接地 CNTDECR 第19页/共68页 HCTL-2

7、0XX系列是HP公司生产的细分辨向电路。 包括HCTL-2000、HCTL-2016和HCTL-2020三种功能相 近的芯片，四细分和辨向功能， 具有抗干扰设计，并将可逆计数器设计在芯片上， 芯片的集成度高，可大大简化外围电路的设计。 CLK为芯片外接工作时钟，经施密特触发器改善波形后成为 CK,用作芯片内部的时钟。 传感器的两方波信号输入端CHA、CHB 为了提高芯片的抗干扰能力，输入信号首先经过施密特触发 器和数字滤波器的预处理。 预处处理后的信号经四细分辨向电路产生一路计数脉冲和一 路方向控制信号，它们被送入内部可逆计数器， 计数器为12位(HCTL-2000)或16位(HCTL-201

8、6/2020） 计数值通常在CLK的上升沿被锁存到后面的锁存器，锁存数 据同样为12位或者16位。 第20页/共68页 为了能够与常用的8位数据总线按口，12位或者16位锁 存数据又经过一多 切换器转换为高、低两个8位字节， 由SEL端控制分时输出， 切换器具有三态输出缓冲机构，可以直接挂在外部数据 总线上，由OE控制数据的读取。 为了防止在读取高、低字节的间隙锁存器内密发生变化 ，以免读取的高、低字节互 不对应，芯片设有一禁止逻 辑，当读取高字节时，启动禁止逻辑，使锁存器数值保 持不变，但这并不影响计数器照常计数，直到读取低字 节所，禁止逻辑才得以解除，锁存器恢复正常锁存。 第21页/共68

9、页 获得若干计数脉冲，实现细分 第22页/共68页 u1 u2 uo u2 R1 R2 uo u1 21 1 RR ER 21 2 RR ER 设电阻链由电阻设电阻链由电阻R1和和R2串联而成，电阻链两端加有交流电压串联而成，电阻链两端加有交流电压u1、u2，其中，其中，u1=Esin t，u2=Ecos t 图7-5 电阻链分相细分 a) 原理图 b) 矢量图 第23页/共68页 第24页/共68页 一般总结：一般总结： l 输入的正余弦信号经电阻链运算电路线性叠加后输入的正余弦信号经电阻链运算电路线性叠加后 ，得到一相位移为，得到一相位移为 的输出信号。的输出信号。 l 改变改变R1R1和

10、和R2R2的比值，可获得具有不同相位的输出的比值，可获得具有不同相位的输出 信号。同时也改变了输出电压幅值信号。同时也改变了输出电压幅值Uom Uom l 相位移只能在相位移只能在0 09090范围内变化。范围内变化。 第25页/共68页 为获得为获得0 0360360范围内的移相信号，可采用图所范围内的移相信号，可采用图所 示电阻移相电路示电阻移相电路 第26页/共68页 36o 108 o 18o 0o 162 o 90o 54o 72o 144 o 126 o 56 k 33 k 18 k 24 k 18 k 24 k 56 k 33 k 24 k 33 k 56 k 18 k 33 k

11、 24 k 18 k 56 k 12k 12k 1 2 3 5 6 4 1 3 1 2 1 1 9 8 10 6 5 4 1 13 12 11 8 9 10 Esint Ecost - Esint - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N - + + N = = 1 = = 1 = = 1 = = 1 = = 1 2 3 = = 1 = = 1 = = 1 UR 2. 2. 电阻链五倍频细电阻链五倍频细 分电路分电路 由电阻移相网络、比较器和逻辑电路三部分组成。 第27页/共68页 第28页/

12、共68页 第29页/共68页 第30页/共68页 第31页/共68页 电阻链分相细分电阻链分相细分 1 2 3 13 11 13 12 11 3 5 6 4 8 10 9 8 10 4 Esint 第32页/共68页 二、电阻链分相细分二、电阻链分相细分 第33页/共68页 1 2 3 4 5 6 7 8 u1 u2 辨 向 电 路 可逆 计数 器 数字 计算 机 Acos 过零 比较器 /# /# 显示电路 Asin a） 电路原理图 b） 卦限图 a) b) 三、微三、微型计算机细分型计算机细分 第34页/共68页 两路原始正交输入信号：两路原始正交输入信号： 一方面经比较器变为方波、送入

13、辨向计数一方面经比较器变为方波、送入辨向计数 电路电路 ，实现对信号周期的计数。，实现对信号周期的计数。 另一方面，分别经各自的模另一方面，分别经各自的模/ /数转换器将模拟数转换器将模拟 量变为数字量，再由接口电路进入微机进行细量变为数字量，再由接口电路进入微机进行细 分。分。 微机通过判别两信号的极性和绝对值的大小，微机通过判别两信号的极性和绝对值的大小， 实现实现8 8细分细分。 第35页/共68页 第36页/共68页 卦限卦限u1的极性的极性u2的极性的极性|u1|、|u2|大小大小 1+|u1|u2| 3+-|u1|u2| 4+-|u1|u2| 5-|u1|u2| 7-+|u1|u2

14、| 8-+|u1|u2| 把一个信号分为把一个信号分为8个区间，或称卦限，每卦个区间，或称卦限，每卦45 8个卦限中两信号的极性和绝对值大小个卦限中两信号的极性和绝对值大小: 第37页/共68页 第38页/共68页 两信号两信号|u1|、|u2|比值：比值： 第39页/共68页 第40页/共68页 n第6卦限：x=150-k n第7卦限：x=150+k n第8卦限：x=200-k 第41页/共68页 第42页/共68页 n 分速度慢，主要用于输入信号 频率不高或静态测量中。 第43页/共68页 只读存储器 减 计数锁存器 周期计数器 逻辑控制器 Asin Acos X Y 细分锁存器 加减 信

15、号 发生 器 加 /# /# D0 D6 D7 D8 D9 . . . . . . 只读存储器细分原理图 第44页/共68页 第45页/共68页 l 两路相位差为90的正、余弦模拟信号u1=Asin、 u2=Acos分别送入两个模/数转换器。 l 模/数转换器一般采用8位高速型模/数转换器，即能以 超过每秒105次的转换速度工作，保障具有较好地连续 处理模拟信号的能力。 l 经模/数转换器后，两路模拟信号被转换成对应的二进 制数字信号X和Y，数值在0-255之间变化，其中，值 128对应着输入信号的零电平。X、Y与角度的关系 如图所示， 第46页/共68页 0 128 255X Y 255 1

16、28 图 模/数转换结果与对应角度的关系 )128( 128 128 arctg )128,128( 2 3 )128,128( 2 )128,128( 128 128 arctg2 )128,128( 128 128 arctg X X Y YX YX YX X Y YX X Y 可以由下式求得： 第47页/共68页 l X和Y的字长均为8位，分别接在只读存储器的高8位和低8 位地址线上。 l 只读存储器具有216个字节存储单元，16位地址线作为输 入，一个8位数据口作为输出。 l X、Y的每一个组合都对应着只读存储器的一个16位地址 ， l 在不同地址的内存单元上，固化着0-255的每一个

17、二进 制数字信号值，固化值为X、Y对应的值再乘以256/(2) ，经取整后得到的整数值。 l 当地址选通时，只读存储器的固化内容就会出现在它的输 出口上， l 输入信号u1、u2正向(或者反向)变化一个周期，输出口的 数据也会从0变到255(或者255变到0)变化一个周期。这 样就实现了对u1、u2周期的256细分。 l 只读存储器结果通过细分锁输出。 第48页/共68页 l 整周期的计数是通过对细分锁存器最高两位D6、D7的处 理实现的。 l 当信号值从255增加时，两个最高位从11变换为00。反 之，当信号从0开始减少时，这两位从00变为11。 l 每一次这样的转换都经加减信号发生器，产生

18、加计数或者 减计数脉冲，使周期计数器进行相应的计数。计数值在逻 辑控制器的控制下被送到计数锁存器。细分锁存器每变化 256个数，就会引起计数锁存器变化1个数。这种设计使 它们的二进制输出能直接地串成总值，而无需进行变换运 算逻辑控制器的作用是协调各个器件的运行时间和次序。 第49页/共68页 l 每一个周期从启动模/数转换器开始，待转换完毕选通只 读存储器，紧接着启动细分锁存器，待加减计数器完成更 新后，同时启动两个锁存器，细分数据和周期计数值同时 出现在输出口上，完成一个周期。然后再启动模/数转换 器，如此周而复始输出数值信号。 l 在一个周期中，通常大部分时间用于等待模/数转换，虽 然采用

19、高速模/数器，但目前受器件的限制，一般也需要 lus左右完成一次转换，而其它操作仅需几十个纳秒左右 即可完成。 l 总起来说，只读存储器细分速度较快，可满足几十千赫兹 到上百千赫兹信号细分的要求 l 电路细分数较高，简单，具有广泛的应用前景。 第50页/共68页 xi- xF xF 比较器 F Ks xo - + N xi 图7-11 平衡式细分原理图 第51页/共68页 Fx x K 1 i o F 闭环系统的灵敏度 第52页/共68页 j ， W为标尺节距。 第53页/共68页 鉴相电路 移位脉冲门 相对相位 基准分频器 显示电路 放大 整形 umsin(t+j) d j-d 移相脉冲 图712相位跟踪细分框图 第54页/共68页 第55页/共68页 Ud UX & & & & & Uc Uj Ud DG1 Uc Uj DG2 DG3 DG4 DG5FX FX a) Uj Ud Uc DG1 DG2 Ux Fx Uj Ud Uc DG1 DG2 Ux Fx b)c) 此鉴相电路没有门槛，会有在平衡点附近振摆跟踪的问题 图13鉴相电路 a) 电路图 b) 正向波形图 c) 反向波形图 第56页/共68页 Ud UX & & & & & Uc Uj Ud DG1 Uc Uj DG2 DG3 DG4 DG5 FX FX Uj Ud R R C C a) Uj Uj Ud