第七章 细分电路
测控电路习题详解
测控电路习题详解第一章绪论 (2)第二章信号放大电路 (7)第四章信号分离电路 (14)第五章信号运算电路 (25)第六章信号转换电路 (29)第七章信号细分与辨向电路 (34)第一章绪论1-1为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技术？为了获得高质量的产品，必须要求机器按照给定的规程运行。
例如，为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件，机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。
为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。
为了做到这些，必须对机器的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，控制它，使它按规定的要求运行。
为了保证产品质量，除了对生产过程的检测与控制外，还必须对产品进行检测。
这一方面是为了把好产品质量关，另一方面也是为了检测机器与生产过程的模型是否准确，是否在按正确的模型对机器与生产过程进行控制，进一步完善对生产过程的控制。
生产效率一方面与机器的运行速度有关，另一方面取决于机器或生产系统的自动化程度。
为了使机器能在高速下可靠运行，必须要求机器本身的质量高，其控制系统性能优异。
要做到这两点，还是离不开测量与控制。
产品的质量离不开测量与控制，生产自动化同样一点也离不开测量与控制。
特别是当今时代的自动化已不是本世纪初主要靠凸轮、机械机构实现的刚性自动化，而是以电子、计算机技术为核心的柔性自动化、自适应控制与智能化。
越是柔性的系统就越需要检测。
没有检测，机器和生产系统就不可能按正确的规程自动运行。
自适应控制就是要使机器和系统能自动地去适应变化了的内外部环境与条件，按最佳的方案运行，这里首先需要的是对外部环境条件的检测，检测是控制的基础。
智能化是能在复杂的、变化的环境条件下自行决策的自动化，决策的基础是对内部因素和外部环境条件的掌握，它同样离不开检测。
1-2试从你熟悉的几个例子说明测量与控制技术在生产、生活与各种工作中的广泛应用。
步进电机细分驱动电路及原理
步进电机细分驱动电路及原理步进电机细分驱动电路及原理细分原理分析步进电机驱动线路,如果按照环形分配器决定的分配方式,控制电动机各相绕组的导通或截止,从而使电动机产生步进所需的旋转磁势拖动转子步进旋转,则步距角只有二种,即整步工作或半步工作,步距角已由电机结构所确定。
如果要求步进电机有更小的步距角,更高的分辨率,或者为了电机振动、噪声等原因,可以在每次输入脉冲切换时,只改变相应绕组中额定的一部分,则电机的合成磁势也只旋转步距角的一部分,转子的每步运行也只有步距角的一部分。
这里,绕组电流不是一个方波,而是阶梯波,额定电流是台阶式的投入或切除,电流分成多少个台阶,则转子就以同样的次数转过一个步距角,这种将一个步距角细分成若干步的驱动方法,称为细分驱动。
在国外,对于步进系统,主要采用二相混合式步进电机及相应的细分驱动器。
但在国内,广大用户对“细分”还不是特别了解,有的只是认为,细分是为了提高精度,其实不然,细分主要是改善电机的运行性能。
由于细分驱动器要精确控制电机的相电流,所以对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求,成本亦会较高。
图3 给出了三相步进电机八细分时的各相电流状态。
由于各相电流是以1P4 的步距上升或下降的,原来一步所转过的角度θ将由八步完成,实现了步距角的八细分。
由此可见,步进电机细分驱动的关键在于细分步进电机各相励磁绕组中的电流。
步进电机细分驱动电路为了对步进电机的相电流进行控制,从而达到细分步进电机步距角的目的,人们曾设计了很多种步进电机的细分驱动电路。
随着微型计算机的发展,特别是单片计算机的出现,为步进电机的细分驱动带来了便利。
目前,步进电机细分驱动电路大多数都采用单片微机控制,它们的构成框图如图4所示。
单片机根据要求的步距角计算出各相绕组中通过的电流值,并输出到数模转换器(DPA)中,由DPA 把数字量转换为相应的模拟电压,经过环形分配器加到各相的功放电路上,控制功放电路给各相绕组通以相应的电流,来实现步进电机的细分。
第七章 细分电路解读
• 1、原理
–输入信号
• SIN、COS信号
–将SIN、COS信号施加在电阻链两端
• 在电阻链接点上得到不同相位与幅度的信号
–整形
• 在输入信号的一个周期中得到若干计数脉冲信号
u2
R2
uo u1
R1
u2
R2
u2
uo
uo
u1
R1
ER1 R1 R 2
φ u1
a）原理图
ER 2 R1 R 2
b）矢量图
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
uo R2 E sin t /( R1 R2 ) R1 E cost /( R1 R2 )
2 U om E R12 R2 /( R1 R2 )
arct an( R1 / R2 ) uo U om sin(t )
概述
• 信号细分电路概念： 信号细分电路又称插补器，是采用电路的手段对 周期性的测量信号进行插值提高仪器分辨力。 • 信号的共同特点： 信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空 间上一个固定位移量。 • 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。
第七章
信号细分与辨向电路
功能
• 提高分辨力
• 对周期性测量信 号进行插值
§7.1 直传式细分电路
–四细分辨向电路 –电阻链分相细分 –微型计算机细分 –只读存储器细分
• 识别运动方向
• 识别测量信号的 相位
§7.2 平衡补偿式细分
信号细讲义分与辩向电路
u1
R1
u1
ER 2 R1 R2
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。
测控电路
改变输入信号可改变象限：
Ⅰ： u1=Esin t，u2=Ecos t Ⅱ： u1=Ecos t ，u2=－Esin t Ⅲ： u1=－Esin t，u2=－Ecos t Ⅳ： u1=－Ecos t ，u2=Esin t
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），
提取四个突变沿，实现四细分。
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。
Y B
O
VA’
VB
VB’
VA
W
BW
VA
VA
VB
VB
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测控电路
1 A
DG1
1 B
DG6
DG3 & A
R1
C1
A
& A
R2
C2 DG4
1
A
DG2
DG8
& B
R3
C3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
& B
C4 DG9 R4
1
B
DG7
B & ≥1 A B & A A & B A & B DG5
A & ≥1 B B & A A & B
& A B
DG10
-
UO1 图 7 2 单 稳 四 细 分 辨 向 电
UO2 路
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
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测控的电路-信号细分和辩向第七章第一部分
细分电路的应用范围？
面向光栅, 感应同步器, 磁栅,容栅和激光干涉仪等 设备输出的周期信号
细分电路的分类？
•按工作原理分：直传式和平衡补偿式细分
•按处理信号分：调制信号和非调制信号细分
2
什么是辨向？为什么要辨向？
辨向：辨别机构的移动方向
A
B C D
E
位移传感器一般允许在正、反两个方向移动；
A'
B'
B'
Uo1 Uo2
Uo1 Uo2
正向运动（A超前B）
反向运动（ B超前A ） 8
HCTL-20XX系列四细分辨向电路
• 该系列芯片具有细分与辨向功能； • 具有抗干扰设计； • 将可逆计数器设计在芯片上，芯片的集 成度高； • 简化外围电路的设计。
9
CLK
HCTL-2020具有的功能 CK 细分脉冲 计数方向 U/D 级联脉冲 CNT CAS CNTDECR
54o
= 1
3
33kΩ
24kΩ
18kΩ
56kΩ
72o
13 12
= 1
-Esinω t 144o
11
126o
10
UR
12
3+ 13
11+ 11’
13
电阻链分相细分优缺点
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。
1 2 3 4 5 6 7 8
19
微机量化细分的优缺点
优点：利用判别卦限和查表实现细分，相对 来说减少了计算机运算时间，若直接算反函 u1 / u2 )或 arc cot(u1 / u2 ) 要化更多的时 数arctan( 间；通过修改程序和正切表，很容易实现高 的细分数。 缺点：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。
信号细分与变相电路(1)
-Esinωt
36o ∞ -+ +N
108o ∞ -+ +N
18o ∞ -+ +N
0o ∞ -+ +N
162o ∞ -+ +N
90o ∞ -+ +N
54o ∞ -+ +N
72o ∞ -+ +N
144o ∞ -+ +N
126o ∞ -+ +N
1 =1 3
2
5 =1 4 6
13 = 1 11 12 9 =1
周 期 计
发生 减 数
器
器
计 数 锁 存 器
细 分 锁 存 器
逻辑控制器
只读存储细分
Y5 X
B DG5
A & ?1
B B &
A
UO2
&
A
B A &
B DG10
直传式细分电路
• 四细分辨向电路
A
A
B
B
A'
A'
B'
B'
A'
A'
B'
B'
Uo1
Uo1
Uo2
Uo2
直传式细分电路
• 电阻链分相细分
1 原理
将正余弦信号施加在电阻链 两端，在电阻链的节点上可 得到幅值和相位各不同的电 信号。这些信号经整形，脉 冲形成后，就能在正余弦信 号的一个周期内获得若干计 数脉冲，实现细分。
10 8 6 = 1
4 5 1
= 1 3 2
13 = 1 11 12
测控电路 第7章 信号细分与辨向电路
信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路 7.2 平衡补偿式细分
信号细分与辨向电路
为什么要细分？ 提高分辨力
信号细分电路又称插补器，是采用电路手段对周期性的增量码信号进行插值 提高仪器分辨力的一种方法。细分的基本原理是：根据周期性测量信号的波 形、幅值或者相位的变化规律，在一个周期内进行插补，从而获得优于一个 信号周期的更高的分辨力。 高分辨力是高精度的必要条件。
第7章 信号细分与辨向电路
19
7.2.4频率跟踪细分——锁相倍频细分
锁相式数字频率合成技术:用来实现测量信号的n倍频，以实现n细分
鉴相器 fi
fo/n
环路滤波器 Uc 压控振荡器 fo
n分频器
优点:结构较简单，细分数高的，对信号失真度无严格要求。 缺点:为有差系统，对输入信号的角频率的稳定性要求高，不能辨向。 主要用于电气倍频和回转部件的角度与传动比等的测量，这时比较容易保持fi接近恒定。
i
也可为幅值,相位,频率等
x -x
比较器
iF
K
s
x
F
∫
+
-
N
xo
• xo为系统输出量,是数字代码,代码
F
多是脉冲数
• 计数器具有积分作用
• Ks为前馈环节的灵敏度 • F为反馈环节的灵敏度
细分数为
KF
xo xi
1 F
第7章 信号细分与辨向电路
16
7.2.1 相位跟踪细分
原理
umsin(t+j)
放大 整形
A A B
第7章 信号细分与辨向电路
DG2 &
1
A
AHale Waihona Puke RCDG1
【精品课件】测控电路第七章信号细分与辨向电路
设比较器输出高、低电平电压分别为UOH 和两U个O门L。限电压：U1URR1R 1R2UoLR1R 2R2
U2URR1R 1R2UoH R1R 2R2
滞后电平：
UU 2U 1R 1R 2R 2(U oH U o)L
电阻链5倍频细分电路
从比较器得到的10路方波信号再经过异或门
逻辑组合电路，在3′和4 ′端获得两路相位差 为90° 的五倍频方波信号。注意：该5倍频
-Esinωt
Esinωt
电阻并联桥，在四个象限内依次有一个相位差的 若干输出电压。
~ R 1 相关
R2
每一个臂上都是电位器，可以用来调整相位。
180° ~270° 移相
270° ~360° 移相
-Ecosωt
例：若采用这种移相桥实现12细分，所有的电位器电阻值均为12KΩ，计算第一
象限的各电阻值分阻阻值。
uom~
R1 R2
相关
所以改变R1、R2比值，就能 改变φ、uom，uo是沿u1、u2直 线运动， φ=45°时，uom有最
小值。
这里讲的的是0° ~90° 第一象限的情况。
同理： cosωt
-sinωt
-cosωt
-sinωt
-cosωt
sinωt
90° ~180° 移相
Ecosωt 0° ~90° 移相
信号正好满足上述四细分电路对输入信号的 要求。
参照图7-6电阻链五倍频细分电路的原理，设计一电阻链二倍频细分电路。
Esinω t
12kΩ
12kΩ
0o
∞
-
+
+N
1 =1
A
3
12kΩ
4 5o
∞
第7章 信号细分与分辨电路讲解
1 A
DG1
1 B
DG6
DG3 & A
R1
C1
& A
R2
C2 DG4
1
DG2
DG8
& B
R3
C3
& B
R4
C4 DG9
1
DG7
B & ≥1 A B &
A A &
Uo1
B A &
B DG5
A & ≥1 B
-
∞ +
+N
162o
-
∞ +
+N
90o ∞ -+ +N
54o ∞ -+ +N
72o ∞ -+ +N
144o ∞ -++
+N
UR=0
1 2
=1 3
5 6
=1 4
13 = 1 11 12 9 = 1 10 8 6 = 1 4 5
1 = 1 3 2
13 = 1 11 12
A/D 转换器，将模拟信号转换为二进制数字信号X 和Y，数 值在0~255之间变化，其中“128”对应模拟输入信号的“0” 电
平。X和Y与角度对应关系如下，由此可求出 。
Y 255
128
0
128
arctan
Y X
128 128
( X 128, Y 128)
2π π
7.2.1 相位跟踪细分
7.2.1.1 原理
电阻链细分电路实验
实验五 电阻链分相细分实验一、实验目的 1、掌握电阻链分相细分电路的构成原理及其特点；2、学会测试电阻链分相细分电路的细分过程及方法。
二、实验原理实验电路如图5-2所示将正弦信号及余弦信号加在电阻链的两端，在电阻链的接点上可以得到幅值和相位各不相同的电信号。
这些信号经比较器整形、脉冲形成后，就能在正余弦信号的一个周期内获得若干个计数脉冲，实现细分。
如图5-1所示, coswt U U ,sinwt U U m 2m 1==则输出电压)sin(wt U U om o θ+=，其中()212221m om R R /R R U U ++=()21R /R arctan=θ因此，改变1R 和2R 比值，可以改变θ，也就改变了输出电压O U 相对1U 的相位，同时也改变了输出电压O U 的幅度om U 。
R2R1U1U2UoU m R 1R 1+R2UmR2R1+R2U2U1Uo图5-1三、实验设备1、测控电路（一）实验挂箱2、测控电路（二）实验挂箱3、函数信号发生器4、虚拟示波器四、实验内容及步骤1．测控电路（一）实验挂箱接入5V ±直流电源，测控电路（二）实验挂箱接入±12V 直流电源。
2．（1）调节信号发生器，使之输出频率z KH f 20=，幅度P P V -=8V 的正弦信号，接入“电阻链分相细分电路单元”的输入端sinwt U m ；（2）把信号发生器输出的正弦信号接入测控电路（二）实验挂箱上的“移相电桥单元”的输入端i U ，调节“移相电桥单元”电位器W,使输出产生余弦信号，把此余弦信号接入“电阻链分相细分电路单元”的输入端coswt U m ；（3）把信号发生器输出的正弦信号接入“测控电路（一）”实验挂箱上的“反相比例电路单元的输入端i U ，把此单元产生的反相信号接入“电阻链分相细分电路单元”的输入端sinwt U -m 。
3．用虚拟示波器分别在“电阻链分相细分电路单元”的TP1,TP2,TP3,TP4,TP5,TP6,TP7,TP8处观察所产生的波形（即经电阻移相网络移相后所产生的波形），则可以观察到相对于sinwt U m 分别移相了约036、018、054、072、0108、0162、0144、0126的波形（可用李沙育法观测）。
测控第七章习题答案
第七章 信号细分与辨向电路7-1图7-33为一单稳辨向电路，输入信号A 、B 为相位差90︒的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A 导前B 90︒、B 导前A 90︒的情况，画出A '、U o1、U o2的波形。
A '、U o1、U o2的波形如图X7-1所示。
可见，当A 导前B 90︒时，U o1有输出，U o2无输出，当B 导前A 90︒时，U o1无输出，U o2有输出，实现辨向。
7-2参照图7-6电阻链五倍频细分电路的原理，设计一电阻链二倍频细分电路。
该电阻链二倍频细分电路如图X7-2所示，其输出A 、B 为相位差90°的二路信号，它们的频率是输入信号频率的二倍。
A BA BA' U o1A BA BA' U o1图X7-17-3 若测得待细分的正余弦信号某时刻值为u 1=2.65V , u 2=-1.33V ，采用微机对信号进行200细分，请判别其所属卦限，并求出对应的θ值和k 值。
某时刻正弦信号值为u 1=2.65V , 余弦信号值为 u 2=-1.33V ，根据两信号的极性（u 1为+、u 2为-）和绝对值大小（|u 1|〉|u 2|），可判别出信号在3卦限。
由于对信号进行200细分，因此在一个卦限内，需实现25细分。
在3卦限用|ctg θ| 65.233.1sin cos ctg 12===u u A A θθθ 求它的arctan,得到θ=26.65°，由于26.65°/1.8°=14.81，所以k =65。
7-4 在图7-14所示只读存储器256细分电路中，请计算第A000(十六进制)单元的存储值。
A000(十六进制)对应的二进制为1010000000000000，即X =10100000、Y =00000000，对应十进制X =160、Y =0， 由下式可得θ=284°，284°×（256/360°）=201.96，取整为202，对应的二进制为11001010。
简明电路分析基础 第七章
以上方法可以处理所有一阶电路。
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10
73 一阶电路的零输入响应
电路在没有外界输入的情况下，只由电路中动 态元件初始储能作用而产生的响应为零输入响应。
一、RC 电路的零输入响 （输入为零） 应 图(a)所示电路，开关原来在1端，电容电压已
经达到U0，在t=0时开关由1端转换到2端，如图(b)
编辑ppt
15
二、RL 电路的零输入响应
如图a)，求 iL(t) , uL(t) , t ≥ 0。
解：1. 定性分析 ① t＜ 0 ——储磁场能
② t = 0 ——换路
③ t≥0 ——衰减到零
编辑ppt
16
列出KCL方程，得到微分方程
iRd itLiL0
通解为
Rt
iL(t) Ke L
其解为：
t
u 编C 辑(pptt )U 0eRC (t01)2
最后得到电路的零输入响应为:
t
t
uC(t)U0eRCuC(0)eRC (t0)
iR(t)iC(t)CddutCU R0eRt CiC(0)eRt C (t0)
uC(t)
uC (0+)
RC
u C (0 ) iC(t) R
电流可以跃变
0
第七章 一阶电路
本章主要内容：
1、 RC、RL电路的零输入响应； 2、 RC、RL电路的零状态响应； 3、 一阶电路的全响应；暂态与稳态 ； 4、一阶电路的三要素法； 5、阶跃函数和阶跃响应；子区间分析法。
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1
引言
一、什么叫一阶电路？ 1）用一阶微分方程描述其变量的电路。 2）只含一个动态元件(C、L)的电路。
求： uC(t)；iC(t), t 0 1. 定性分析
第7章 信号细分与分辨电路
绝对零位
20Ω
sin、cos、-sin三路信号通过电阻链移相产生十路移相信号， 经十路比较器和逻辑电路在O1、O2获得两路正交信号。 绝对零信号经比较器整形后和两路方波信号( 126 、 ) 144 相与，获得标准零脉冲信号。
7.1.3 微型计算机细分
7.1.3.1 与硬件细分相结合的细分技术
缓冲计数器1
光栅 传感器
放大 整形
细分 辨向
缓冲计数器2
微 机 接 口
细分与辨向：由硬件电路完成； 计数、处理和显示：由微机完成； 缓冲计数器：提高系统的响应速度，最高速度为：
v m ax C / ( pN t )
7.1.3 微型计算机细分
7.1.3.2 时钟脉冲细分技术
将光栅一个栅距W内的信号转化为计时的方法实现细分。
7.1.4 只读存储器细分
128
0
128
255 X
7.2 平衡补偿式细分
■
用途：广泛应用于标尺节距大的感应同步器、容栅、 磁栅、光栅等传感器的后续仪器中。 特点：细分数高、分辨率高、精度高，但速度低(带负 反馈的闭环系统)。
前馈回路 xi 比较器 xF F 细分机构，分频数=细分数 x i- x F ∫ Ks + N xo
—— 相位调制信号，作为相位跟踪细分的输入信号。
7.2.1.1 相位跟踪细分原理
Umsin(t+j) 放大整形 鉴相电路
j- d
移 相 脉 冲
移相脉冲门
d
相对相位 基准分频器
显示电路
输入信号：相位差90的两路正余弦(正交)模拟信号。
工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，由于两信 号的叠加作用，在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相 同的电信号。这些信号经整形、脉冲形成后，就能在正余 弦信号的一个周期内获得若干计数脉冲，实现细分。
信号细分电路
信号细分电路信号细分电路通常是指将输入信号分成多个相对独立的部分或频带的电路。
这样的电路在不同的应用中有着多种形式和设计，其目的是为了更有效地处理和分析输入信号的各个组成部分。
以下是一些可能的信号细分电路的例子：1.频率细分电路：这种电路用于将输入信号分解成不同频率的成分。
常见的频率细分电路包括滤波器，如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。
这些滤波器可以根据需要选择特定的频率范围，以提取或抑制信号的不同频率成分。
2.时域细分电路：这类电路用于在时域上将信号分割成不同的时间段或脉冲。
时域细分电路可能包括时钟电路、计时器或者数字信号处理器，用于对信号进行精确的时间分割和同步。
3.幅度细分电路：幅度细分电路用于对信号的幅度进行分析。
这可能包括放大器、衰减器、振幅调制电路等。
通过调整幅度细分电路的参数，可以控制信号的幅度，以满足特定应用的需求。
4.频谱细分电路：这种电路用于对信号进行频谱分析，通常涉及傅里叶变换或其他频谱分析技术。
频谱细分电路可以帮助确定信号中的频率成分，并在频域上进行处理。
5.数字信号处理器（DSP）：DSP是一种专用的处理器，用于执行数字信号处理操作。
它可以用于各种信号细分应用，包括滤波、频谱分析、时域处理等。
DSP通常通过数字滤波器、傅里叶变换等算法来实现信号的细分。
6.混频器：混频器用于将不同频率的信号混合在一起，从而产生包含多个频率成分的信号。
这在通信系统和射频应用中经常使用，以进行信号调制和解调等操作。
这些信号细分电路的设计和选择取决于具体的应用需求。
在实际应用中，通常需要根据信号的性质和要求选择适当的电路，以有效地处理和分析信号。
第七章 细分电路
3. 相对相位基准和移相脉冲门
a) 时钟脉冲
b) 正常分频
c) 减脉冲 d) 使d延后 减脉冲 e) 加脉冲 f) 使d前移
加脉冲
图:
加减脉冲改变d 原理图
n/2分频器
f0
Ux
S D C R DF
&
n/4分频器 相对相位基准
二分频器 Ud
DG1
& Fx DG2 Ux
& DG3 移相脉冲门
Uc Ms 去数显电路
u1
u2
| tan | cot
| A sin | | u1 | | A cos | | u 2 | A cos A sin u2 u1
1
2
3
4
5
6
7
8
• 在1、4、5、8卦限 内计算tan值 • 在2、3、6、7卦限 内计算cot值 • tan值与cot值均在 0～1之间变化
串联式 并联式
电压比较器一般接成施密特触发电路的形式， 使其上升沿和下降沿的触发点具有不同的触发电平， 这个电平差称为回差电压。让回差电压大于信号中 的噪声幅值，可避免比较器在触发点附近因噪声来 回反转，回差电压越大，抗干扰能力越强。但回差 电压的存在使比较器的触发点不可避免地偏离理想 触发位置，造成误差，因此回差电压的选取应该兼 顾抗干扰和精度两方面的因素。
& DG1 & DG3 & DG2 a) UX
& DG4 FX
& DG5 FX
Uj Ud
Uj Ud Uc
DG1
DG2 Ux Fx
b)
a)
电路图
Uc
Uj Ud Uc DG1 DG2 Ux Fx
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–通过对输入信号的2个上升沿和2个下降沿的处理实 现细分
–根据两路方波信号的相对导前和滞后关系辨别方向
（一）单稳四细分辨向电路
–利用单稳电路提取两路方波信号的边沿实现四细分
四细分
u3 u1 u4 u2
& A′
R1
C1
第七章 信号细分与辨向电路
§7.1 直传式细分电路
–四细分辨向电路 –电阻链分相细分 –微型计算机细分 –只读存储器细分
§7.2 平衡补偿式细分
功能
• 提高分辨力
• 对周期性测量信 号进行插值
• 识别运动方向
• 识别测量信号的 相位
–相位跟踪细分
–幅值跟踪细分
–脉冲调宽型幅值跟踪细分
–频率跟踪细分——锁相倍频细分
• 1、原理
–输入信号
• SIN、COS信号
–将SIN、COS信号施加在电阻链两端
• 在电阻链接点上得到不同相位与幅度的信号
–整形
• 在输入信号的一个周期中得到若干计数脉冲信号
u2
R2
uo
R1
u1
u2
u2
R2
uo
uo
ER1
R1 R2
φ
R1
u1
u1
a）原理图
ER2 R1 R2
b）矢量图
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
• 抗干扰能力差、精 度较低
• 来自（位移）传感器，多为一对SIN、COS信号或相移为90°的方
波信号
m
–输出
xo K s xi K sj x j
• 频率更高的脉冲信号或模拟信号
j 1
• 数字信号
–灵敏度（传递函数）
• Ksj: xo对⊿xj的灵敏度
• Ks=K1K2K3…Km ——越靠前的环节对输出的影响越大
A0~A7*
D0~D11（15）
SEL
D0~D7
INH
OE
SEL OE
禁止逻辑
*HCTL－2000中A4~A7接地
二、电阻链分相细分
• 主要实现对正余弦模拟信号的细分
• 工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端， 在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相同的 电信号。这些信号经整形、脉冲形成后，就能 在正余弦信号的一个周期内获得若干计数脉冲， 实现细分
• 广泛，特别是输入信号频率
• 逻辑控制电路
较高的场合
–硬件查表
• 几十千赫兹～上百千赫兹
• 将两路输入信号经模/数转换的结果（8位数字量）作为地 址信号选通相应的存储单元，输出固化的一个周期内的细 分数值
–整周期的计数
• 通过对细分锁存器最高两位（D7D6）的处理实现
整周期的计数通过对细分锁存器最
| tan | | Asin | | u1 | | A cos | | u2 |
cot Acos u2 Asin u1
• 在1、4、5、8卦限 内计算tan值
• 在2、3、6、7卦限 内计算cot值
• tan值与cot值均在 0～1之间变化
• 使用查表的方法实现细分
• 在存储器中固化一个表，存储一个卦限内（45°）N个tan值 • 微机在表中查找与计算出的tan或cot最接近的存储单元，进
f) 使d前移
加脉冲
图: 加减脉冲改变d 原理图
Ux f0
S D
C R
DF
n/2分频器
&
n/4分频器
DG1 相对相位基准
二分频器 Ud
&
&
Uc
Fx
Ms
DG2
DG3
去数显电路
Ux
移相脉冲门
图: 相对相位基准与移相脉冲
4．测量速度
动态测量时（指在部件移动过程中就要读 出它的位移），为使测量速度引起的误差不超 过一个细分脉冲当量，就要求在一个载波周期 内相位角的变化不超过一个细分脉冲当量，即
2、电阻链五倍细分电路
• 组成
• 电阻移相网络 • 给出10路移相信号
• 比较器 • 将正弦信号转换为方 波信号 • 一般采用施密特触发 电路的形式
• 逻辑电路 • 得到2路相位差90°的 5倍频方波信号 • 异或门组合电路
串并联联式式
电压比较器一般接成施密特触发电路的形式， 使其上升沿和下降沿的触发点具有不同的触发电平， 这个电平差称为回差电压。让回差电压大于信号中 的噪声幅值，可避免比较器在触发点附近因噪声来 回反转，回差电压越大，抗干扰能力越强。但回差 电压的存在使比较器的触发点不可避免地偏离理想 触发位置，造成误差，因此回差电压的选取应该兼 顾抗干扰和精度两方面的因素。
和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向的问题。)
• 分类：
按工作原理，可分为直传式细分和平衡补偿式细分。 按所处理的信号可分为调制信号细分电路和非调制信号细分
电路。
第一节 直接式细分电路
xi K1
△x1
x1 K2 x2
xo Km
直接式细分原理图
开环系统
• 由若干环节串联而成
–输入
• 结构简单、响应快
V W 或 fn
V Wf n
式中，V为测量速度；f为载波信号频率；n为细分数；W为
标尺节距。
2π V
fW V
四、频率跟踪细分——锁相倍频细
鉴相器
环路滤波器 Uc 压控振荡器
fi
DG3
单
1
稳A
Ā′
&
四 细• 分 辨
当 电阻A发R生1、D正电G跳1容变C1时和，与1由门非DG门3组DRG成21、 C2
的 此单时稳触发为B器高输电出平D窄，G脉2 与冲或信门号A’，
向 电 路
DG5有计数脉冲输出，由于B为
低电平，与或门DG10无计数脉冲
输出
R3
DG4
DG8
&
B′
1
B′
B
DG6
R4
固化值=INT(θ×256/(2π))
模数转换结果与对应角 度的关系
例7－1 图7-31为一单稳辨向电路，输入信号A、B为相位差90 的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A导前B 90、B导前A 90的情况，画出A、Uo1、Uo2的波形。
A
1
R
&
A
DG4
DG1
C DG2
&
Uo1
1
DG3
而求出细分数
• 例：在一个卦限内实现25细分（N=25）
• 设查找到第k个单元的值与计算出的tan或cot最接近，则细分 数x为：
第1卦限 第3卦限 第5卦限 第7卦限
x= k x= 50+k x= 100+k x= 150+k
第2卦限 第4卦限 第6卦限 第8卦限
x=50-k x= 100-k x= 150-k x= 200-k
• 在每一卦限内，根据两路信号的绝 对值的比值可以实现进一步细分
– 微机判断两路信号的大小和极性，实现细分
• 卦限：45°相位区间
Asinθ Acosθ
1
电路原理图
过零比较器 u1
辨向电路
2 3∩/# 4 ∩/#5 6
u2 可逆 计数器
数字
7 计算8机
显示电路
大计数 小计数
卦限图
u1
u2
1234 5678
KF
原理
uj=umsin(t+j) um、 ——载波信号的振幅和角频率；
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。
umsin(t+j)
放大 整形
鉴相电路 j-d 移位脉冲门
d
移 相
相对相位 基准分频器
&
B
Uo2 DG5
A
A
B
B
A
A
B
B
A
A
UO1
UO1
UO2
UO2
• • • o2
可见，当A导前B 90时，Uo1有输出，Uo2无输出，当B导前A 90 时，Uo1无输出，Uo2有输出，实现辨向。
第二节 平衡补偿式细分
比较器 xi- xF Ks xi
xF
F
∫
+-
N
xo
平衡式细分原理图
闭环系统的灵敏度
• 缺点：直传系统抗干扰能力较差，其精度低于 平衡补偿系统。
• 优点：直传系统没有反馈比较过程，电路结构 简单、响应速度快，有着广泛的应用。
典型的细分电路 ☆ 四细分辨向电路 ☆ 电阻链分相细分 ☆ 微型计算机细分 ☆ 只读存储器细分
一、四细分辨向电路
• 最常用的细分辩向电路 • 原理
–输入信号
CLK CK
细分脉冲 CNTDECR 计数方向 级联脉冲 U/D
施密特
触发器 数字
CHA 滤波器
四细分 向电路辨
计数脉冲 计数方向
CHB
12/16位 可逆计数器
计数脉冲 计数方向 D0~D11（15）
CNTCAS
12/16位 多路切换器
锁存器
三态缓冲器
8
Q0~Q7
8 B0~B7
8
Q8~Q11（15）
概述
• 信号细分电路概念： 信号细分电路又称插补器，是采用电路的手段对
周期性的测量信号进行插值提高仪器分辨力。
• 信号的共同特点： 信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空
间上一个固定位移量。
• 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