信号细分与辩向电路课件

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1、测控电路第七章第七章 信号细分与辨向电路信号细分与辨向电路第一节第一节 四细分辨向电路四细分辨向电路第二节第二节 电阻链分相细分电阻链分相细分第三节第三节 微型计算机细分微型计算机细分第四节第四节 只读存储器细分只读存储器细分第五节第五节 平衡补偿式细分电路平衡补偿式细分电路思考题思考题返 回上一页下一页测控电路电路细分原因：测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现对位移的测量，若单纯对信号的周期进行计数, 则仪器的分辨力就是一个信号周期所对应的位移量。为了提高仪器的分辨力，就需要使用细分电路。返 回上一页下一页测控电路细分的基本原理：细分的基本原理： 根根据据周周期期性性测测量量信信号号

2、的的波波形形、振振幅幅或或者者相相位位的的变变化化规规律律，在在一一个个周周期期内内进进行行插插值值，从从而而获获得得优优于于一个信号周期的更高的分辨力。一个信号周期的更高的分辨力。又称又称插补器插补器。信号信号的共同特点：的共同特点： 信号具有信号具有周期性周期性，信号每变化一个周期就对应着空间，信号每变化一个周期就对应着空间上一个固定位移量。上一个固定位移量。返 回上一页下一页测控电路辨向： 由于位移传感器一般允许在正、反两个方向移动，在进行计数和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向的问题。返 回上一页下一页测控电路第一节第一节 四细分辨向电路四细分辨向电路输入信号：输入信号：具有一定相位差

3、具有一定相位差( (通常为通常为9090 ) )的两路方波信号。的两路方波信号。细分原理：细分原理：对两路方波的突变沿进行处理（一个周期有两个突变沿），对两路方波的突变沿进行处理（一个周期有两个突变沿）， 提取四个突变沿，实现四细分。提取四个突变沿，实现四细分。辨向原理：辨向原理：根据两路方波相位的相对超前和滞后的关系作为判别依据。根据两路方波相位的相对超前和滞后的关系作为判别依据。 WBYOVBVAVAVBVAVB返 回上一页下一页VAVB测控电路DG7&UO1DG5UO2DG10R1&1&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6AABBBBBAAAA1

4、BBBAAAABBB1图7-2 单稳四细分辨向电路 AABB测控电路原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分00-1R1&A1DG1C1DG3A0101101-01-0返 回上一页下一页A单稳AB单稳BA单稳AB单稳B异或四细分输出测控电路&UO1DG5AABBA1B AB &UO2DG10AABBA1B AB BABUo1Uo2AABBABUo1Uo2AAB正向时反向时返 回上一页下一页测控电路辨向原理：辨向原理：正向：正向：Uo1Uo1有有4 4细分脉冲输出，细分脉冲输出，Uo2Uo2始终为高电平始终为高电平反向：反向：Uo1Uo1始终为

5、高电平，始终为高电平，Uo2Uo2有有4 4细分脉冲输出细分脉冲输出可可逆逆计计数数器器U Uo1o1U Uo2o2实际位移情况实际位移情况返 回上一页下一页测控电路输入信号：输入信号：两路两路正余弦正余弦交流信号。交流信号。 （频率相同但相位不同）（频率相同但相位不同）工作原理：工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，在电阻链的将正余弦信号施加在电阻链两端，在电阻链的各接各接点点上得到幅值和相位各不相同的电信号，上得到幅值和相位各不相同的电信号， 经经处理处理后（整形、后（整形、脉冲形成、逻辑组合电路），在一个周期内获得若干计数脉冲形成、逻辑组合电路），在一个周期内获得若干计数脉冲，实现细分

6、。脉冲，实现细分。 第二节第二节 电阻链分相细分电阻链分相细分返 回上一页下一页测控电路 设电阻链由电阻R1和R2串联而成，电阻链两端加有交流电压u1、u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost 。 u1 u2uo u2 R1R2uou1 输出电压的幅值与相位都与R1和R2的比值有关。 不同相的输出电压信号经电压比较器整形为方波，然后经逻辑电路处理即可实现细分。原理： 测控电路改变输入信号可改变象限：改变输入信号可改变象限： u1=Esin t，u2=Ecos t 0 90 ： u1=Ecos t ，u2=Esin t 90 180 ： u1=Esin t，u2=Ecos t 180 27

7、0： u1=Ecos t ，u2=Esin t 270 360 Esin tEcos tEsin tEcos t电阻细分桥（电阻细分桥（12细分）细分）返 回上一页下一页测控电路图7-6 36o108o18o0o162o90o54o72o144o126o56k33k18k24k18k24k56k33k24k33k56k18k33k24k18k56k12k12k123564131211981065411312118910EsintEcost-Esint-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N= = 1= = 1= = 1= = 1= = 123= = 1= = 1= = 1U

8、R电阻链五倍频电阻链五倍频细分电路细分电路返 回上一页下一页测控电路1231311131211356481098104 Esint五倍频细分电路的波形测控电路优点: 具有良好的动态特性,应用广泛缺点: 细分数越高所需的元器件数目也成比例地增加，使电路变得复杂，因此电阻链细分主要用于细分数不高的场合。返 回上一页下一页测控电路第三节 微型计算机细分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） 卦限图图7-8 微型计算机8细分 返 回上一页下一页输入信号：原始正余弦信号输入信号：原始正余弦信号u u1 1=A=Asinsin 和和u u2 2=

9、A=Acoscos 1 2 3 4 5 6 7 8u1u2tu测控电路卦限u1的极性u2的极性|u1|、|u2|大小1+|u1|u2|2+|u1|u2|3+|u1|u2|4+|u1|u2|5|u1|u2|6|u1|u2|7+|u1|u2|8+|u1|u2|返 回上一页下一页测控电路单个卦限内的细分：直接算反函数法：运算量大，占用CPU太多时间查表法：返 回上一页下一页测控电路tan =u=u1 1/u/u2 2cot =u=u2 2/u/u1 11 2 3 4 5 6 7 8t011 (0360)范围内的实际数值y： 第1卦限： yK 第2卦限：y2nK 第3卦限： y2n+K 第4卦限：y4

10、nK 第5卦限： y4n+K 第6卦限：y6nK 第7卦限： y6n+K 第8卦限：y8nK返 回上一页下一页90180270360n单卦限内的细分数K第1卦限查表所对应 的存储单元序列号测控电路查表法步骤：（以单卦限n=25细分为例）先固化tan表：（045）间的25个正切值（等分） tan 0 tan 1.8 tan 3.6 tan tan 43.2 第1单元 第2单元 第3单元 第K单元 第25单元采集输入信号u1和u2，判断卦限：若为1、4、5、8卦限则计算 ；若2、3、6、7卦限则计算 （ 令A计算结果）用查表程序查出A值落入第几单元（即得到K值）确定（0360）范围内的实际数值y：

11、 第1卦限： yK 第2卦限：y50K 第3卦限： y50+K 第4卦限：y100K 第5卦限： y100+K 第6卦限：y150K 第7卦限： y150+K 第8卦限：y200K确定实际位移量： 其中： X01个周期对应的实际位移 N可逆计数器得到的周期数返 回上一页下一页思考测控电路优点：优点：利用利用判别卦限判别卦限和和查表查表实现细分，相对来说减少了实现细分，相对来说减少了计算机运算时间，若直接算反函数，要化更多的时间；计算机运算时间，若直接算反函数，要化更多的时间；通过修改程序和正切表，很容易实现高的细分数。通过修改程序和正切表，很容易实现高的细分数。缺点：缺点：这种细分方法由于还需

12、要进行软件查表，细分速这种细分方法由于还需要进行软件查表，细分速度慢，主要用于输入信号频率不高或静态测量中。度慢，主要用于输入信号频率不高或静态测量中。返 回上一页下一页测控电路练习练习1 1、在光栅式位移测量系统中采用微机对其进行在光栅式位移测量系统中采用微机对其进行200200细分。细分。在某时刻测得两路正余弦信号输入信号为在某时刻测得两路正余弦信号输入信号为U U1 11.35V1.35V，U U2 22.67V2.67V，计数锁存器中的计数值为计数锁存器中的计数值为240240。求：这一时刻对应的实际位移量求：这一时刻对应的实际位移量X X。已知：光栅节距为W（1单元）tg1.800.

13、03，（2单元）tg3.600.06，（3单元）tg5.400.09， （4单元）tg7.200.13，（5单元）tg900.16， （6单元）tg10.800.19，（7单元）tg12.600.22，(8单元)tg14.400.26，（9单元）tg16.200.29，（10）tg1800.32， （11）tg19.800.36， （12）tg21.600.40，（13）tg23.400.43， （14）tg25.200.47， （15）tg2700.51，（16）tg28.800.55， （17）tg30.600.59， （18）tg32.400.64，（19）tg34.200.68， （2

14、0）tg3600.73， （21）tg37.800.78，（22）tg39.600.83， （23）tg41.400.88， （24）tg43.200.94，（25）tg4501.00返 回上一页下一页测控电路练习练习2、用光栅式角度测量系统测量电机轴的转角，传感器主光栅有用光栅式角度测量系统测量电机轴的转角，传感器主光栅有2000条刻线，被测轴的转速为条刻线，被测轴的转速为30转转/分钟。分钟。求仪器的固有分辨率？传感器输出光电信号的频率？求仪器的固有分辨率？传感器输出光电信号的频率？若采用微机对其进行若采用微机对其进行160细分。在某时刻测得光栅输出的两路正、余弦细分。在某时刻测得光栅输出

15、的两路正、余弦信号信号U12.5V，U21.5V，计数锁存器中的计数值为，计数锁存器中的计数值为100。 求：这时求：这时候电机转轴的实际转角。候电机转轴的实际转角。注：注：【（1单元）单元）tg0.00， （2单元）单元）tg2.2500.039， （3单元）单元）tg4.500.079， （4单元）单元）tg6.7500.118， （5单元）单元）tg9.00.158， （6单元）单元）tg11.2500.199，（7单元）单元）tg13.500.240， （8单元）单元）tg15.7500.282，（，（9单元）单元）tg18.00.325，（10单元）单元）tg20.2500.369，

16、 （11单元）单元）tg22.500.414，（12单元）单元）tg24.7500.461， （13单元）单元）tg27.00.510， （14单元）单元）tg29.2500.560， （15单元）单元）tg31.500.613，（16单元）单元）tg33.7500.668， （17单元）单元）tg36.00.727，（18单元）单元）tg38.2500.788， （19单元）单元）tg40.500.854， （20单元）单元）tg42.7500.924 】返 回上一页下一页测控电路第四节 只读存储器细分 只读存储器减计数锁存器周期计数器逻辑控制器AsinAcosY X细分锁存器加减信号发生

17、器加/#/#D0D6D7D8D9.图7-9 只读存储器细分原理图 返 回上一页下一页测控电路0 128 255XY255128 图7-10 模/数转换结果与对应角度的关系 返 回上一页下一页测控电路7.2 平衡补偿式细分电路平衡补偿式细分电路 平衡补偿式细分电路广泛应用于标尺节距大的感应同步器，也用于磁栅、光栅式仪器中。这这种种细细分分方方法法可可实实现现高高的细分数的细分数，例如2000，甚至10000。 平衡补偿式细分电路的相应速度一般比直传式细分电路的低，如果测量速度过快，就会发生跟踪不上，甚至失步的问题。为保证精度，必须限制测量速度。比较器F Ksxoxi-+NxFxi-xF门槛电压不

18、能太小2004051626信号细分与辩向电路测控电路n平衡补偿式细分电路平衡补偿式细分电路 相位跟踪细分7.2 平衡补偿式细分电路平衡补偿式细分电路2004051627信号细分与辩向电路测控电路 原理原理 7.2.1 相位跟踪细分相位跟踪细分 j调制相移角，j通常与被测位移x成正比， j=2x/W，W为标尺节距。 相位跟踪细分属于平衡式细分，它的输入信号一般为相位调制信号：Um、 载波信号的振幅和角频率；2004051628信号细分与辩向电路测控电路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)dj-d移相脉冲图712相位跟踪细分框图 7.2.1 相位跟踪细分相位跟

19、踪细分2004051629信号细分与辩向电路测控电路 鉴相电路鉴相电路7.2.1 相位跟踪细分相位跟踪细分鉴相电路要做三方面的工作：n 确定偏差信号j-d是否超过门槛；n 输出与偏差信号相对应的方波脉宽信号n 确定j与d的导前、滞后关系，以确定滑尺移动方向， 也就是辨向 2004051630信号细分与辩向电路测控电路 UdUX&Uc Uj UdDG1Uj DG2DG3DG4DG5FXFXa)UjUdUcDG1DG2UxFxUjUdUcDG1DG2UxFxb)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。 Uc7.2.1 相位跟踪细分相位跟踪细分鉴相电路 2004051631信号细分与

20、辩向电路测控电路 UdUX&Uc Uj UdDG1Uj DG2DG3DG4DG5FXFXUj Uc UdRRCCa)UjUjUdUcDG1DG2UxFxb)UjUdUdUcDG1DG2UxFxc)有门槛的鉴相电路 Uj的上升滞后与Uj的上升。若Uj与Ud的相位差很小，在Uj到达开门电平前，Ud已经上跳，就不会形成相位差信号。2004051632信号细分与辩向电路测控电路加减脉冲改变d 原理图 a) 时钟脉冲b) 正常分频c) 减脉冲d) 使d延后e) 加脉冲f) 使d前移减脉冲加脉冲7.2.1 相位跟踪细分相位跟踪细分 相对相位基准和移相脉冲相对相位基准和移相脉冲2004051633信号细分与辩向电路测控电路n/4分频器二分频器 Uxn/2分频器相对相位基准移相脉冲门 Uc Ms去数显电路DFDG1DG3DG2UxUd&SRDC& f0 Fx 相对相位基准与移相脉冲 7.2.1 相位跟踪细分相位跟踪细分2004051634信号细分与辩向电路