張國(guó)雄版測(cè)控電路PPTChapter5

1、第七章 信號(hào)細(xì)分與辨向電路n概述n第一節(jié) 直傳式細(xì)分電路n第二節(jié) 平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路 n信號(hào)細(xì)分電路概念：信號(hào)細(xì)分電路概念：信號(hào)細(xì)分電路又稱(chēng)插補(bǔ)器信號(hào)細(xì)分電路又稱(chēng)插補(bǔ)器是采用電路的手段對(duì)周期性的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行插值提高儀器分辨力n信號(hào)的共同特點(diǎn)： 信號(hào)具有周期性，信號(hào)每變化一個(gè)周期就對(duì)應(yīng)著空間上一個(gè)固定位移量概概 述述n電路細(xì)分原因：測(cè)量電路通常采用對(duì)信號(hào)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)的方測(cè)量電路通常采用對(duì)信號(hào)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)位移的測(cè)量法實(shí)現(xiàn)對(duì)位移的測(cè)量若單純對(duì)信號(hào)的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)若單純對(duì)信號(hào)的周期進(jìn)行計(jì)數(shù), 則儀器的分則儀器的分辨力就是一個(gè)信號(hào)周期所對(duì)應(yīng)的位移量辨力就是一個(gè)信號(hào)周期所對(duì)應(yīng)的位移量為了提高儀器

2、的分辨力，就需要使用細(xì)分電為了提高儀器的分辨力，就需要使用細(xì)分電路路概概 述述概 述n細(xì)分的基本原理： 根據(jù)周期性測(cè)量信號(hào)的波形、振幅或者根據(jù)周期性測(cè)量信號(hào)的波形、振幅或者相位的變化規(guī)律，在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行相位的變化規(guī)律，在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行插插值，值，從而獲得優(yōu)于一個(gè)信號(hào)周期的更高從而獲得優(yōu)于一個(gè)信號(hào)周期的更高的分辨力的分辨力n辨向：辨向：由于位移傳感器一般允許在正、反兩個(gè)方向由于位移傳感器一般允許在正、反兩個(gè)方向移動(dòng)，在進(jìn)行計(jì)數(shù)和細(xì)分電路的設(shè)計(jì)時(shí)往往移動(dòng)，在進(jìn)行計(jì)數(shù)和細(xì)分電路的設(shè)計(jì)時(shí)往往要綜合考慮辨向的問(wèn)題要綜合考慮辨向的問(wèn)題概概 述述分類(lèi)：n按工作原理，可分為直傳式細(xì)分和按工作原理，可分為直傳

3、式細(xì)分和平衡補(bǔ)償式細(xì)分平衡補(bǔ)償式細(xì)分n按所處理的信號(hào)可分為調(diào)制信號(hào)細(xì)按所處理的信號(hào)可分為調(diào)制信號(hào)細(xì)分電路和非調(diào)制信號(hào)細(xì)分電路分電路和非調(diào)制信號(hào)細(xì)分電路概述xi x1 xo K1 K2 Kmx1 x2Ks=K1K2K3Km 第一節(jié)第一節(jié) 直傳式細(xì)分電路直傳式細(xì)分電路p 直傳式細(xì)分電路由若干環(huán)節(jié)串聯(lián)而成，圖 p 輸入量為xi，一般是來(lái)自位移傳感器的周期信號(hào)，以一對(duì)正、余弦信號(hào)或者相移為90的兩路方波最為常見(jiàn)p 輸出xo有多種形式:有時(shí)為頻率更高的脈沖或模擬信號(hào)， 有時(shí)為可供計(jì)算機(jī)直接讀取的數(shù)字信號(hào) p 中間環(huán)節(jié)完成從輸入到輸出的轉(zhuǎn)換，常由波形變換電路、比較器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和邏輯電路等組成 p 各

4、個(gè)環(huán)節(jié)都依次向末端傳遞信息，這就是直傳的意思 p 電路的結(jié)構(gòu)屬于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)總的靈敏度(也可稱(chēng)傳遞函數(shù))K，為各個(gè)環(huán)節(jié)靈敏度Kj( j = lm)之積： K Ks s=K=K1 1K K2 2K K3 3KKmm第一節(jié)第一節(jié) 直傳式細(xì)分電路直傳式細(xì)分電路p 由于直傳系統(tǒng)信號(hào)單向傳遞，故越在前面的環(huán)節(jié)，其輸入變動(dòng)量所引起的輸出的變動(dòng)量越大p 要保持系統(tǒng)的精度必須穩(wěn)定各環(huán)節(jié)的靈敏度，特別是減少靠近輸入端的環(huán)節(jié)的誤差p 一般來(lái)說(shuō)，直傳系統(tǒng)抗干擾能力較差，其精度低于平衡補(bǔ)償系統(tǒng)p 但由于直傳系統(tǒng)沒(méi)有反饋比較過(guò)程，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快，故有著廣泛的應(yīng)用 第一節(jié)第一節(jié) 直傳式細(xì)分電路直傳式細(xì)分電路n

5、由于Ks的變化和xj的存在會(huì)使達(dá)到相同xo所需的xi值發(fā)生變化，亦即使細(xì)分點(diǎn)的位置發(fā)生變化 mjjjxKxKx1sisoKsj xo對(duì)xj的靈敏度, Ksj=Kj+1Km 第一節(jié)第一節(jié) 直傳式細(xì)分電路直傳式細(xì)分電路n缺點(diǎn)：直傳系統(tǒng)抗干擾能力較差，其精度低于平衡補(bǔ)償系統(tǒng)n優(yōu)點(diǎn)：直傳系統(tǒng)沒(méi)有反饋比較過(guò)程，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快，有著廣泛的應(yīng)用 第一節(jié)第一節(jié) 直傳式細(xì)分電路直傳式細(xì)分電路n典型的細(xì)分電路典型的細(xì)分電路 四細(xì)分辨向電路四細(xì)分辨向電路 電阻鏈分相細(xì)分電阻鏈分相細(xì)分 微型計(jì)算機(jī)細(xì)分微型計(jì)算機(jī)細(xì)分 只讀存儲(chǔ)器細(xì)分只讀存儲(chǔ)器細(xì)分 第一節(jié)第一節(jié) 直傳式細(xì)分電路直傳式細(xì)分電路一、四細(xì)分辨向電路一

6、、四細(xì)分辨向電路n輸入信號(hào)：輸入信號(hào)：具有一定相位差具有一定相位差(通常為通常為90 )的兩路方波信號(hào)的兩路方波信號(hào)n細(xì)分的原理：細(xì)分的原理：基于基于2路方波在一個(gè)周期內(nèi)具有路方波在一個(gè)周期內(nèi)具有2個(gè)上升沿和個(gè)上升沿和2個(gè)個(gè)下降沿，通過(guò)對(duì)邊沿的處理實(shí)現(xiàn)下降沿，通過(guò)對(duì)邊沿的處理實(shí)現(xiàn)4細(xì)分細(xì)分n辨向：辨向：根據(jù)兩路方波相位的相對(duì)超前和滯后的關(guān)系作根據(jù)兩路方波相位的相對(duì)超前和滯后的關(guān)系作為判別依據(jù)為判別依據(jù) 一、單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路一、單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路 n原理：原理：利用單穩(wěn)提取兩路方波信號(hào)的邊沿實(shí)現(xiàn)利用單穩(wěn)提取兩路方波信號(hào)的邊沿實(shí)現(xiàn)四細(xì)分四細(xì)分圖7-2 單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路 DG7&UO1DG5UO

7、2DG10R1&1&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6AABBBBBAAAA1BBBAAAABBB1正向AB圖7-2 單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路 DG7&UO1DG5UO2DG10R1&1&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6AABBBBBAAAA1BBBAAAABBB1反向ABABUo1Uo2ABABUo1Uo2a) b)圖73l當(dāng)當(dāng)A發(fā)生正跳變時(shí)發(fā)生正跳變時(shí)，由非門(mén)由非門(mén)DG1、電阻、電阻R1、電容、電容C1和與門(mén)和與門(mén)DG3組成的單穩(wěn)組成的單穩(wěn)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)A，此時(shí)，此時(shí)/B為高電平，

8、與或非門(mén)為高電平，與或非門(mén)DG5 有計(jì)數(shù)脈沖輸出有計(jì)數(shù)脈沖輸出;由于由于B為低電平，與或非門(mén)為低電平，與或非門(mén)DG10無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出l當(dāng)當(dāng)B發(fā)生正跳變時(shí)，發(fā)生正跳變時(shí)，由非門(mén)由非門(mén)DG6、電阻、電阻R3、電容、電容C3和與門(mén)和與門(mén)DG8組成的單穩(wěn)組成的單穩(wěn)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)B，此時(shí)，此時(shí)A為高電平，為高電平，DG5有計(jì)有計(jì)數(shù)脈沖輸出，數(shù)脈沖輸出， DG10仍無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出仍無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出l當(dāng)當(dāng)A發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，由非門(mén)由非門(mén)DG2、電阻、電阻R2、電容、電容C2和與門(mén)和與門(mén)DG4組成的單穩(wěn)組成的單穩(wěn)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)/A，此時(shí)

9、，此時(shí)B為高電平，與或非門(mén)為高電平，與或非門(mén)DG5有計(jì)數(shù)脈沖輸出，有計(jì)數(shù)脈沖輸出， DG10無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出l當(dāng)當(dāng)B發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，由非門(mén)由非門(mén)DG5、電阻、電阻R4、電容、電容C4和與和與 DG9組成的單穩(wěn)觸組成的單穩(wěn)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)/B，此時(shí)，此時(shí)/A為高電平，為高電平，DG5有計(jì)有計(jì)數(shù)脈沖輸數(shù)脈沖輸 出，出， DG10無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出在正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，在正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，DG5DG5在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)依次輸出在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)依次輸出AA、BB、/A/A、/B/B四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)了四細(xì)分四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)了四細(xì)分n同樣的方法可以分析在傳感器反

10、向運(yùn)動(dòng)時(shí)，同樣的方法可以分析在傳感器反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，DG5無(wú)脈沖輸無(wú)脈沖輸出，出，DG10有四個(gè)脈沖輸出。同樣實(shí)現(xiàn)了四細(xì)分有四個(gè)脈沖輸出。同樣實(shí)現(xiàn)了四細(xì)分nDG5、DG10隨運(yùn)動(dòng)方向的改變交替輸出脈沖，隨運(yùn)動(dòng)方向的改變交替輸出脈沖，輸出信號(hào)輸出信號(hào)Uo1、Uo2可直接送入可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，可直接送入可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)辨向計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)辨向計(jì)數(shù)n典型可逆計(jì)數(shù)器如典型可逆計(jì)數(shù)器如74LS194 HCTL-20XX系列四細(xì)分辨向電路 圖7-4 HCTL-20XX系列集成電路細(xì)分原理圖 CLKCK 數(shù)字濾波器施密特觸發(fā)器CH ACH B計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)方向計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)方向Q0-Q11,15 四細(xì)分辨向電路 12/1

11、6位可逆計(jì)數(shù)器Q0-Q7Q0-Q11,15D0-D11,15INH12/16位 鎖存器B0-B7A0-A7 SEL OE888D0-D7細(xì)分脈沖計(jì)數(shù)方向級(jí)聯(lián)脈沖 U/D CNTCASHCTL-2020具有的功能多路切換器三態(tài)緩沖器SELOE禁止邏輯*HCTL-2000中A4-A7接地CNTDECRHCTL-20XX系列是HP公司生產(chǎn)的細(xì)分辨向電路 包括HCTL-2000、HCTL-2016和HCTL-2020三種功能相近的芯片，四細(xì)分和辨向功能具有抗干擾設(shè)計(jì)，并將可逆計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)在芯片上芯片的集成度高，可大大簡(jiǎn)化外圍電路的設(shè)計(jì) CLK為芯片外接工作時(shí)鐘，經(jīng)施密特觸發(fā)器改善波形后成為CK,用作芯片

12、內(nèi)部的時(shí)鐘 傳感器的兩方波信號(hào)輸入端CHA、CHB 為了提高芯片的抗干擾能力，輸入信號(hào)首先經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器和數(shù)字濾波器的預(yù)處理預(yù)處處理后的信號(hào)經(jīng)四細(xì)分辨向電路產(chǎn)生一路計(jì)數(shù)脈沖和一路方向控制信號(hào)，它們被送入內(nèi)部可逆計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)器為12位(HCTL-2000)或16位(HCTL-2016/2020） 計(jì)數(shù)值通常在CLK的上升沿被鎖存到后面的鎖存器，鎖存數(shù)據(jù)同樣為12位或者16位 為了能夠與常用的8位數(shù)據(jù)總線按口，12位或者16位鎖存數(shù)據(jù)又經(jīng)過(guò)一多 切換器轉(zhuǎn)換為高、低兩個(gè)8位字節(jié)，由SEL端控制分時(shí)輸出 切換器具有三態(tài)輸出緩沖機(jī)構(gòu)，可以直接掛在外部數(shù)據(jù)總線上，由OE控制數(shù)據(jù)的讀取 為了防止在讀取高、

13、低字節(jié)的間隙鎖存器內(nèi)密發(fā)生變化，以免讀取的高、低字節(jié)互不對(duì)應(yīng)，芯片設(shè)有一禁止邏輯當(dāng)讀取高字節(jié)時(shí)，啟動(dòng)禁止邏輯，使鎖存器數(shù)值保持不變但這并不影響計(jì)數(shù)器照常計(jì)數(shù)，直到讀取低字節(jié)后，禁止邏輯才得以解除，鎖存器恢復(fù)正常鎖存n主要實(shí)現(xiàn)對(duì)正余弦模擬信號(hào)的細(xì)分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)正余弦模擬信號(hào)的細(xì)分 n工作原理：工作原理：將正余弦信號(hào)施加在電阻鏈兩端將正余弦信號(hào)施加在電阻鏈兩端在電阻鏈的接點(diǎn)上得到幅值和相位各不相同在電阻鏈的接點(diǎn)上得到幅值和相位各不相同的電信號(hào)的電信號(hào)這些信號(hào)經(jīng)整形、脈沖形成后，就能在正余這些信號(hào)經(jīng)整形、脈沖形成后，就能在正余弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)獲得若干計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)獲得若干計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)

14、現(xiàn)細(xì)分現(xiàn)細(xì)分 二、電阻鏈分相細(xì)分二、電阻鏈分相細(xì)分1. 原理原理 u1 u2uo u2 R1R2uou1211RRER212RRER設(shè)電阻鏈由電阻設(shè)電阻鏈由電阻R1和和R2串聯(lián)而成，電阻鏈兩端加有串聯(lián)而成，電阻鏈兩端加有交流電壓交流電壓u1、u2，其中，其中，u1=Esin t，u2=Ecos t 圖7-5 電阻鏈分相細(xì)分a) 原理圖 b) 矢量圖 一般總結(jié)：一般總結(jié)：l輸入的正余弦信號(hào)經(jīng)電阻鏈運(yùn)算電路線性疊加后，輸入的正余弦信號(hào)經(jīng)電阻鏈運(yùn)算電路線性疊加后，得到一相位移為得到一相位移為 的輸出信號(hào)的輸出信號(hào) l改變改變R1R1和和R2R2的比值，可獲得具有不同相位的輸出的比值，可獲得具有不同相

15、位的輸出信號(hào)。同時(shí)也改變了輸出電壓幅值信號(hào)。同時(shí)也改變了輸出電壓幅值Uom Uom l相位移只能在相位移只能在0 09090范圍內(nèi)變化范圍內(nèi)變化 為獲得為獲得0 0360360范圍內(nèi)的移相信號(hào)，可采用圖所范圍內(nèi)的移相信號(hào)，可采用圖所示電阻移相電路示電阻移相電路36o108o18o0o162o90o54o72o144o126o56k33k18k24k18k24k56k33k24k33k56k18k33k24k18k56k12k12k123564131211981065411312118910EsintEcost-Esint-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N= = 1=

16、= 1= = 1= = 1= = 123= = 1= = 1= = 1UR2. 2. 電阻鏈五倍頻細(xì)電阻鏈五倍頻細(xì)分電路分電路由電阻移相網(wǎng)絡(luò)、比較器和邏輯電路三部分組成。電阻移絡(luò)在第一、二象限內(nèi)給出的移相角分別為0、18、36、54、72、90、108、126、144、162 的10路移相信號(hào)。移相電阻的取值滿足上面的角度關(guān)系式。并盡可能兼顧到電阻系列的際稱(chēng)阻值，實(shí)際取值分別為：l8k、24k、33k、和56k四種。電壓比較器將10路移相信號(hào)與參考電平UR相比較，將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)。電壓比較器一般接成施密特觸發(fā)電路的形式，從比較器得到的10路方波信號(hào)再經(jīng)過(guò)異或門(mén)邏輯組合電路，在3和4端獲

17、得兩路相位差為90的五倍頻方波信號(hào)，邏輯電路的工作波形見(jiàn)圖 施密特觸發(fā)電路上升沿和下降沿的觸發(fā)點(diǎn)具有不間的觸發(fā)電平，這個(gè)電平差稱(chēng)為叫回差電壓(差壓)讓回差電壓大于信號(hào)中的噪聲幅值，可避免比較器在觸發(fā)點(diǎn)附近因噪聲來(lái)回翻轉(zhuǎn)回差電壓越大，抗干擾能力越強(qiáng)，但回差電壓的存在使比較器的觸發(fā)點(diǎn)不可避免地偏離理想觸發(fā)位置，造成誤差因此回差電壓的選取應(yīng)該兼顧抗干擾和精度兩方面的因素電阻鏈分相細(xì)分電阻鏈分相細(xì)分1231311131211356481098104 Esintn優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 具有良好的動(dòng)態(tài)特性具有良好的動(dòng)態(tài)特性,應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛n缺點(diǎn)缺點(diǎn): 細(xì)分?jǐn)?shù)越高所需的元器件數(shù)目也成比例地增加，細(xì)分?jǐn)?shù)越高所需的元器

18、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)分主要用于細(xì)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)不高的場(chǎng)合分?jǐn)?shù)不高的場(chǎng)合二、電阻鏈分相細(xì)分二、電阻鏈分相細(xì)分原始正交信號(hào)u1=Asin和u2=Acos作為輸入 1 2 3 4 5 6 7 8u1u2辨向電路可逆計(jì)數(shù)器數(shù)字計(jì)算機(jī)Acos 過(guò)零比較器/#/# 顯示電路Asina） 電路原理圖 b） 卦限圖三、微三、微型計(jì)算機(jī)細(xì)分型計(jì)算機(jī)細(xì)分 p原理：原理：兩路原始正交輸入信號(hào)：兩路原始正交輸入信號(hào)： 一方面經(jīng)比較器變?yōu)榉讲?、送入辨向?jì)數(shù)電路，一方面經(jīng)比較器變?yōu)榉讲?、送入辨向?jì)數(shù)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)整周期的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)整周期的計(jì)數(shù) 另一方面，分

19、別經(jīng)各自的模另一方面，分別經(jīng)各自的模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量變?yōu)閿?shù)字量，再由接口電路進(jìn)入微機(jī)進(jìn)行細(xì)分變?yōu)閿?shù)字量，再由接口電路進(jìn)入微機(jī)進(jìn)行細(xì)分( (周期內(nèi)細(xì)分周期內(nèi)細(xì)分) ) 微機(jī)通過(guò)判別兩信號(hào)的極性和絕對(duì)值的大小，實(shí)微機(jī)通過(guò)判別兩信號(hào)的極性和絕對(duì)值的大小，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)8 8細(xì)分細(xì)分卦限卦限u1的極性的極性u(píng)2的極性的極性|u1|、|u2|大小大小1+|u1| |u2|3+-|u1| |u2|4+-|u1| |u2|5-|u1| |u2|7-+|u1| |u2|8-+|u1| |u2|把一個(gè)信號(hào)分為把一個(gè)信號(hào)分為8個(gè)個(gè)區(qū)間，或稱(chēng)卦限，每區(qū)間，或稱(chēng)卦限，每卦卦458個(gè)卦限中兩信號(hào)的個(gè)卦限中

20、兩信號(hào)的極性和絕對(duì)值大小極性和絕對(duì)值大小: 三、微型計(jì)算機(jī)細(xì)分三、微型計(jì)算機(jī)細(xì)分n微機(jī)按上表的內(nèi)容就可判別信號(hào)所在的封限，微機(jī)按上表的內(nèi)容就可判別信號(hào)所在的封限，也就實(shí)現(xiàn)了也就實(shí)現(xiàn)了8細(xì)分細(xì)分n在一個(gè)卦限內(nèi)，按信號(hào)絕對(duì)值比值大小可再實(shí)在一個(gè)卦限內(nèi)，按信號(hào)絕對(duì)值比值大小可再實(shí)現(xiàn)若干細(xì)分現(xiàn)若干細(xì)分再細(xì)分再細(xì)分n在1、4、5、8卦限用|tg|，|u1|u2|n上述卦限中的|tg|值或|ctg|值都在兩信號(hào)兩信號(hào)|u1|、|u2|比值：比值：再細(xì)分再細(xì)分n因而可用0-45間的|tg|值或|ctg|值來(lái)表示 n這樣，可計(jì)算機(jī)中固化一個(gè)表n如果每卦細(xì)分?jǐn)?shù)為N(本例N=25)，則用N個(gè)存儲(chǔ)單元固化0-45間

21、N個(gè)正切值 再細(xì)分再細(xì)分n如果某存儲(chǔ)單元是正切表的第k個(gè)單元，則相位角對(duì)應(yīng)的細(xì)分?jǐn)?shù)x， 由下列公式?jīng)Q定: n第第1卦限：卦限：x=kn第第2卦限：卦限：x=50-kn第第3卦限：卦限：x=50+kn第第4卦限：卦限：x=100-kn第第5卦限：卦限：x=100+kn第第6卦限：卦限：x=150-kn第第7卦限：卦限：x=150+kn第第8卦限：卦限：x=200-k再細(xì)分再細(xì)分n然后計(jì)算x對(duì)應(yīng)的被測(cè)量，也就實(shí)現(xiàn)了細(xì)分微型計(jì)算機(jī)細(xì)分微型計(jì)算機(jī)細(xì)分優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n利用判別卦限和查表實(shí)現(xiàn)細(xì)分，相對(duì)來(lái)說(shuō)減少了計(jì)算機(jī)運(yùn)算時(shí)間，若直接算反函數(shù)或，要化更多的時(shí)間；通過(guò)修改程序和正切表，很容易實(shí)現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)缺點(diǎn)：

22、缺點(diǎn)：n由于還需要進(jìn)行軟件查表，細(xì)分速度慢，主要用于輸入信號(hào)頻率不高或靜態(tài)測(cè)量中四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分 只讀存儲(chǔ)器減計(jì)數(shù)鎖存器周期計(jì)數(shù)器邏輯控制器AsinAcosYX細(xì)分鎖存器加減信號(hào)發(fā)生 器加/#/#D0D6D7D8D9.只讀存儲(chǔ)器細(xì)分原理圖 四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分 YX四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分 l兩路相位差為90的正、余弦模擬信號(hào)u1=Asin、u2=Acos分別送入兩個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器l模/數(shù)轉(zhuǎn)換器一般采用8位高速型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，即能以超過(guò)每秒105次的轉(zhuǎn)換速度工作，保障具有較好地連續(xù)處理模擬信號(hào)的能力l經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器后，兩路模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)

23、制數(shù)字信號(hào)X和Y，數(shù)值在0-255之間變化，其中，值128對(duì)應(yīng)著輸入信號(hào)的零電平。X、Y與角度的關(guān)系如圖所示 0 128 255XY255128 圖 模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果與對(duì)應(yīng)角度的關(guān)系 )128(128128arctg)128,128(23)128,128(2)128,128(128128arctg2)128,128(128128arctgXXYYXYXYXXYYXXY 可以由下式求得：四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分 lX和Y的字長(zhǎng)均為8位，分別接在只讀存儲(chǔ)器的高8位和低8位地址線上l只讀存儲(chǔ)器具有216個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元，16位地址線作為輸入，一個(gè)8位數(shù)據(jù)口作為輸出lX、Y的每一個(gè)組合都對(duì)應(yīng)著

24、只讀存儲(chǔ)器的一個(gè)16位地址，l在不同地址的內(nèi)存單元上，固化著0-255的每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)值，固化值為X、Y對(duì)應(yīng)的值再乘以256/(2)，經(jīng)取整后得到的整數(shù)值l當(dāng)?shù)刂愤x通時(shí)，只讀存儲(chǔ)器的固化內(nèi)容就會(huì)出現(xiàn)在它的輸出口上l輸入信號(hào)u1、u2正向(或者反向)變化一個(gè)周期，輸出口的數(shù)據(jù)也會(huì)從0變到255(或者255變到0)變化一個(gè)周期。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)u1、u2周期的256細(xì)分l只讀存儲(chǔ)器結(jié)果通過(guò)細(xì)分鎖存器輸出四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分 l整周期的計(jì)數(shù)是通過(guò)對(duì)細(xì)分鎖存器最高兩位D6、D7的處理實(shí)現(xiàn)的l當(dāng)信號(hào)值從255增加時(shí)，兩個(gè)最高位從11變換為00。反之，當(dāng)信號(hào)從0開(kāi)始減少時(shí)，這兩位從00

25、變?yōu)?1l每一次這樣的轉(zhuǎn)換都經(jīng)加減信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生加計(jì)數(shù)或者減計(jì)數(shù)脈沖，使周期計(jì)數(shù)器進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)數(shù)l計(jì)數(shù)值在邏輯控制器的控制下被送到計(jì)數(shù)鎖存器l細(xì)分鎖存器每變化256個(gè)數(shù)，就會(huì)引起計(jì)數(shù)鎖存器變化1個(gè)數(shù)這種設(shè)計(jì)使它們的二進(jìn)制輸出能直接地串成總值，而無(wú)需進(jìn)行變換運(yùn)算邏輯控制器的作用是協(xié)調(diào)各個(gè)器件的運(yùn)行時(shí)間和次序四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分四、只讀存儲(chǔ)器細(xì)分 l每一個(gè)周期從啟動(dòng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器開(kāi)始，待轉(zhuǎn)換完畢選通只讀存儲(chǔ)器，緊接著啟動(dòng)細(xì)分鎖存器，待加減計(jì)數(shù)器完成更新后，同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)鎖存器，細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)和周期計(jì)數(shù)值同時(shí)出現(xiàn)在輸出口上，完成一個(gè)周期。然后再啟動(dòng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，如此周而復(fù)始輸出數(shù)值信號(hào)l在一個(gè)周期中，通常大部

26、分時(shí)間用于等待模/數(shù)轉(zhuǎn)換，雖然采用高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，但目前受器件的限制，一般也需要lus左右才能完成一次轉(zhuǎn)換，而其它操作僅需幾十個(gè)納秒左右即可完成l總起來(lái)說(shuō)，只讀存儲(chǔ)器細(xì)分速度較快，可滿足幾十千赫茲到上百千赫茲信號(hào)細(xì)分的要求l電路細(xì)分?jǐn)?shù)較高，簡(jiǎn)單，具有廣泛的應(yīng)用前景end xi- xF xF比較器F Ksxo-+Nxi第二節(jié) 平衡補(bǔ)償式細(xì)分 圖7-11 平衡式細(xì)分原理圖 FxxK1ioF閉環(huán)系統(tǒng)的靈敏度一、相位跟蹤細(xì)分 n1 原理 uj=umsin(t+j) （7-9） um、 載波信號(hào)的振幅和角頻率； j調(diào)制相移角，j通常與被測(cè)位移x成正比，j=2x/W，W為標(biāo)尺節(jié)距鑒相電路移位脈沖門(mén) 相對(duì)

27、相位基準(zhǔn)分頻器顯示電路放大整形umsin(t+j)dj-d移相脈沖圖712相位跟蹤細(xì)分框圖 2. 鑒相電路鑒相電路要做三方面的工作：鑒相電路要做三方面的工作：n 確定偏差信號(hào)確定偏差信號(hào) j- d是否超過(guò)門(mén)檻；是否超過(guò)門(mén)檻；n 輸出與偏差信號(hào)相對(duì)應(yīng)的方波脈寬信號(hào)輸出與偏差信號(hào)相對(duì)應(yīng)的方波脈寬信號(hào)n確定確定 j與與 d的導(dǎo)前、滯后關(guān)系，以確定滑尺移的導(dǎo)前、滯后關(guān)系，以確定滑尺移動(dòng)方向，也就是辨向動(dòng)方向，也就是辨向 UdUX&Uc Uj UdDG1Uc Uj DG2DG3DG4DG5FXFXa)UjUdUcDG1DG2UxFxUjUdUcDG1DG2UxFxb)c)此鑒相電路沒(méi)有門(mén)檻，會(huì)有在平衡點(diǎn)

28、附近振擺跟蹤的問(wèn)題 圖13鑒相電路a) 電路圖 b) 正向波形圖 c) 反向波形圖 UdUX&Uc Uj UdDG1Uc Uj DG2DG3DG4DG5FXFXUj Ud RRCCa)UjUjUdUcDG1DG2UxFxUjUdUdUcDG1DG2UxFxb)c)圖7-14 有門(mén)檻的鑒相電路a) 電路圖 b) 正向波形圖 c) 反向波形圖 3. 相對(duì)相位基準(zhǔn)和移相脈沖門(mén) 圖7-15 加減脈沖改變d 原理圖 a) 時(shí)鐘脈沖b) 正常分頻c) 減脈沖d) 使d延后e) 加脈沖f) 使d前移減脈沖加脈沖n/4分頻器二分頻器 Uxn/2分頻器相對(duì)相位基準(zhǔn)移相脈沖門(mén) Uc Ms去數(shù)顯電路DFDG1DG3DG2UxUd&SRDC& f0 Fx 圖7-16 相對(duì)相位基準(zhǔn)與移相脈沖 4測(cè)量速度 動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)（指在部件移動(dòng)過(guò)程中就要讀出它的位動(dòng)